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maschine+werkzeug 06/2018

Glatt durch Drehwalzen

Extra Drehen, Bohren, Fräsen

Drehen - Ecoroll bietet mit dem Kombinationsprozess Drehwalzen ein Verfahren an, das die Vorteile der mechanischen Oberflächenverfestigung in den Drehprozess integriert.

Damit in Großserienprozessketten Bauteile im Sekundentakt mit hohen Oberflächengüten produziert werden können, setzen Hersteller von Drehwerkzeugen beispielsweise auf sogenannte Schleppschneiden oder Wipergeometrien. Dabei ist der Eckenradius des Werkzeugs so ausgelegt, dass dieser mit einem nachlaufenden oder auslaufenden Radius die für das Drehen typischen Rauheitsspitzen nachschneidet.

Die Oberflächenrauheit beim Drehen ist durch eben den Eckenradius, den Vorschub und die Geometrie der Schneidkante definiert. Dabei entsteht das typische Oberflächenprofil. Die mathematische Beschreibung dieses Phänomens hat Brammertz bereits in den 60er-Jahren in seiner Spanzipfeltheorie vorgestellt. Verliert das Werkzeug durch auftretenden Verschleiß Schneidfähigkeit, kommt es zu einer Steigerung der Rauheit, die auch moderne Drehwerkzeuge nicht ausgleichen können. Damit stellt sich die Frage, wie die nächste Stufe der Entwicklung für den Drehprozess aussehen wird.

Ein Verfahren, um Oberflächen nachträglich zu verbessern, ist das Glattwalzen. Dabei wird ein Glattwalzelement, eine Rolle oder eine Kugel durch eine mechanische Kraft auf die Oberfläche gepresst. Durch eine Vorschub- und Walzgeschwindigkeit rollt das Walzelement auf der Oberfläche ab und sorgt für eine Mikroumformung der Rauheitsspitzen der Oberfläche. Neben der Einglättung der Rauheitsspitzen erzeugt das Verfahren hohe Druckeigenspannungen und eine massive Kaltverfestigung, die durch Konkurrenzverfahren wie Kugelstrahlen in der Größenordnung nicht möglich sind. Somit haben die Bauteile nicht nur eine bessere Oberflächenqualität, sondern auch eine höhere Festigkeit und Härte.

Ecoroll, seit vielen Jahren auf dem Gebiet der mechanischen Oberflächenveredelung tätig, hat das Glattwalzen kontinuierlich weiterentwickelt. Mit der Neuentwicklung Drehwalzen ermöglicht Ecoroll die gleichzeitige Bearbeitung von Drehen und Walzen in einem Prozessschritt. Dabei wird das Walzwerkzeug so positioniert, dass die gerade erzeugte Oberfläche durch den nachlaufenden Walzprozess unmittelbar eingeglättet wird. Das dafür entwickelte Werkzeug kann auf der diesjährigen AMB am Stand von Ecoroll besichtigt werden.

Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts ›HL-Pro-Ket‹ wurden Kugelkäfige von Antriebsgelenkwellen bearbeitet. Diese bestehen aus unvergütetem Stahl C45. Nach der Drehbearbeitung soll eine Oberflächenrauheit von weniger als sechs Mikrometern unter Großserienbedingungen erzielt werden. Für die Bearbeitung kam ein eigens dafür entwickeltes Drehwalzwerkzeug zum Einsatz. Als Walzwerkzeug wurde ein hydrostatisches Glattwalzelement verwendet. Durch Wahl unterschiedlicher Vorschübe zwischen 0,05 und 4 Millimeter können prozesssicher Rz-Werte von 1 bis 6 Mikrometern erzielt werden. Gegenüber der reinen Drehbearbeitung durch Außenlängsdrehen wird die Oberflächenqualität somit um 80 Prozent verbessert.

Gegenüber dem heutigen Stand der Technik durch den Einsatz von Wipergeometrien kann durch das Drehwalzen eine weitere Verbesserung erzielt werden. Stachurski et al. haben hierzu einen Vergleich an unvergütetem C45-Stahl gemacht. Durch den Einsatz einer Wipergeometrie kann die Oberflächenqualität Ra um 69 Prozent gegenüber der Drehbearbeitung mit herkömmlichen Werkzeugen gesteigert werden. Drehwalzen ist für dieselben Vorschubwerte in der Lage, den Ra-Wert gegenüber dem Außenlängsdrehen um 79 Prozent zu reduzieren.

Ein weiteres Beispiel, an dem die Vorteile des Drehwalzens deutlich werden, ist die Bearbeitung von Zylinderrollenlagern. Hier sind Oberflächenrauheiten von kleiner einem Mikrometer gefordert. Gleichzeitig stellt die Werkstoffhärte von 62 HRC eine hohe Anforderung an den Prozess.

Durch den Einsatz des Hartdrehwalzens kann gegenüber der reinen Hartdrehbearbeitung die Oberflächenrauheit um 50 Prozent reduziert werden. Somit sind Rauheitswerte von kleiner 0,5 Mikrometer möglich. Eine Rauheit unter einem Mikrometer ist prozesssicher erreichbar. Die geforderte Rauheit wird selbst noch bei einem Vorschub von 0,2 Millimetern erreicht.

  • Drehwalzwerkzeug für die Außenlängsdrehbearbeitung.

    Drehwalzwerkzeug für die Außenlängsdrehbearbeitung.

  • Neben der Einglättung der Rauheitsspitzen erzeugt das Glattwalzen hohe Druckeigenspannungen und eine massive Kaltverfestigung. So haben die Bauteile eine bessere Oberflächenqualität, eine höhere Festigkeit und Härte. Bild: Ecoroll

    Neben der Einglättung der Rauheitsspitzen erzeugt das Glattwalzen hohe Druckeigenspannungen und eine massive Kaltverfestigung. So haben die Bauteile eine bessere Oberflächenqualität, eine höhere Festigkeit und Härte. Bild: Ecoroll

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Unternehmensinformation

ECOROLL AG Werkzeugtechnik

Hans-Heinrich-Warnke Strasse 8
DE 29227 Celle
Tel.: 05141-9865-0
Fax: -881440

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