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Gemeinsamkeiten/Unterschiede
Bild 1: Einstichverfahren
Bild 2: Vorschubverfahren
Bild 3: Walzen von Freiformflächen

Die Einsatzgebiete beider Verfahren reichen vom allgemeinen Maschinenbau, dem Automobil- und Flugzeugbau, dem Motorenbau bis hin zur Kraftwerks- und Medizintechnik. Glatt- und Festwalzwerkzeuge eignen sich für den Einsatz auf nahezu jeder Werkzeugmaschine (z. B. konventionellen bzw. CNC-gesteuerten Drehmaschinen, Bohrwerken, Bearbeitungszentren, Tiefbohrmaschinen ). Auf diese Weise kann ein Werkstück unmittelbar nach der Zerspanung in der gleichen Aufspannung glatt- oder festgewalzt werden. In Einzelfällen, bei denen es nicht sinnvoll erscheint, eine komplexe Werkzeugmaschine mit dem Verfahren zu belegen, kann eine Festwalzmaschine zum parallelen Betrieb während der spangebenden Bearbeitung angeboten werden.

Für beide Verfahren sind unterschiedliche Prozesskinematiken realisierbar. Die einfachste Variante ist das Walzen im Einstichverfahren (Bild 1). Hierbei wird die Oberfläche an einer axialen Position mit der Rolle oder der Kugel kontaktiert, die Walzkraft über einige Umdrehungen aufgebaut und dann über mehrere Umdrehungen auf konstanter Höhe gehalten. Am Ende der Bearbeitung wird über einige abschließende Umdrehungen die Walzkraft wieder abgebaut. Der Auf- und Abbau der Walzkraft hat eine starke Relevanz, da es sonst zu Spannungsgradienten in der Randzone des Bauteils kommen kann und somit ein frühzeitiger Ausfall des Bauteils begünstigt würde. Diese Kinematik wird primär für das Festwalzen angewendet, um z. B. Kerbwirkungen an Absätzen von wellenförmigen Bauteilen durch das Festwalzen zu eliminieren.

Durch das Hinzuschalten eines Vorschubs wird das Walzen im Vorschubverfahren durchgeführt (Bild 2), um z. B. zylindrische Flächen einfach und schnell bearbeiten zu können.

Mittels Werkzeugen mit hydrostatisch gelagerten Kugeln ist zusätzlich das Bearbeiten von Freiform- und ebenen Flächen realisierbar (Bild 3). Hierbei wird der Wälzkörper in Form einer Kugel über ein Nachführsystem geführt. Der Anwender ist dadurch in der Lage, unterschiedlichste Bauteiltoleranzen und Maschinenelastizitäten in einem definierten Bereich zu kompensieren, ohne auf eine kontinuierlich konstante Walzkraft auf die Oberfläche verzichten zu müssen. Dies ermöglicht die Bearbeitung komplexer Geometrien mit immer gleich bleibender Prozessqualität. Besonders bei Bauteilen, die höchsten Sicherheitsanforderungen unterliegen, kommen nur kraftgesteuerte Werkzeuge zum Glatt- oder Festwalzen in Frage.

Das Prinzip dieser hydrostatischen Werkzeuge zum Glatt- und Festwalzen ermöglicht außerdem das Bearbeiten von Komponenten mit einer hohen Ausgangshärte. Werkzeuge mit mechanisch gelagerten Wälzkörpern werden in der Regel nur bis zu Ausgangshärten von 45 HRC (Härtetest nach Rockwell) eingesetzt. Mit den Werkzeugen, die eine hydrostatisch gelagerte Kugel besitzen, sind allerdings Ausgangshärten von bis zu 65 HRC noch bearbeitbar. Selbst bei derartigen Bedingungen sind immer noch eine Oberflächenglättung, eine Kaltverfestigung und die Induzierung von Druckeigenspannungen in die Bauteilrandzone möglich.

Das Glattwalzen unterscheidet sich vom Festwalzen im Wesentlichen in der Zielsetzung. Während beim Glattwalzen eine bestimmte Oberflächengüte in Form eines spezifischen Rauhigkeitswertes erzielt werden soll, steht beim Festwalzen die Erhöhung der Betriebsfestigkeit im Vordergrund. Diese Steigerung der Bauteillebensdauer basiert zwar auch auf einer Glättung der Oberfläche, jedoch haben die erzielte Kaltverfestigung und die Induzierung von Druckeigenspannung in die Randzone einen deutlich signifikanteren Einfluss auf die Steigerung der Bauteillebensdauer.

Ein weiterer Unterschied zwischen beiden Verfahren liegt in der Qualitätsprüfung. Diese ist beim Glattwalzen simpel durch z. B. eine taktile Messung der Oberflächengüte durchzuführen. Beim Festwalzen jedoch lassen sich Arbeitsergebnisse durch Lebensdaueruntersuchungen, Messungen von Eigenspannungstiefenverläufen usw. nur durch Zerstörung des Bauteils verifizieren. Eine nachträgliche Korrektur ist nur beim Glattwalzen möglich; ein nicht erreichter Oberflächenkennwert ist in den meisten Fällen durch einen wiederholten Bearbeitungsprozess zu erzielen.

Die Qualitätssicherung beim Festwalzen ist nur durch eine zuverlässige Reproduktion der für das Verfahren festgelegten und freigegebenen Parameter möglich. Insbesondere für sicherheitsrelevante Bauteile ist eine Prozessüberwachung zu empfehlen, die die Bearbeitungsparameter in Echtzeit erfasst und dokumentiert.