Das Walzprofilieren ist ein Verfahren, bei dem Metallbleche durch mechanische Mittel in bestimmte Formen gebracht werden. Gängige Anwendungen sind die Herstellung von runden und konischen Bauteilen. Das Potenzial der Walzprofilierungstechnologie geht jedoch weit darüber hinaus - durch präzise mechanische Konstruktion und Prozessoptimierung können auch eckige Metallstrukturen wie rechteckige und quadratische Bauteile effizient hergestellt werden.
Moderne Walzprofilieranlagen sind heute mit Bombiersystemen, intelligenter Software und hochpräzisen Steuerungen ausgestattet, die eine Formgenauigkeit im Millimeter- oder sogar Mikrometerbereich ermöglichen und eine stabile und gleichbleibende Produktqualität gewährleisten.
Dieses flexible und multifunktionale Blechbearbeitungssystem ist zu einem der wichtigsten Ausrüstungsgegenstände in der modernen Fertigung geworden. Von Metallgehäusen für Haushaltsgeräte bis hin zu Präzisionsbauteilen für die Luft- und Raumfahrt wird die Rollformtechnik dank ihrer Effizienz, Präzision und hohen Anpassungsfähigkeit in vielen verschiedenen Fertigungsszenarien eingesetzt.
Trotz der Komplexität und Vielfalt der Blechbiegetechniken folgt das Walzprofilieren (in diesem Zusammenhang ist speziell das Blechwalzverfahren gemeint) stets einer einzigartigen Umformlogik. Dieser Artikel befasst sich mit den Prinzipien und Anwendungen der Walzprofilierung.
Funktionsprinzip der Walzprofiliermaschine
Beim Walzprofilieren werden spezielle mechanische Vorrichtungen und Verfahrensabläufe eingesetzt, um Metallbleche schrittweise in vorgegebene geometrische Formen zu biegen. Zu den gängigen Produkten gehören runde (O-förmige), genutete (U-förmige) und abgewinkelte (winklige) Strukturteile. Das Hauptarbeitsprinzip besteht darin, die Relativbewegung zwischen Walzen zu nutzen, um eine kontrollierbare Biegekraft auf das Material auszuüben, die eine plastische Verformung bewirkt.
Herkömmliche Blechwalzmaschinen sind in der Regel mit einer oberen und einer unteren Walze als Grundstruktur ausgestattet. Die obere Walze ist für die Klemm- und Positionierungsfunktion verantwortlich, die das Material durch Druck fixiert und seinen stabilen Transport sicherstellt; die untere Walze wird als aktive Antriebseinheit verwendet, um durch eine Drehbewegung ein Drehmoment zu erzeugen, das das Material dazu bringt, sich kontinuierlich entlang der Walzenoberfläche zu biegen. Mit der Weiterentwicklung der Technologie haben moderne Blechwalzmaschinen eine Vielzahl von Konfigurationen mit zwei, drei und sogar vier Walzen entwickelt, und ihre mechanische Struktur und Bewegungslogik wurden ebenfalls optimiert, um den Anforderungen unterschiedlicher Materialstärken, Biegeradien und Produktionsleistungen gerecht zu werden.
Während des Umformprozesses muss das Blech mehrere Biegezyklen zwischen den Walzen durchlaufen, bis es die Zielform erreicht hat. Für komplexe Details (wie z. B. Kantenverrundungen) oder besondere Biegeanforderungen sind in der Regel zusätzliche Verfahren oder Spezialausrüstungen für die weitere Bearbeitung erforderlich. Es ist zu beachten, dass die Maßgenauigkeit und Formstabilität des Endprodukts von zahlreichen Faktoren beeinflusst werden, darunter Materialeigenschaften (wie Elastizitätsmodul, Streckgrenze), Blechdicke, Walzenspalt und Druckverteilung usw., die durch präzise Berechnung und Echtzeitüberwachung dynamisch angepasst werden müssen.
Diese Technologie hat sich aufgrund ihrer hohen Effizienz, Flexibilität und Kostenvorteile zu einem zentralen Verarbeitungsverfahren in den Bereichen Automobilbau, Stahlbau, Schiffbau usw. entwickelt und hat in der Großserienproduktion erhebliche wirtschaftliche Vorteile gezeigt.
Walzenbiegemaschinen-System
Walzenbiegemaschinen lassen sich in erster Linie nach ihren Antriebsmethoden in mechanische und hydraulische Typen einteilen. Einzelheiten zur Klassifizierung von Walzbiegemaschinen nach ihrer Bauweise (z. B. Anzahl der Walzen) finden Sie in unserem früheren Fachartikel.
Mechanische Dreiwalzen-Walzbiegemaschine
Mechanische Dreiwalzen-Rollbiegemaschinen lassen sich aufgrund der Anordnung der Walzen in symmetrische und asymmetrische Typen unterteilen.
Symmetrisches Design:
Zwei parallele Walzen befinden sich am Boden, eine dritte Walze ist vertikal und mittig darüber angeordnet. Die unteren Walzen sorgen für die Hauptantriebskraft, indem sie sich drehen und das Material dazu bringen, sich kontinuierlich zwischen den Walzen zu biegen. Dies eignet sich zum Formen herkömmlicher zylindrischer oder konischer Werkstücke.Asymmetrisches Design:
Die obere Rolle ist die Hauptantriebsrolle, die vertikal in der Mitte angeordnet ist. Darunter befindet sich eine Parallelrolle, und die dritte Rolle ist seitlich versetzt. Die seitliche Walze spielt eine Schlüsselrolle in der Vorbiegephase, da sie ein präzises Biegen der Blechkanten ermöglicht, was bei symmetrischen Konstruktionen in der Regel Hilfsvorrichtungen erfordert, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen.
Hydraulische Walzenbiegemaschine
Die obere Walze der hydraulischen Walzenbiegemaschinen ist trommelförmig und wird durch ein hydraulisches System vertikal angehoben. Dieses Merkmal verbessert die Anpassungsfähigkeit der Maschine an unterschiedliche Materialstärken erheblich und gewährleistet die Geradheit der Materialkanten. Die Flexibilität des hydraulischen Antriebs und der Einstellung macht sie für die Bearbeitung komplexer Formen oder hochpräziser Anforderungen noch vorteilhafter.
Beide Arten von Walzenbiegemaschinen haben ihre jeweiligen Vorteile für unterschiedliche Anwendungen: Mechanische Walzenbiegemaschinen sind für ihren einfachen Aufbau und ihre Wartungsfreundlichkeit bekannt, wodurch sie sich für die standardisierte Großproduktion eignen; hydraulische Walzenbiegemaschinen mit ihrer hochpräzisen Steuerung und Flexibilität eignen sich eher für die kundenspezifische Verarbeitung oder für Branchen, die eine hohe Oberflächenqualität verlangen.
Unterschiede zwischen Kaltbiegen und Warmbiegen in Bezug auf das Verfahren
Im Bereich des Blechbiegens stehen verschiedene Umformverfahren zur Auswahl. Bevor jedoch der spezifische Walzplan für ein Werkstück festgelegt wird, ist es wichtig, zunächst zwischen den beiden wichtigsten Verfahrensarten zu unterscheiden: dem Warm- und dem Kaltbiegen.
Kaltbiegeverfahren
Unter Kaltbiegen versteht man ein direktes Biegeverfahren, bei dem das Material nicht vorgewärmt werden muss. Zu den wichtigsten Vorteilen des Kaltbiegens gehören die hohe Verarbeitungseffizienz (keine Heiz-/Kühlzyklen erforderlich) und die niedrigen Kosten (kein Energieverbrauch oder Oxidationsverlust), wodurch es sich besonders für die regelmäßige Umformung von dünnen und mittelstarken Blechen eignet. Aufgrund der begrenzten Plastizität des Materials bei Raumtemperatur erfordert das Kaltbiegen jedoch eine hohe Ausrüstungssteifigkeit und Formgenauigkeit, und es ist schwierig, hochfeste Materialien oder Werkstücke mit komplexem Querschnitt zu verarbeiten. Wenn Sie die Anschaffung einer Walzbiegemaschine planen, sollten Sie die Anwendbarkeit des Kaltbiegeverfahrens auf der Grundlage der Produktlosgröße, der Materialeigenschaften und der Präzisionsanforderungen umfassend bewerten.
Heißbiegeverfahren
Beim Warmbiegen wird das Werkstück lokal über die Rekristallisationstemperatur hinaus erwärmt, wodurch die Plastizität des Werkstoffs deutlich erhöht, der Umformwiderstand verringert und die Maßhaltigkeit verbessert wird. Zu den technischen Vorteilen des Warmbiegens gehören:
Hochpräzise Umformung: Das Warmbiegen ermöglicht eine stabile Bearbeitung von Werkstücken mit komplexen Querschnitten und großen Krümmungsradien.
Breite Materialkompatibilität: Besonders geeignet für Werkstoffe, die sich nur schwer durch Kaltbiegen verformen lassen, wie z. B. hochfester Stahl, Titanlegierungen und andere.
Energieeinsparungspotenzial: Im Vergleich zum Kaltbiegen kann das Warmbiegen den Energiebedarf des Antriebssystems der Ausrüstung verringern. Es ist jedoch zu beachten, dass das Warmbiegen eine präzise Steuerung der Heiztemperatur, der Haltezeit und der Abkühlgeschwindigkeit erfordert, um eine Verschlechterung der Materialleistung oder eine Oxidation der Oberfläche zu verhindern.
Warmbiegeverfahren (Hybridverfahren)
Das Warmbiegen ist ein Kompromiss zwischen Kaltbiegen und Warmbiegen. Das Werkstück wird auf einen mittleren Temperaturbereich erwärmt (typischerweise unterhalb der Rekristallisationstemperatur), wodurch der Umformwiderstand verringert und die Wärmeeinflusszone minimiert wird. Zu den Vorteilen des Warmbiegens gehören:
Bessere Formbarkeit: Reduziert die Rückfederung und verbessert die Dimensionsstabilität.
Reduzierter innerer Stress: Im Vergleich zum Kaltbiegen werden die Eigenspannungen im Material deutlich reduziert.
Moderate Ausrüstungskosten: Es ist keine Hochtemperaturumgebung erforderlich, so dass die Anforderungen an die Wärmebeständigkeit der Ausrüstung geringer sind. Allerdings muss beim Warmbiegen ein Gleichgewicht zwischen dem Heizenergieverbrauch und der Effizienz der Umformung gefunden werden, und es kann zu lokalen Leistungsunterschieden aufgrund von Temperaturgradienten kommen.
Empfehlungen zur Auswahl
Kaltbiegen: Geeignet für dünne Bleche, Serienfertigung und Werkstücke mit geringeren Genauigkeitsanforderungen.
Heißbiegen: Am besten geeignet für hochwertige, komplexe Querschnitte oder schwer zu verarbeitende Materialien.
Warmes Biegen: Ideal für Szenarien, die eine hohe Maßgenauigkeit und Materialleistung erfordern.
Es wird empfohlen, die Durchführbarkeit des Verfahrens auf der Grundlage des spezifischen Werkstückmaterials, der Querschnittsform, der Produktionscharge und des Kostenbudgets in Verbindung mit den technischen Unterstützungsmöglichkeiten des Anlagenlieferanten umfassend zu bewerten.
Analyse des Vorbiegeprozesses
Bei der Blechbearbeitung wird der Biegedruck nur auf die Kontaktfläche der Walzen ausgeübt, was bedeutet, dass der größte Teil der "effektiven Länge" des Materials nicht verformt wird. Der nicht verformte Teil wird als "gerade Kante" bezeichnet. Das Vorhandensein einer geraden Kante kann zu den folgenden Problemen führen:
Schrumpfung und Verformung: Die gerade Kante neigt dazu, bei der Weiterverarbeitung zurückzuweichen oder sich zu verziehen, was die Genauigkeit des Werkstücks beeinträchtigt.
Materialabfälle: Der Bereich der geraden Kante kann nicht effektiv genutzt werden, was zu einem erhöhten Materialabfall führt.
Das Vorbiegen als wichtiges Vorverfahren kann die Risiken von Schrumpfung und Verformung bei der nachfolgenden Verarbeitung erheblich reduzieren, indem das Kantenlineal vorab lokal plastisch verformt wird. Das Kernprinzip besteht darin, das Ausmaß der Vorverformung zu steuern und eine Übergangszone zwischen dem Biegebereich und dem Bereich der geraden Kante zu schaffen, wodurch die Spannungsverteilung ausgeglichen wird.
Theoretische Grundlagen des Vorbiegeprozesses
Die Vorbiegeparameter (wie Vorbiegewinkel und Druck) müssen auf der Grundlage der Biegeart (symmetrisch/unsymmetrisch) und der Blechdicke genau berechnet werden.
Symmetrisches Biegen: Die Länge der geraden Kante ist in der Regel positiv mit der Blechdicke korreliert, und der Vorbiegungsbetrag wird durch Formelableitung oder Erfahrungswerte bestimmt.
Unsymmetrisches Biegen: Aufgrund ungleichmäßiger Kräfte ist der Bereich der geraden Kante anfällig für Verschiebungen, und die Vorbiegeparameter müssen durch Kompensation der Seitenkräfte berechnet werden.
Methoden zur Durchführung des Pre-Bending-Prozesses
Je nach Prozessanforderungen kann der Betreiber zwischen folgenden technischen Lösungen wählen:
Biegen mit der Presse: Mit einer mechanischen Presse wird vertikaler Druck auf den geraden Kantenbereich ausgeübt, um eine lokale plastische Verformung zu erreichen.
Schablone Walzenbiegen: Für das progressive Biegen der geraden Kante werden maßgeschneiderte Formen in Kombination mit Rollen verwendet.
Segment Walzbiegen: Eine segmentierte Walzenstruktur wird verwendet, um abschnittsweise Druck auszuüben und die gerade Kante vorzubiegen.
Pufferblock Hydraulisches Biegen: Mit Hilfe von hydraulischen Puffern wird ein kontrollierbarer Flüssigkeitsdruck auf das Lineal ausgeübt, der für eine hochpräzise Bearbeitung geeignet ist.
Wichtige Kontrollpunkte des Vorbiegeprozesses
Während des Walzens muss das Werkstück genau zentriert werden, um die folgenden Probleme zu vermeiden:
Verdrehen: Eine falsche Ausrichtung des Werkstücks kann zu Querschnittsverformungen führen, die die Montagegenauigkeit beeinträchtigen.
Maßabweichung: Ungleichmäßige Seitenkräfte können zu Schwankungen des Biegeradius führen.
Methoden zur Zentrierung der Kontrolle:
Zentrierung der Seitenwalzen: Dynamische Anpassung der Position des Werkstücks durch seitliche Rollen.
Seitliche Rollenrillung: Bearbeitung von Führungsnuten auf der Oberfläche der Seitenrollen, um die seitliche Bewegung des Werkstücks zu begrenzen.
Schräge Zentrierung: Bei der Verwendung von Schrägrollen hilft die Schwerkraft bei der Zentrierung des Werkstücks.
Der Vorbiegeprozess optimiert die Spannungsverteilung im Bereich der geraden Kante und verbessert dadurch die Umformgenauigkeit und die Materialausnutzung von Blechen erheblich. In der Praxis ist es notwendig, das Vorbiegeverfahren und die Strategien zur Steuerung der Parameter auf der Grundlage der Werkstückstruktur, der Materialeigenschaften und der Ausrüstungsmöglichkeiten umfassend auszuwählen, um effiziente und stabile Bearbeitungsergebnisse zu erzielen.
