Rollieren und Glattwalzen Technik


1. Werkzeuge
2. Typen
3. Verfahren
4. Arbeitsweise Glattwalzwerkzeuge
5. Grundlegendes
6. Einsatz Glattwalzwerkzeuge
7. Vorbearbeitung
8. Schmierung
9. Vorgänge beim Glattwalzen

Kromer Rollierwerkzeuge

  10. Oberflächenrauheit
11. Vergleichende Verfahren
12. Werkstückeigenschaftsänderungen durch Glatt-, Festwalzen
13. Voraussetzungen zum Glatt-/Festwalzen
14. Einsatzmöglichkeiten zum Glatt/Festwalzen, Einsatzparameter
15. Vorteile des Glattwalzens
16. Grenzen des Glattwalzens
17. Beispiele von Bauteilen, die glatt- oder festgewalzt werden

 


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 1. Werkzeuge   [nach oben]

Ein komplettes Glattwalzwerkzeug besteht aus einem Grundwerkzeug und dem Walzkopf. Das Grundwerkzeug ist für einen großen Bereich konstruiert, innerhalb dieses Bereichs können die Walzköpfe in verschiedenen
Ausführungen ausgetauscht werden.
Der Walzkopf besteht aus Kegel, Zylinder und den Rollen. Diese Teile sind bei Verschleiß ebenfalls austauschbar.
Die Numerierung der Bauteile können Sie auch für die Ersatzteilbestellung verwenden.

 


 

2. Typen   [nach oben]

> GKA Glattwalzwerkzeuge für Außenkegel
> GKUA Glattwalzwerkzeuge für Kegel außen
> UGW Glattwalzwerkzeuge Welle universal
> UGB Glattwalzwerkzeuge Bohrung universal

 


 

3. Verfahren   [nach oben]

Glattwalzen ist ein in der Oberflächenveredlung anwendbares Verfahren, mit dem an metallischen Werkstücken ohne Zerspanung glatte und verfestigte Oberflächen mit hohem Traganteil und guten Laufeigenschaften erzeugt werden.

 


 

4. Arbeitsweise Glattwalzwerkzeuge   [nach oben]

Glattwalzwerkzeuge in Standardausführung für die Innen- und Außenbearbeitung von Werkstücken arbeiten nach Formschlußverfahren, d. h., drei oder mehr konische Rollen werden in einem Käfig gehalten (ähnlich einem Wälzlager). Die Rollen stützen sich werkzeugseitig auf einem Verstellkegel ab.
Werkzeuge für die Bearbeitung von Bohrungen besitzen einen verstellbaren Innenkegelzylinder.
Der Käfig mit den Rollen ist auf den Verstellkegel axial verstellbar angeordnet; dadurch kann der Arbeitsdurchmesser am Werkzeug verändert werden. Den Verstellbereich der Werkzeuge finden Sie in den Tabellen der nächsten Seiten. Beim Zurückziehen des Werkzeugs und damit des Versstellkegels gegen die Federkraft läßt sich das Werkzeug problemlos aus dem Formschluß lösen, so daß es die gewalzte Oberfläche nicht berührt.
Das Werkzeug entspannt automatisch bei Rückzug. Durch eine verschränkte Anordnung der Rollen im Käfig zur Werkzeugachse sind die Werkzeuge mit einem Eigenvorschub ausgestattet; diese Anordnung gestattet ein Glattwalzen ohne maschinellen Vorschub.

 


 

5. Grundlegendes   [nach oben]

Beim Glattwalzen wird unter Druck gehärteter Glättrollen/walzen der Werkstoff an der Oberfläche plastisch verformt und das Rauheitsprofil eingeebnet. Die Glättwalzen erzeugen im Gebiet der Erhebungen Druckeigenspannungen, die den Werkstoff in Richtung auf die Vertiefungen fließen lassen und deren Grund dabei anheben. Die Endrauheit entsteht ausschließlich durch plastische Umformung der Ausgangsrauheit. Häufige Annahmen, beim Glattwalzen könnten die durch Vorbearbeitung entstandenen Rauhigkeitsspitzen umgebogen und übereinandergelegt werden, entsprechen nicht den Tatsachen. Durch diese Eigenschaft ergibt sich eine optimale Oberfläche, d.h. geringste Rauhigkeit, Steigerung der Verschleißfestigkeit, max. Erhöhung des Materialanteils und Verfestigung der Oberflächenmikrostruktur um 30%. Dies bei sehr kurzer Prozeßzeit und langer Standzeit. Alle Feinbearbeitungsverfahren, soweit überhaupt vergleichbar, bedürfen eines höheren Zeitaufwands, um geringere Rautiefen zu erzeugen. Trotzdem bleiben stets kleinste aggressive Rauheitsspitzen bestehen, die jedoch beimGlattwalzverfahren verrundet sind.

 


 

6. Einsatz Glattwalzwerkzeuge   [nach oben]

Glattwalzwerkzeuge lassen sich auf allen Werkzeugmaschinen mit rotierendem Antrieb, wie z.B. Bohrmaschinen, Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bearbei - tungszentren, Bohrwerken usw., als drehendes oder auch als stehendes Werk - zeug einsetzen.

 


 

7. Vorbearbeitung   [nach oben]

Die Vorbearbeitung erfolgt durch spangebende Bearbeitungen. Diese soll zum Glattwalzen mit einem zuvor bestimmten Aufmaß erfolgen. Das Aufmaß entspricht dem Rt-Wert der Vorbearbeitung.
Die Geometrie der Vorarbeit muß exakt gefertigt werden, da das Walzwerkzeug nachlaufend fungiert.

 


 

8. Schmierung   [nach oben]

Zur Schmierung sollte man dünnflüssige Öle oder fette Emulsionen verwenden. Späne oder Verunreinigungen sollten von den ZU walzenden Oberflächen ferngehalten werden, um optimale Voraussetzungen zu schaffen.

 


 

9. Vorgänge beim Glattwalzen   [nach oben]

Unter dem Druck gehärteter Glättrollen/walzen wird der Werkstoff an der Oberfläche plastisch verformt und das Rauheitsprofil eingeebnet. Die Glättwalzen erzeugen im Gebiet der Erhebungen Druckeigenspannungen, die den Werkstoff in Richtung auf die Vertiefungen fließen lassen und deren Grund dabei anheben.

Glattwalzvorgang - Bild 1

Häufig wird behauptet, beim Glattwalzen könnten die durch Vorbearbeitung entstandenen Rauhigkeitsspietzen umgebogen und übereinandergelegt werden. Diese Aussage ist definitiv falsch, da der Oberflächen-Rauhtiefenschrieb mit unterschiedlichen Aufzeichnungsmaßstäben für radial und axiale Richtung arbeitet. Ein unverzerrter maßstäblich vergrößerter Mikroschliff eines Oberflächen Tastschnittes beweist wie tatsächlich eine vorgearbeitete Oberflächen aussieht.

Glattwalzvorgang - Bild 2

Die Durchmesserveränderung, die beim Glattwalzen entsteht, ist im wesentlichen von der Vorbearbeitungsrautiefe abhängig. Da die Oberfläche nahezu vollständig eingeebnet wird, verändert sich das Durchmessermaß ca um den Betrag der Ausgangsrauhtiefe. Eine Bestimmung des Vorbearbeitungs-Durchmessers ist somit möglich.

Glattwalzvorgang - Bild 3

Am Beispiel einer Bohrung mit Durchmesser 80 mm empfiehlt sich folgende Vorbearbeitung:

Vorbearbeitungsrautiefe Rt = 15 – 40 µm
Nach der Formel: Vorschub p. Umdr. = 0,5 x Schneidenradius
Aufmaß von 0,020 mm – 0,030 mm
Durch das anschließende Glattwalzen wird somit eine Durchmesservergrößerung von ca Rt erreicht.
D. h. bei der Vorbearbeitung muß ich entsprechende Aufmaße berücksichtigen, in der Größenordnung Rt ist das Toleranzfeld anzuheben.
Wenn die Vorbearbeitungsrauhtiefe unbekannt ist, muß die mögliche Durchmesserveränderung durch einen praktischen Versuch ermittelt werden.
Weitere Angaben der maßhaltigen Vorbearbeitung der Oberflächen sind der Bedienungsanleitung zu entnehmen.

Beim Glattwalzen unterscheidet man zwei Verfahrensarten, die sich nach der Art der Kraftaufbringung richten.

Glattwalzen im Formschluß:

Glattwalzvorgang im Formschluss

Hierbei werden drei oder mehr konische Rollen (Glättwalzen) in einem Käfig, ähnlich einem Wälzlager, gehalten. Die Rollenstützen sich werkzeugseitig auf einem Verstellkegel ag. Der bei Werkzeugen für die Bearbeitung von Bohrungen als Außenkegel. Für die Bearbeitung von Wellen als Hohlkegel ausgebildet ist.
Der Käfig mit den Rollen ist auf dem Verstellkegel axial verstellbar angeordnet, dadurch kann der Arbeitsdurchmesser am Werkstück verändert und fest voreingestellt werden.
Durch Zurückziehen der Verstellkegels gegen einer Federkraft lässt sich der Formschluß lösen so dass das Werkzeug nach dem Walzen entgegen der Vorscxhubrichtung über die gewalzte Oberfläche gezogen werden kann ohne diese zu beschädigen.

Glattwalzen im Kraftschluß:

Glattwalzvorgang im Kraftschluss

Eine definierte Glattwalzkraft (federbeaufschlagt oder hydraulisch) wirkt gegen die zu walzende Werkstückoberfläsche. Dadurch können unterschiedliche Werkstückkonturen in einem Arbeitsgang glattgewalzt oder z. B. Radialeinstiche gezielt festgewalzt werden.
Mit Hilfe gesteuerter Drehmaschinen lassen sich zylindrische Formelemente mit Übergängen in Radien glattwalzen.
Als sogenannte Einrollen-Glattwalzwerkzeuge sind diese Werkzeuge sehr vielseitig für unterschiedliche Durchmesser verwendbar.

Festwalzen im Kraftschluß:

Festwalzvorgang im Kraftschluss

Ähnlich wie beim Glattwalzen im Kraftschluß wird beim Festwalzen eine definierte Walzkraft aufgebaut, jedoch nur im gezielten Einstichverfahren.
Beim Festwalzen sind manchmal größere Druckvorspannungen (Dauerfestigkeitssteigerung) zu erzielen.

 


 

10. Oberflächenrauheit   [nach oben]

Durch alle spangebende Fertigungsverfaheren werden dir Oberflächen – unabhängig welches Verfahren gewählt wird – mehr oder weniger stark zerstört.
Es ist erwiesen, dass Abweichungen der Oberfläche von der geometrisch idealen Gestalt das spätere Funktionsverhalten, z. B. eines Maschinenteils, entscheidend beeinflussen können. Zu erwähnen sind u. a. Verschleißverhalten, Reibungs- und Gleiteigenschaften, Schmierfähigkeit, Ermüdungsfestigkeit (Dauerfestigkeit), Passungseigenschaften, Korrosionsanfälligkeit.

Rauheit wird als eine Feingestaltsabweichung definiert und wird an dynamischen Kenngrößen Ra, Rz, Rt, und Rmax sind in der DIN 4762/ISO 4287 und DIN 4768 definiert.
Der Materialanteil Mr ist maßgebend, um die Oberflächen zu bewerten, da diese Kenngröße von der jeweiligen Profilform bestimmt wird. Diese wiederum ist direkt vom angewendeten Bearbeitungsverfahren abhängig.
Das nachfolgende Bild zeigt Oberflächenprofile, die beide im Messprotokoll den gleichen Wert für Rz zeigen. Der Unterschied wird erst deutlich durch die Betrachtung des Materialanteils. Dieser zeigt, dass das obere Profil mit MR = 70% die bessere Gleitlauffläche darstellt.

Oberflächenrauheit beim Glattwalzen

 


 

11. Vergleichende Verfahren   [nach oben]

Glattwalze ist ein sehr altes und bewährtes Feinbearbeitungsverfahren, dass zu optimalen Oberflächeneigenschaften, d. h. geringste Rauhigkeit, maximale Erhöhung der Materialtraganteiles und Verfestigung der Oberflächenmikrostruktur, führt.

Soweit überhaupt möglich, seien hier folgende vergleichende Feinbearbeitungsverfahren genannt:

> Feinstdrehen
> Feinstbohren
> Reiben
> Ziehschleifen (Honen)
> Läppen
> Superfinishen (Schwingschleifen)
> Rundschleifen
> Kugelverfestigungsstrahlen

Alle diese Verfahren sind spangebende Verfahren, die bei sehr hohem Zeitaufwand zwar auch eine geringe Rauhtiefe erzeugen, jedoch verbleiben stets kleinste aggresseive Rauhigkeitsspitzen.
Beim Glattwalzen entsteht die Endrauheit ausschließlich durch plastische Umformung der Ausgangsrauheit.

 


 

12. Werkstückeigenschaftsänderungen durch Glatt-, Festwalzen   [nach oben]

Die beim Glattwalzen und Festwalzen erzielten Veränderungen der Werkstückeigenschaften liegen in der Einmaligkeit dieses Verfahrens.
Beim Glattwalzen werden Druckeigenspannungen in die Werkstückoberfläche eingebracht, die im Vergleich z. B. beim Schleifen – hier werden Zugeigenspannungen in die Oberfläche gebracht – Einfluss auf die Werkstückeigenschaften nehmen.
Diese Oberfläschenveränderungen in Kombination mit der idealen Glättung der Rauheit, führen zu Bauteilverbesserungen, die durch kein anderes Verfahren erreicht werden können.
Beim Festwalzen werden ebenfalls Druckeigenespannungen, jedoch gezielt, in die Werkstückoberfläche eingebracht.
Der gewünschte Aspekt liegt hier meist in der substantiellen Steigung der Dauerfestigkeit eines Werkstückes.

 


 

13. Voraussetzungen zum Glatt-/Festwalzen   [nach oben]

Um optimale Ergebnisse beim Glatt/Festwalzen zu erzielen, sind folgende Voraussetzungen zu erfüllen:

> Nur an rotationssymetrischen Formelementen
> Anhaftende Späne der Vorbearbeitung sollten entfernt sein
> Oberflächenrauheit vor dem Glattwalzen muß noch eine Restrauhtiefe haben(ca. Rt=10-25um)
> Max. Werkstoffhärte ca. 50 HRC (Sonderwerkzeuge erlauben bis 65 HRC)
> Möglichst mit KSS (Emulsion, Öl. MMS)

 


 

14. Einsatzmöglichkeiten zum Glatt/Festwalzen, Einsatzparameter   [nach oben]

Einsatzmöglichkeiten

Glattwalzwerkzeuge lassen sich auf allen stationären Werkzeugmaschinen mit rotierendem Antrieb einsetzen.

> Ständerbohrmaschin
> Drehmaschinen
> Mehrspindeldrehautomaten
> BAZ
> Fräsmaschinen
> Sondermaschinen

Dabei können die Werkzeuge als drehendes oder stehendes Werkzeug eingesetzt werden.

Einsatzparameter

Vorbearbeitung
Es lassen sich alle plastisch verformbaren (duktilen) Werkstoffe wie Stahl, rostfreier Stahl, NE-Metalle und Gußwerkstoffe glattwalzen.
Die Werkstoffhärte sollte bei max. 50 HRC oder ca.1400N/mm2 liegen.
Die Vorbearbeitung erfolgt durch spangebende Bearbeitung wie Ausspindeln, Drehen, Reiben, Schälen, Vorschleifen und Schrupphonen.
Die Vorbearbeitung zum Glattwalzen soll mit einem zuvor bestimmten Aufmaß erfolgen. Da die Maßänderung im Durchschnitt nur in der Größenordnung Rt liegt, sind entsprechende Aufmaße zu berücksichtigen.
Die Rauhtiefe kann im Bereich von Rz 5 bis Rz 50 um liegen.
Ein optimales Oberflächenprofil zum Glattwalzen entsteht beim Drehen nach der Faustformel:
Vorschub/Umdr. = 0,5 x Schneidenradius
Kleine Schneidenradien (R< 1 mm) ergeben günstige Vorbearbeitung.
Die Toleranz der Vorbearbeitung bestimmt auch die Fertigteiltoleranz, da kein Materialabtrag erfolgt.

Walzgeschwindigkeiten
Die Walzgeschwindigkeiten liegen bei 60 bis 150m/min. Diese Werte können über- oder unterschritten werden, ohne dass sich das Walzergebnis verändert.
Da Walzgeschwindigkeit und Vorschub in einem bestimmten Verhältnis stehen, werden lediglich die Prozesszeiten verändert.

Vorschübe
Der Vorschub pro Rolle beträgt je nach Walzbedingung 0,5 - 1,5mm/Rolle, das entspricht einem Vorschub von s = 1..7mm/Umdr. bei mehrrolligen Werkzeugen.
Die Vorschübe für einrollige Werkzeuge liegen bei 0,1 - 2,0 mm/Umdrehung.
Ansonsten errechnen sich die Vorschübe nach der Formel f = 0,025 xD

Weitere Richtwerte für Vorschübe siehe nachfolgende Tabelle:

Richtwerte für Vorschübe

Nach dem Glattwalzen werden Rauhtiefen bis zu Bereichen Rz« 1 um erzielt.

Schmierung
Es wird empfohlen mit Kühlschmierstoffen (Emulsion, dünnflüssiges Öl etc.) zu walzen, da eine Trockenglattwalzoperation z. Zt. noch in der Erprobung läuft.

 


 

15. Vorteile des Glattwalzens   [nach oben]

Das Glattwalzen ergibt eine Vielzahl von Vorteilen:

> Reduzierung der Rauhtiefe auf ein Minimum
> verfahrensbedingtes Verrunden der Restrauhspitzen
> hoher Traganteil der Oberfläche
> Steigerung der Mikrohärte in der Oberfläche in der Größenordnung + 30
> Steigerung der Verschleißfestigkeit der Bauteile
> Reduzierung der Korrosionsanfälligkeit
> Umweltfreundliches Verfahren, da kein Materialabtrag und geräuschlos
> Sehr kurze Prozeßzeiten
> Geringe Investitionskosten und kurze Amortitationszeit
> Hohe Prozesssicherheit, durch lange Standzeit
> Einfache Handhabung, keine teuren Sondermaschinen erforderlich

 


 

16. Grenzen des Glattwalzens   [nach oben]

Wie jedes andere Verfahren finden wir beim Glattwalzen auch Grenzen für den Einsatz.

> Gehärtete Bauteile Härte > 50 HRC nur bedingt mit Spezial verfahren
> Paßfedernuten an Wellen stören den Walzprozess
> Keine Geometrieverbesserung zur Vorbearbeitung, da Werkzeug der Vorbearbeitung folgt
> Bohrungsbearbeitung < Ø 5 mm
> Dünnwandige Bauteile verlangen Spezialaufnahmen
> Trockenbearbeitung

 


 

17. Beispiele von Bauteilen, die glatt- oder festgewalzt werden   [nach oben]

Glattwalzen von:
> Ankerwellen
> Buchsen
> Ventilschaft
> Kolbenstangen
> Laufräder
> Zylindergehäuse(Hydraulik und Pneumatik)
> Zylinderrohre
> Achsen
> Kugelzapfen
> Antriebselemente
> Dichtsitze an Kurbelwellen

Festwalzen von:
> Radialeinstichen an Bundbuchsen
> Radialeinstichen an Vorgelegewellen
> Radien an Kurbelwellen
> Hohlkehlen an PKW-Vorderachsen
> Hohlkehlen an Dehnschraube

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fax: +49 (0) 7022 960 92-34
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