Präzisions-Profil-Walzen von Metallen

Das klassische Profil-Walzen ist eine sehr verbreitete Technologie, wenn es um effiziente Großserienfertigung von Formelementen aus gut formbaren Werkstoffen geht. So sind unter anderem Spindeln und Wellen heute im Bereich der Feinmechanik die prädestinierten Teile, welche in dieser Technologie hergestellt werden.  Zum einen erfordern Materialien mit hoher Festigkeit besondere Maschinen und zum anderen wird ein immer höherer Anspruch an Genauigkeit gefordert. In diesem Spannungsfeld zwischen Fließverhalten und Präzision fällt die Entscheidung häufig zu Gunsten kostenintensiverer Zerspanungsverfahren. Gerade Spindeln und Wellen sind heute im Bereich der Feinmechanik jedoch prädestinierte Teile, welche mit der Profil-Walz-Technologie hergestellt werden können.

Um die Technologie Profil- Walzen wieder für die Serienfertigung kostenseitig attraktiv zu machen und die geforderten Genauigkeiten zu garantieren haben sich PENTACON und der Marktführer für Walzanlagen und der Materiallieferant BGH zu einem Entwicklungskonsortium zusammengeschlossen. Die Entwicklung begann 2012 und lieferte als Ergebnis ein serientaugliches Konzept zum Profil-Walzen von Werkzeugstahl S6-5-2.

Die folgende Übersicht zeigt, welche Geometrien wir mit dem Profil-Walzen umsetzen können.

Antriebswellen in Kleinmotoren

Wellen im Kleingetriebe

Sonderprofile nach Kundenwunsch

Förderschnecken in Pumpen

Verbindungselemente

Nachformen von Sinterprodukten

Verbesserung der Oberflächenrauheit bei Wellen als Alternative zum Schleifen

Durch die funktionale Weiterentwicklung erhöhen sich die Ansprüche an die Bauteile, was sich letztendlich auch in höheren Fertigungsanforderungen und Ansprüchen an den umzuformenden Werkstoff niederschlägt (z.B. Automobil- und Medizintechnik, Werkzeugbau). Gerade bei Bauteilen mit hohen thermischen oder mechanischen Belastungen werden immer häufiger Materialien eingesetzt, die zwar hohe Anforderungen erfüllen, mit klassischer Bearbeitung allerdings immer schwieriger zu formen sind.

Folgende Materialien setzen wir erfolgreich ein:

Diese Technologie kann jetzt überall dort ausgerollt werden, wo es um hohe mechanische und zugleich thermische Beanspruchung des Teils geht, zum Beispiel bei Pumpen, Getrieben oder Motoren.

Verzahnung mit sechs Segmenten

Am Beispiel einer Verzahnung mit 6 Zahnsegmenten in einem HSS S6-5-2 mit Rm<850N/mm² konnte die Toleranz von ±0,05 des Kopfkreisdurchmessers mit einer Prozessfähigkeit von derzeit Cpk 7,45 bereits mit seriennahen Fertigungsmengen nachgewiesen werden. Das zugehörige Kugelmaß an den Zahnflanken liegend mit Toleranz ±0,05 ist mit einer Prozessfähigkeit Cpk 4,53 ebenfalls stabil herstellbar.

Je nach Anwendungsfall werden noch Teile der Geometrie mit Kunststoff umspritzt, welche meist einer geringeren mechanischen oder thermischen Beanspruchung unterliegen. Somit kann unseren Kunden noch zusätzlich mit entsprechender Prozess- und Materialsubstitution eine weitere Kostenreduzierung ermöglicht werden, neben der zuvor genannten Einsparung aus den reinen Fertigungskosten mit Einsatz des Präzisionswalzens.

Stärken

  • Kosteneinsparung durch Umformen statt Zerspanung
  • mögliche Materialeinsparung mit Umformen
  • mögliche Technologiekombination mit Kunststoffumspritzen

Nachgelagerte Prozesse

  • je nach Anwendung und Geometrie ist gegebenenfalls noch ein Nachschleifen der geformten Profile notwendig

Potentielle Anwendungsbereiche

Aggregate/ Dieselmotoren

Warum nicht den klassischen Dreikant- oder Vierkantschliff zur Führung einer Düsennadel durch eine Schrägverzahnung ersetzen? Bei der Herstellung der Düsennadel speziell im Einspritzkraftstoffsegment wird allgemein ein HSS-Blank (z.B. S6-5-2) in unterschiedlichsten geometrischen Varianten und Prozessen hergestellt und üblicher Weise mehrstufig auf die finale Kontur geschliffen. Hier setzt unser Innovationsprozess an, um den kostenintensiven und oft kritischen Schleifprozess der Führungselemente mit einer Präzisionsschrägverzahnung zu ersetzen. Die Serientauglichkeit dieses Konzeptes wurde bereits bestätigt.

Wellen in Kleingetrieben und kleinen Elektromotoren

Spindeln und Wellen mit Elementen zur Kraftübertragung sind ideale Teile zur Kombination der Technologien Walzen und Kunststoffumspritzen. Hier bieten wir nun mehr Spielraum in der Materialauswahl mit hochfesten Werkstoffen sowie das Gesamtkonzept einschließlich anwendungsgerechter Konstruktion aus einer Hand.