Festwalzverfahren perfektioniert Kompressoren

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Hydrostatisches Festwalzwerkzeug

Der Ventilkörper wird auf dem oben bereits beschriebenen Okuma-Dreh-Fräszentrum gefertigt. Um die Stirnfläche sowie die dazugehörigen Innenradien des Hochdruckventils festzuwalzen, kommt ein sogenanntes hydrostatisches Ecoroll-Werkzeug der HGx-Serie zum Einsatz.

Bei den hydrostatischen Systemen läuft eine Hartstoff-Kugel in einem durch den hydrostatisch aufgebauten Druck nahezu reibungslos in seiner Führung. Hydrostatisch heisst, dass durch eine externe oder integrierte Hochdruckpumpe ein kontinuierlicher Hochdruck aufgebaut wird.

Mit diesem System ist es möglich, Werkstücke mit bis zu 65 HRC Oberflächenhärte festzuwalzen. Durch die Veränderung des hydrostatischen Drucks kann die Anpresskraft der Kugel auf das Werkstück variiert und so den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. Im Fall des Hochleistungsventilkörpers werden bei Burckhardt Compression Drücke um die 200 bar gefahren.

Festwalzverfahren muss auf Anwendungsfall angepasst werden

E. Yüce: «Wir müssen die Materialeigenschaften regelmässig überprüfen. Wie verändern sich die Materialeigenschaften, wie verändert sich das Gefüge, welchen Einfluss hat das Verfahren auf die Lebensdauer usw. Die fertigungstechnischen Parameter, die wir heute anwenden, haben sich als optimal für diesen spezifischen Anwendungsfall herausgestellt. Es hängt natürlich auch von der spanenden Vorbearbeitung ab, die für die Oberflächenstruktur und Rauheit verantwortlich ist. Eine perfekte Abstimmung der Verfahren, zugeschnitten auf den Werkstoff, das Bauteil und die Anwendung, ist letztlich massgeblich entscheidend für den Erfolg.»

Bei Burckhardt Compression werden noch weitere Bauteile mit dem Verfahren bearbeitet. So beispielsweise die Dehnschaftschrauben des Hyper-Hochleistungskompressors. Sie sind für die Vorspannung der Zylinderköpfe zuständig. Hier treten enorme Zugkräfte mit überlagernden, schwellenden Belastungen auf.

E. Yüce: «Der Dehnschaftbereich dieser Zugbolzen wird konsequent festgewalzt. Auch hier werden durch das Festwalzverfahren Druckspannungen im Oberflächengefüge erzeugt. Neben den mechanischen Werkstoffveränderungen spielt auch hier die zusätzliche Glättung der Oberfläche eine wichtige Rolle: Die Glättung reduziert die Spannungsrissbildung erheblich. Denn Risse gehen fast immer von Oberflächenfehlern aus. Diese werden durch das Festwalzen massiv reduziert.»

Ohne Festwalzen gäbe es Bauteilversagen

H. Ammann: «Ohne das Festwalzverfahren würden die Dehnschaftschrauben innert kürzester Zeit reissen. Es ist schon eindrücklich, was diese Ecoroll-Werkzeuge mit ihrer Hartwerkstoffkugel für Vorteile bringt. Das Beste ist aber, wie leicht die Walzverfahren in den fertigungstechnischen Prozess zu integrieren sind, der Aufwand das Werkzeug einzusetzen ist sehr gering. Wir benötigen keine zweite Werkzeugmaschine wie beim Schleifen. Auch die Prozesssicherheit – gerade bei den hydrostatischen Werkzeugen – ist absolut vorbildlich.»

Glattwalzen: die Oberfläche im Fokus

Neben dem Festwalzen wird bei Burckhardt Compression auch das Glattwalzverfahren eingesetzt. Vom Prinzip her ein nahezu identisches Verfahren, nur dass hier die Oberfläche des Werkstücks im Fokus steht und nicht die Festigkeitssteigerung.

E. Yüce: «Das Glattwalzen ist ein Umformverfahren zur Erzeugung von hochwertigen, glatten Oberflächen. Die Randschicht des Werkstücks wird mit Hilfe einer oder mehrerer Rollen bzw. Kugeln umgeformt. Die Rauheitsspitzen werden annähernd senkrecht zur Oberfläche niedergedrückt und der Materialfluss hebt die Rauheitstäler entsprechend von unten her an. Die Glättung erfolgt somit durch das Fliessen der gesamten oberflächennahen Werkstoffschicht und nicht entsprechend einer weit verbreiteten falschen Annahme durch ‹Umbiegen› oder ‹Umbördeln› der Spitzen des Rautiefengebirges.»

Das Verfahren wird angewendet, wenn bei einem Bauteil eine hohe Oberflächengüte gefordert oder die gewünschte Oberflächengüte durch Zerspanung nicht prozesssicher erreichbar ist. Beschrieben wird das Verfahren unter anderem in der VDI-Richtlinie 2032, in der auch die Unterschiede zum Rollieren deutlich gemacht werden.

H. Ammann: «Bei einigen unserer produzierten Werkstücke muss die Oberfläche konstruktionsbedingt poliert sein. Das kann unterschiedliche Ursachen haben. Verminderung der Rissanfälligkeit oder aber auch, wenn es darum geht, die Reibung zu reduzieren. Auch fordern verschiedene Hersteller von Wellendichtungen, dass die zu dichtenden Flächen geschliffen oder poliert sein müssen. Wir prüfen bei uns intern, ob wir Polierverfahren oder Schleifverfahren durch Glattwalzen ersetzen können. Wenn das der Fall ist, realisieren wir das entsprechend. Dadurch reduziert sich auch die Durchlaufzeit der Bauteile, weil sie nicht auf einer Schleifmaschine feinbearbeitet werden müssen.»

Auf die typischen Massänderungen beim Glattwalzen angesprochen, sagt E. Yüce: «Das ist relativ einfach: Die Massveränderung liegt bei maximal Rz/2 oder darunter. Rz ist bei einem Rundteil somit die maximale Durchmesseränderung. Bei den meisten Bauteilen kann man das nahezu unberücksichtigt lassen.»

Perfekt in klassische Fertigungsprozesse integrierbar

Abschliessend kann das Fazit gezogen werden, dass sowohl Glatt- als auch Festwalzen aufgrund der sehr einfachen Integration in klassische Fertigungsprozesse ausserordentlich wirtschaftliche Verfahren sind, dessen Anwendungsbereich sich nahezu über das gesamte Spektrum der metallischen Werkstoffe erstreckt. Auf diese Weise kann ein Werkstück unmittelbar nach der Zerspanung in der gleichen Aufspannung glatt- oder festgewalzt werden. Rüstzeiten und Transportkosten entfallen somit. SMM

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