Walzen

Charakterisierung Walzen

Walzprofilieren Produkt und Produktblume

Walzen - ein vielfältiger (Metall-)umformprozess

Das Walzen ist ein kontinuierliches oder diskontinuierliches Druckumformverfahren mit einer oder mehreren  rotierenden Walzen.  Hierbei können zusätzliche Werkzeuge zum Einsatz kommen.  (Stopfen, Dorne, Führungswerkzeuge). Die Umformung erfolgt entweder durch angetriebene Walzen oder durch vom Walzgut geschleppte Walzen.

Walzen ist eines der vielfältigsten Umformverfahren in der Umformtechnik, es wird zum einen in der Halbzeugherstellung eingesetzt, aber auch zur Herstellung von Fertigerzeugnissen. Walzverfahren werden in allen Teilbereichen der Umformtechnik eingesetzt, in der Warmumformung, in der Kaltumformung, aber natürlich auch in der Blechumformung.

Es gibt eine Vielzahl von Walzverfahren. Einige sollen an dieser Stelle genannt werden: Flachwalzen, Profilwalzen, Rohrwalzen, Walzprofilieren, Reckwalzen, Querkeilwalzen, Drahtwalzen, Schrägwalzen.

Typische Kaliberfolge für eine Eisenbahnschiene mit teilweise asymmetrischen Querschnitten senkrecht zur Walzebene

(Quelle: By Cschirp.Cschirp at de.wikipedia [CC BY-SA 3.0 de (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)], from Wikimedia Commons)

Walzverfahren: Produkte und Zielbranchen

Flugzeug (Quelle: Moses - Fotoalia.com)

Ein vielfältiges Umformverfahren, wie das Walzen, wird wiedergespiegelt durch eine hohen Produktvielfalt und einem großen Anwendungsspektrum der Produkte. Typische Branchen und Produkte sind:

  • Fahrzeugbau (Automobil, LKW, Landmaschinen)
  • Flugzeugbau
  • Schiffbau
  • Bauindustrie (Hoch- und Tiefbau)
  • Offshore-Industrie
  • Maschinen- und Apparatebau
  • Berg- und Tunnelbau
  • Waggonbau
  • Lagerindustrie
  • Öl- und Gasindustrie
  • Möbelindustrie

Trends und Entwicklungen

Wohin geht die Entwicklung beim Walzverfahren?

 

Walzunternehmen stehen in einem starken Wettbewerb zueinander und unterliegen einem hohen Kostendruck. Unternehmen werden konfrontiert mit ständig steigenden Energiekosten, steigenden Laborkosten in Forschung und Entwicklung und schwankenden Rohstoffpreisen. Die Investitionskosten für die Ausstattung von Walzwerken sind die höchsten gegenüber anderen klassischen Umformverfahren. Nur durch eine hohe Automatisierung in der Walzprozesskette sind hohe Margen garantiert.

Demgegenüber sorgt die Forderung nach weiterer Ressourcenschonung maßgeblich für die Weiterentwicklung der Walztechnologie. Getrieben durch die Automobilindustrie ist ein wesentliches Gestaltungsprinzip der Leichtbau. Leichtbau kann durch den Einsatz leistungsfähigerer Werkstoffe, die Realisierung optimierter komplexer Formen (Spezialprofile) oder die Integration von zusätzlichen Funktionen erreicht werden.

Allerdings stellt die Umformung von hoch- oder höchstfesten Stählen durch Walzen sowohl aufgrund der Festigkeit als auch aufgrund der auftretenden Rückfederung eine Herausforderung dar.

Ein Beispiel für die Weiterentwicklung in der Walztechnologie sind z.B. Tailor Rolled Blanks, die durch flexibles Walzen hergestellt werden. Dabei wird der Walzspalt während des Prozesses so angepasst, dass ein Halbzeug mit unterschiedlichen Dicken entsteht. Die Prozessauslegung von Tailor Rolled Blanks setzt neue Anforderungen und Entwicklungen der Walztechnologie voraus.

Der Walzunternehmen sind gezwungen, sich diesen neuen Marktanforderungen zu stellen und neue Herangehensweisen in ihrer Engineering-Umgebung zu entwickeln und anzuwenden.

Typische Aufgabenstellungen beim Walzen

Walzbetreiber setzen z.T. analytische Berechnungsprogramme zur Berechnung von Stichplänen bzw. Kaliberfolgen ein. Es gibt eine Vielzahl an verschiedenen Lösungen in diesem Bereich, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie nur Teilaspekte berücksichtigen oder viele Vereinfachungen und Idealisierungen in der Modellerstellung zugrunde legen. Die Prozesssimulation soll nicht als Substituierung dieser etablierten analytischen Modelle verstanden werden, sondern als ein modernes Hilfsmittel zur Verifikation analytisch berechneter Stichfolgen. Zielsetzung der Simulation ist eine frühzeitige Prozessoptimierung – vor dem Hintergrund immer kürzerer Produktlebenszyklen der Bauteile.  Mit der Simulation haben Sie die Möglichkeit, mehr über Ihren Prozess zu erfahren und ins „Innere des Bauteils“ zu schauen.

 

Simulationsbeispiel: Walzen eines Felgenprofils

Bei stark asymmetrischen Kalibern liefern  die genannten analytische Programme keine hinreichende Lösung mehr. Lokal unterschiedliche Abnahmen verursachen Verdrehungen des Walzstranges. Dies erschwert eine stabile Prozessführung und verursacht neben einem höheren technischen Aufwand (Führungen, Richten) oft auch erhöhten Fertigungsausschuss.

Durch die Simulation verschiedener Varianten konnte die Form des Vorstiches optimiert und somit Verdrehungseffekte im nächsten Walzstich deutlich minimiert werden. Nacharbeitskosten wurden reduziert, die Oberflächenqualität des Felgenprofils deutlich verbessert. Rüstzeiten zur Justierung  der Walzstraße konnten deutlich verringert werden. Der Kunde profitierte von einer höheren Produktqualität, geringen Produktkosten und kürzeren Lieferzeiten.

Profilwalzen eines Felgenbettprofils ohne und mit Vorstichoptimierung

 

Anwendungsgebiete

Weitere wesentliche Anwendungsgebiete für die Simulation im Bereich der Walztechnologie sind:

  • Machbarkeitsanalysen für die Bauteilherstellung (Formgenauigkeit, Rissbildung)
  • Vermeidung von Walzfehlern
  • Beurteilung der Rückfederungseffekte
  • Dehnungs- und Spannungsanalysen
  • Vorhersage der geometrischen Walzgutausbildung beim Kaliberwalzen (Kaliberfüllung)
  • Vorhersage der Kantenausbildung beim Brammen- und Bandwalzen
  • Überprüfung der Stichanzahl und -abnahme
  • Wahl sinnvoller Kaliberfolgen
  • Optimale Ausnutzung der Walzstiche
  • Verhinderung von Verdrehungen bzw. Krümmungen des Walzguts
  • Untersuchung von Walzendurchbiegungseffekten
  • Berücksichtigung der elastischen Walzgerüstauffederung
  • Lokal unterschiedliche Verteilung von Feldgrößen – vor allem für die Gefügecharakterisierung
  • Virtuelle Abbildung von Prozessketten

 

Spannungsverteilung in den Arbeitswalzen eines Quartogerüstes, FEM-Prinzipmodell einer Walzenrückbiegung
Mehrstichiger Drahtwalzprozess, Darstellung der Drahtquerschnitte

Literatur- und Videotipps

Walzen von Bahnschienen - Einblicke in die Praxis

in Die Sendung mit der Maus

Zum Video

Unsere Lösung für das Walzen

Das Modul Walzen in Simufact Forming

Wer erhält den Zuschlag des Kunden zum Auftrag? Abhängig von der Kundensituation gibt es unterschiedliche, spezifische Anforderungen an das jeweilige Produkt, die der jeweilige Lieferant zu erfüllen hat. Derjenige, der die Kundenanforderungen am besten erfüllt, bekommt den Zuschlag. Hierbei spielen verschiedene Faktoren für den Kunden eine wichtige Rolle: Lieferzeit, Produktqualität, Kundenorientierung, Kosten, Produktinnovation und Service.

Die numerische Simulation des Walzens gehört heute zum festen Bestandteil einer CAE-geprägten Entwicklungsumgebung.

Simufact Forming vereint eine leichte und intuitive Bedienbarkeit mit der verlässlichen Vorhersage von Walzprozessen. Die Ergebnisse der Simulation finden dabei nicht nur im Produkt- und Prozessentwicklungsprozess Anwendung sondern ebenso bei kontinuierlichen Verbesserungsprozessen.

Simufact Forming bietet Ihnen Programmierschnittstellen, über die Sie auch spezielle Sonderwalzverfahren wie z.B. das Pilgerwalzen anwenderfreundlich abbilden können. Die wiederkehrende Vor- und Rückwärtsbewegung der Rohrluppe beim Pilgern kann durch spezifische Regelungen dargestellt werden. Mit etwas Programmierung, die wir gerne im Zuge eines Customizing-Projektes für Sie übernehmen, kann nahezu jeder Prozess simuliert werden.

 

Nutzen Sie die Vorteile von Simufact Forming Rolling für die Simulation Ihrer Walzprozesse

  • kürzere Entwicklungszeiten
  • umfassendes Prozessverständnis
  • höhere Prozessstabilität und -qualität
  • Vorhersage der Bauteileigenschaften
  • höhere Maschinennutzung, - Kostenersparnis
  • Erweiterung der Produktpalette
  • optimale Abstimmung der einzelnen Prozessschritte
  • weniger Ausschuss
  • Vermeidung von Walzfehlern

 

Für eine funktionale Betrachtung von Simufact Forming Rolling lesen Sie bitte unsere Produktbeschreibung: