So wählen Sie das richtige Rollierwerkzeug

Als Fertigungsplaner kennen Sie das: Während Sie bei Zerspanwerkzeugen genau wissen, welche Werkzeuge Sie beschaffen können, fehlt Ihnen diese Erfahrung sicherlich bei Rollierwerkzeugen. Welches Werkzeug ist für Ihre Anwendung das Richtige? Welches ist das kosteneffizienteste Rollierwerkzeug für die Anwendung? Mit diesen 3 Schritten finden Sie das richtige Glattwalzwerkzeug oder Festwalzwerkezug – und Sie sparen Zeit und Kosten bei der Auswahl des passenden Rollierwerkzeugs. 

Beim Rollieren, auch als Glattwalzen oder Festwalzen bezeichnet, geht es darum, mit einem Walzkörper die Oberflächen plastisch verformen und mechanisch nachzuarbeiten. Das Rollieren ist also ein Oberflächenbehandlungsprozess, bei dem eine Walzrolle mit einer definierten Kraft auf die Oberfläche des Bauteils gepresst wird. Durch eine Relativgeschwindigkeit zwischen Walzrolle und Bauteiloberfläche, verfährt die Walzrolle über die gesamte Bauteiloberfläche. Die hohen Kontaktpressungen zwischen Werkzeug und Werkstück erzeugen dabei eine sehr starke Einglättung der Rauheitsspitzen (Verbesserung bis zu 95%) und einer Verfestigung der Randzone.

Rollierwerkzeuge für das Glatt- und Festwalzen

Grundsätzlich kann man zwischen mechanischen- und hydrostatischen Walzwerkzeugen unterscheiden. Bei den mechanischen Werkzeugen wird die Walzrolle durch eine mechanische Kraft auf die Oberfläche gepresst. Die Rolle ist dabei entweder selbst gelagert oder wird über ein Stützelement (Stützkegel oder Stützrolle) gehalten. 

Bei hydrostatischen Werkzeugen wird eine Walzkugel über ein hydraulikmedium (Öl oder KSS) mit hohem Druck auf die Oberfläche gepresst. Die Kugel wird dabei hydrostatisch vom Medium umströmt und gelagert. Die Werkzeuge sind sehr Verschleißarm und haben durch den Hub der Kugel die Möglichkeit kraftgeregelt Ungenauigkeiten auszugleichen. 

Wie findet nun aber der Fertigungsplaner das für die Anwendung passende Werkzeug?

In 3 Schritten zum passenden Werkzeug

Natürlich müssen für die Auswahl des Werkzeugs die Randbedingungen beachtet werden. Hierbei spielen die Maschine, das Bauteil und der Prozess selbst eine entscheidende Rolle. Die Randbedingungen müssen bekannt sein. Selbstverständlich können nicht alle Randbedingungen nachfolgend so abgedeckt sein. Außerdem ist die Anzahl verfügbarer Werkzeuge sehr groß. Wenn das grundlegende Werkzeugprinzip bekannt ist, kann dieses meiste sehr einfach auf die eigene Situation angepasst werden. 

Nachfolgend sollen daher drei Schritte beschrieben werden, mit denen effizient und einfach ein Werkzeugkonzept ausgewählt werden kann. Die Erfahrung zeigt nämlich, dass hierfür gar nicht so viele Fragen beantwortet werden müssen. 

Schritt 1: Ziel definieren – Oberflächen glätten, – verfestigen oder Präzisionsbohrung erzeugen 

Möchten Sie die Oberflächenrauheit reduzieren, die Randzone verfestigen oder eine Bohrung optimieren? Jedes Ziel erfordert ein anderes Werkzeug und eine andere Prozesskontrolle.

1. Oberfläche einglätten
   Soll das Verfahren dafür genutzt werden, die vorhandene Oberflächenrauheit nach dem Drehen, Fräsen oder Bohren zu reduzieren, dann spricht man von der Anwendung des Glattwalzens.
2. Verfestigen der Randschicht
   Ist das Ziel des Prozesses die Verbesserung der dynamischen Festigkeit oder soll eine bestimmte Oberflächenhärte erreicht werden, dann spricht man vom Festwalzen. Dabei werden Druckeigenspannungen induziert und eine Kaltverfestigung erreicht, durch die eine Härtesteigerung in der Randzone eingestellt wird.
3. Bohrungseigenschaften verbessern
   Für die Bearbeitung von Bohrungen gibt es spezialwerkzeuge. Soll eine Bohrung mit einer minimalen Rauheit erreicht werden, dann können spezielle Rollierwerkzeuge genutzt werden. Diese können mit dem Prozess des Schälens verbunden werden. Beim Schäl-Glattwalzen können Bohrungen und vor allem lange Rohre innen präzise hergestellt werden. 

Warum ist die Frage wichtig?
Beim Rollieren spricht man auch vom Glatt- oder Festwalzen. Beide Prozesse sind grundsätzlich identisch. Allerdings kann ich beim Glattwalzen das Ergebnis nachträglich sehr einfach Messen. Die Prozessführung ist also nachträglich steuerbar. 

Beim Festwalzen ist dies nicht so einfach möglich. Gerade, wenn es darum geht Druckeigenspannungen in die Randzone einzubringen, dann kann das Ergebnis nicht zerstörungsfrei gemessen werden. Hier muss die Prozessführung deutlich stärker überwacht werden. 

Aufgrund dessen gibt es einige Werkzeuge, die sich gut für eine solche Prozessführung eignen und solche, die optimal für das Festwalzen sind. 

Schritt 2: Werkstoffhärte prüfen – Warum 45 HRC die Grenze ist

Im zweiten Schritt geht es dann um die wichtigste Werkstoffeigenschaft bei der Werkzeugauswahl: Die Werkstoffhärte. Die Härte ist das Maß, dem Eindringen eines Gegenkörpers einen Widerstand entgegenzubringen. Bei gehärteten Werkstoffen (>45 HRC) sind dadurch die Belastungen für die Walzkörper deutlich größer. 

Es gibt spezielle Werkzeugtypen, bei denen die Walzkörper für die Bearbeitung der harten Werkstoffe geeignet sind. Mit diesen Werkzeugen können Werkstoffe mit einer Härte von bis zu 65 HRC bearbeitet werden. 

Des Weiteren ist bei harten Werkstoffen auch eine deutlich höhere Kraft notwendig, um die entsprechende Umformung zu erreichen. Auch hierdurch sind einige Werkzeuge begrenzt.   

Schritt 3: Geometrie analysieren – Welches Werkzeug passt zu Ihrer Anwendung?

Im dritten und letzten Schritt geht es dann darum, die eigentliche Geometrie auszuwählen. Aufgrund der Geometrie der Walzkörper, ihrer Anordnung und der Abrollrichtung im Werkzeug können bestimmte Werkzeuge nur für eine bestimmte Bauteil-Geometrie eingesetzt werden. 

Natürlich gibt es für etliche der in Bild 2 gezeigten Geometrien nicht nur ein mögliches Werkzeug. Durch die Auswahl der Geometrie kann die Liste der geeigneten Werkzeuge dann aber auf ein Minimum gekürzt werden. 

Die Werkzeuge selbst haben unterschiedliche Größen und Walzkräfte. In der Liste der möglichen Werkzeuge muss dann das für die Randbedingungen passende Werkzeug ausgewählt werden. Am Beispiel einer zylindrischen Geometrie kann dies gezeigt werden. Hier gibt es im Grunde 4 Werkzeugtypen, die sehr ähnlich aufgebaut sind, aber jeweils für eher kleine oder eher große Bauteile und Maschinen geeignet sind.

Wichtig ist, dass es bei hier der Auswahl des Werkzeugs immer um das Grundprinzip der Rollenlagerung und Kraftaufbringung geht. Die Orientierung des Walzkörpers oder der Einspannung des Werkzeugs sind oftmals frei wählbar. Auch, ob das Werkzeug mit einer Spannleiste, einer VDI- oder Capto-Aufnahme ausgestattet ist, das sind Detailfragen, die dann im Austausch mit ECOROLL definiert werden müssen. Dafür stehen unsere geschulten technisches Vertriebskollegen gerne zur Verfügung.

Mit dem Toolfinder zum richtigen Werkzeug

Auf der Homepage von ECOROLL gibt es mit dem Toolfinder eine geleitete Werkzeugauswahl durch genau diese drei Fragen. Das Ergebnis ist eine Liste mit möglichen Werkzeugen, die für Ihre Anwendung in Frage kommen. 

Nach Start des Toolfinders müssen Sie lediglich die drei genannten Fragen beantworten und schon gelangen Sie direkt zu einer Auswahl der passenden Werkzeuge. 

Sie möchten das optimale Rollierwerkzeug für Ihre Anwendung finden? Nutzen Sie jetzt unseren kostenlosen Toolfinder oder kontaktieren Sie unsere Experten für eine individuelle Beratung.