Was ist das Walzverfahren? Übersicht
Das Walzverfahren ist ein Teilbereich der Metallverarbeitung, bei dem die Plastizität von Metallen genutzt wird. Mit diesem Verfahren werden in der Regel keine Endprodukte, sondern Materialien wie Bleche und Stangen hergestellt. Der Hauptvorteil des Walzens besteht in der Möglichkeit, einheitliche metallische Materialien zu relativ geringen Kosten in Massenproduktion herzustellen. In diesem Artikel befassen wir uns mit den verschiedenen Arten der Walzverarbeitung und den verwendeten Maschinen.
What is Rolling Process?
Beim Walzen wird Metall durch rotierende Walzen geführt, um es zu komprimieren und zu dehnen. Diese Technik der plastischen Verformung ist für ihre Effizienz bei der Herstellung von Produkten mit gleichmäßigem Querschnitt bei hohen Geschwindigkeiten bekannt. Die Produktpalette reicht von Blechen und Stangen bis hin zu längeren Bauteilen und sogar quadratischen oder runden rohrförmigen Materialien.
Diese gewalzten Bauteile finden breite Anwendung in der Bau- und Fertigungsindustrie. Vor allem durch Walzen hergestellte Bleche werden häufig als Getränkedosen, Batterien und Bauteile für die Automobilindustrie verwendet.
Arten von Walzverfahren
Heißwalzen
Beim Warmwalzen wird Metall erhitzt, um es vor der Verarbeitung verformbar zu machen. Bei Stahl bedeutet dies, dass das Metall bei Temperaturen zwischen 900°C und 1.200°C rotglühend durch die Walzen läuft. Hier sind die Vor- und Nachteile des Warmwalzens:
Vorteile
– Verbesserte Verarbeitbarkeit: Der Verformungswiderstand des Metalls nimmt bei hohen Temperaturen ab, wodurch die Verarbeitbarkeit verbessert wird.
– Verbesserte Materialeigenschaften: Durch den Prozess wird die Kristallstruktur verstärkt, was zu einem zäheren Material führt.
– Keine Kaltverfestigung: Da die Verarbeitungstemperatur über dem Rekristallisationspunkt des Metalls liegt, tritt keine Kaltverfestigung auf.
Nachteile
– Maßhaltigkeit: Erhebliche Temperaturschwankungen während und nach der Verarbeitung können zu einer geringeren Maßgenauigkeit führen.
– Oberflächenqualität: Die Oxidation in Gegenwart von Luft führt zu einer Zunderschicht (Oxidschicht) auf der Oberfläche und damit zu einer weniger ästhetischen Oberfläche.
– Energie und Kosten: Die Erwärmung des Materials erfordert viel Energie und verursacht höhere Kosten.
Kaltwalzen
Kaltwalzen ist ein Metallbearbeitungsverfahren, das bei Raumtemperatur durchgeführt wird. Im Gegensatz zum Warmwalzen wird das Material vor der Verarbeitung nicht erhitzt. Wenn sich das Material jedoch verformt, erzeugt es Wärme, wodurch seine Temperatur steigt. Bei Stahl liegt die Temperatur beim Kaltwalzen normalerweise unter 600 °C. Hier sind die wichtigsten Vor- und Nachteile des Kaltwalzens:
Vorteile
-Keine Heizgeräte erforderlich: Da das Material bei Raumtemperatur verarbeitet wird, sind keine Heizgeräte erforderlich, wodurch das Material leichter zu handhaben ist.
-Hohe Maßgenauigkeit: Das Kaltwalzen bietet im Vergleich zum Warmwalzen eine höhere Maßgenauigkeit.
–Angenehme Oberfläche: Das Verfahren erzeugt eine glänzende Oberfläche, was zu einem ästhetisch ansprechenden Finish führt.
Nachteile
-Hohe Verformungsbeständigkeit: Die Verformungsbeständigkeit des Metalls ist bei niedrigeren Temperaturen größer, was einen höheren Kraftaufwand bei der Verarbeitung erfordert.
-Kaltverfestigung: Beim Kaltwalzen kann es zu Kaltverfestigung kommen, die eine anschließende Wärmebehandlung, wie z. B. Weichglühen, zum Abbau von Eigenspannungen erforderlich macht.
Warmwalzen
Das Warmwalzen liegt zwischen dem Warm- und dem Kaltwalzen. Bei Stahl wird es in der Regel bei Temperaturen zwischen 600°C und 900°C durchgeführt. Dieses Verfahren gleicht einige Nachteile des Heiß- und Kaltwalzens aus und wird häufig bei der Herstellung von Aluminiumfolie eingesetzt.
Wichtige Walzmaschinen in der Metallbearbeitung
Walzmaschinen sind spezielle Geräte, die für die Walzbearbeitung eingesetzt werden. Ihre Konfigurationen variieren je nach der gewünschten Form und der Anzahl der beteiligten Walzen. Hier sind sechs häufig verwendete Walzmaschinen in der Fertigung:
Duo-Walzwerk
Das Duo-Walzwerk besteht aus zwei gegenüberliegenden Walzen, die das Metall verdichten. Diese einfache Konfiguration wird für das Grobwalzen verwendet, z. B. für die Umwandlung von Blöcken in Brammen mit einer Dicke von 20 mm bis 30 mm, sowie für das Walzen von Feinblech.
Quartowalzwerk
Ein Quartowalzwerk verfügt über zwei Arbeitswalzen und zwei Stützwalzen, die jede Arbeitswalze von hinten stützen. Diese Konstruktion ermöglicht eine hochpräzise Verarbeitung, da sie die Durchbiegung der Arbeitswalzen reduziert. Es wird nicht nur zum Walzen von Stahl, sondern auch von Kupfer und Aluminium eingesetzt.
Clusterwalzwerk
Mehrwalzenwalzwerke, auch als Clusterwalzwerke bezeichnet, verfügen über mehr Stützwalzen als Quartowalzwerke. Der Name „Cluster“ kommt von den zahlreichen Stützwalzen, die die Arbeitswalze unterstützen und einen höheren Druck ermöglichen. Diese Konstruktion ermöglicht die Verarbeitung von Hartmetallen wie Edelstahl. Darüber hinaus verhindert der kleine Durchmesser der Arbeitswalze in Verbindung mit der robusten Abstützung die Durchbiegung, was sie ideal für das Kaltwalzen extrem dünner Materialien wie Kupferfolie macht.
Planetenwalzwerk
Planetenwalzwerke zeichnen sich durch die Anordnung mehrerer kleiner Arbeitswalzen um den Umfang einer größeren Stützwalze aus. Diese kleinen Arbeitswalzen rollen in einer Planetenbewegung über das Material und ermöglichen so eine erhebliche Zerkleinerung und eine hohe Walzleistung. Diese Anordnung ist besonders effektiv für schwere Zerkleinerungen und die Verarbeitung großer Metallmengen.
Universalwalzwerke
Universalwalzwerke zeichnen sich dadurch aus, dass sie über horizontal und vertikal angeordnete Walzen verfügen. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Walzwerk, Druck in mehrere Richtungen gleichzeitig auszuüben. Es eignet sich besonders für die Herstellung komplexer Querschnittsformen, wie z. B. H-Träger, aus ursprünglich einfachen stabförmigen Materialien.
Schrägwalzwerk
Schrägwalzwerke, auch Mannesmann-Walzwerke genannt, sind auf die Herstellung nahtloser Stahlrohre spezialisiert. Sie verwenden einen Lochdorn im Inneren des Hohlmetalls und externe konische Walzen, um das Rohr zu formen. Da keine Nähte vorhanden sind, eignen sich diese Rohre ideal für Hochdruckanwendungen wie Ölpipelines, Kessel und andere kritische Infrastrukturen, bei denen es um den Transport von Flüssigkeiten oder Gasen geht.
Conclusion
Das Walzen ist eine Art der plastischen Verformung, bei der Metall durch Walzen geführt wird, um Bleche, Stangen oder Rohre zu erzeugen. Je nach Verarbeitungstemperatur kann das Walzen in Heißwalzen, Kaltwalzen und Warmwalzen unterteilt werden. Die zum Walzen verwendeten Maschinen sind je nach Verwendungszweck sehr unterschiedlich. Für blechförmige Materialien sind Zwei- und Vierwalzengerüste sowie Bündelgerüste üblich. Universalwalzwerke werden für die Herstellung komplexer Formen wie H-Träger verwendet, während Schrägwalzwerke für die Herstellung nahtloser Rohre eingesetzt werden.
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