Płynne toczenie - gładkie powierzchnie przy niewielkim wysiłku

Celem nagniatania rolkowego jest wygładzenie powierzchni elementu poprzez zmianę kształtu wierzchołków chropowatości. Wałek jest dociskany do powierzchni i prowadzony po niej. Powoduje to odkształcenie plastyczne wierzchołków chropowatości.

Nagniatanie rolkowe jest bardzo wydajnym procesem, w którym chropowatość może zostać wygładzona o 50-95% w porównaniu do obróbki wstępnej, w zależności od materiału. Jakość powierzchni poniżej R_z = 1 µm można łatwo osiągnąć w przypadku niehartowanych stali lub stopów aluminium przy użyciu procesu nagniatania rolkowego.

Zaletą tego procesu jest to, że nie wymaga on usuwania materiału i może być stosowany na standardowych maszynach bezpośrednio po obróbce. Można zatem pominąć skomplikowane operacje polerowania lub szlifowania.

Nagniatanie rolkowe pozwala uzyskać znacznie mniejszą chropowatość powierzchni w pojedynczej operacji mocowania bez usuwania materiału i bez skomplikowanych procesów polerowania i szlifowania.

Nagniatanie rolkowe to proces mechanicznej obróbki powierzchni. Ta specjalna grupa procesów wykończeniowych została zaprojektowana tak, aby pozytywnie wpływać na właściwości powierzchni i strefy krawędzi komponentów w ukierunkowany sposób. Ta grupa procesów obejmuje również śrutowanie, głębokie walcowanie i mechaniczne młotkowanie powierzchni. Cechą wspólną wszystkich tych procesów jest to, że po obróbce kształt i właściwości powierzchni są zmieniane w procesie czysto mechanicznym.

Dogniatanie walców jest ściśle związane z procesem walcowania głębokiego. W obu procesach określony korpus walca jest dociskany do powierzchni z precyzyjnie określoną siłą. Wynikający z tego nacisk powierzchniowy powoduje bardzo lokalne odkształcenie plastyczne materiału na powierzchni i w strefie krawędzi. W przeciwieństwie do walcowania głębokiego, w przypadku nagniatania walcowego nacisk kładziony jest na ukierunkowaną poprawę chropowatości powierzchni, na przykład w celu zmniejszenia tarcia między dwiema powierzchniami. Dogniatanie rolkowe realizuje te same cele, co honowanie, szlifowanie lub polerowanie, ale oferuje wiele korzyści technicznych i ekonomicznych. Nagniatanie rolkowe jest zatem procesem formowania do produkcji wysokiej jakości, gładkich powierzchni lub powierzchni o określonej strukturze powierzchni.

Podczas procesu formowania walcowany korpus początkowo styka się ze szczytami chropowatości powierzchni. Jeśli występujące naprężenia (patrz ciśnienie Hertza) osiągną wartość granicy plastyczności danego materiału, prowadzi to do odkształcenia plastycznego wierzchołków chropowatości. Materiał jest wciskany w powierzchnię. Ze względu na zasadę zachowania materiału podczas formowania, materiał musi przepłynąć do innej części powierzchni. Doliny chropowatości powierzchni są zatem wypełniane materiałem, a szczyty chropowatości są jednocześnie obniżane, a doliny chropowatości podnoszone, co skutkuje gładką powierzchnią.

Ze względu na ten proces formowania należy dokonać rozróżnienia między płynnym walcowaniem miękkich (45 HRC) i twardych (>45 HRC) materiałów. Wraz ze wzrostem twardości materiał traci zdolność do płynięcia pod wpływem występujących nacisków kontaktowych. Opierając się na definicji właściwości "twardość", łatwo zrozumieć, że element toczny nie może wnikać tak głęboko w powierzchnię o wysokiej twardości. Dlatego też wynik procesu, który należy osiągnąć, różni się znacznie w zależności od twardości komponentów. O ile chropowatość powierzchni miękkiego materiału można zmniejszyć o 95% w porównaniu do chropowatości początkowej, chropowatość powierzchni można zmniejszyć tylko o połowę podczas obróbki łożysk tocznych o twardości na przykład 62 HRC.

Proces ten jest zawsze stosowany, gdy wymagana jakość powierzchni nie może być osiągnięta w sposób niezawodny lub produktywny za pomocą procesu obróbki skrawaniem. Ze względu na proces formowania, wpływ zużycia narzędzia na chropowatość powierzchni jest znacznie mniejszy w przypadku nagniatania rolkowego niż w przypadku toczenia lub frezowania. W rezultacie, niezawodność procesu może być znacznie zwiększona przez nagniatanie rolkowe, a nawet mniejsze strefy tolerancji mogą być niezawodnie osiągnięte. Porównując na przykład wydajność toczenia wykańczającego z toczeniem, szybko staje się jasne, że toczenie ma przewagę nad toczeniem przy znacznie wyższych prędkościach posuwu.

Gładkie powierzchnie walcowane mają zazwyczaj chropowatość mniejszą niż R_z = 1 µm lub R_a = 0,1 µm. Profil powierzchni charakteryzuje się gładkością i zaokrągleniem, dzięki czemu zwiększa się nośność powierzchni. Oprócz wygładzania, proces ten zawsze prowadzi również do utwardzenia powierzchni, chociaż nie jest to specjalnie kontrolowane, ale raczej pozytywny efekt uboczny.

Nagniatanie rolkowe może być zwykle stosowane na tokarkach i frezarkach i nadaje się do obróbki różnych elementów w zależności od geometrii narzędzia. Firma ECOROLL AG Werkzeugtechnik opracowała różne rodzaje narzędzi do obróbki otworów, powierzchni płaskich, powierzchni stożkowych i powierzchni o dowolnym kształcie.