Festwalzen

Das Festwalzen ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen, das bei allen metallischen Bauteilen eingesetzt werden kann.  Es führt zu einer Erhöhung der Festigkeit dynamisch beanspruchter Bauteile, zu einer Härtezunahme auf der bearbeiteten Oberfläche und als Nebeneffekt zu einer Glättung der Oberfläche.

Grundsätzlich sind die Fertigungsverfahren Glattwalzen und Festwalzen identisch, häufig werden sogar identische Werkzeuge eingesetzt.  Der Erfolg der Festwalzbearbeitung wird jedoch nicht durch die Messung der Rautiefe ermittelt, sondern durch aufwändigere Verfahren zur Ermittlung der Verfestigung, Druckeigenspannung und Eindringtiefe.  Diese Verfahren sind i. d. R. zerstörungsbehaftet, teuer oder zeitaufwändig, eignen sich also selten für eine 100-%-Prüfung während der Fertigung.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied beider Verfahren ist die eingesetzte Walzkraft und die verwendeten Prozessparameter.  Während beim Glattwalzen nur eine spezifische Walzkraft leicht oberhalb der Zugfestigkeit eingesetzt werden muss, liegt die Kraft beim Festwalzen deutlich darüber.  Dies hat Auswirkungen auf die Anforderungen an die Bearbeitungsmaschine.  Weiterhin sind die verwendeten Umfangsgeschwindigkeiten und Vorschübe auf die Verfestigung ausgelegt.  Dies führt zumeist zu geringeren Umfangsgeschwindigkeiten, jedoch z. T. auch zu erhöhten Vorschüben.

Bild in Lightbox öffnen (open image in lightbox). Vergleich der Eindringtiefen der Druckeigenspannung etablierter Verfestigungsverfahren

Das Verfahren des Festwalzens bedeutet unter anderem eine enorme Steigerung der Lebensdauer.  Das Diagramm zeigt eindrucksvoll die Dauerfestigkeitssteigerung von 42CrMo4 durch Festwalzen im Vergleich zur gedrehten Bearbeitung (Quelle: D. Wierzchowski, A. Ostertag and L. Wagner: Fatigue Performance of the Mechanically Surface Treated Steels 42CrMo4 and 54SiCr6: Shot Peening vs. Roller-burnishing, Shot Peening, (L. Wagner, ed.) WILEY-VCH-Verlag, Weinheim (2003) 468).

Bild in Lightbox öffnen (open image in lightbox). Vergleich der erreichbaren Schwing-/Dauerfestigkeit von Stahl etablierter Verfestigungsverfahren

Das Festwalzen stellt eine kosteneffiziente und hochqualitative Alternative z. B. zur Kugelstrahltechnik dar und verfügt gegenüber dieser über nachfolgend aufgelistete entscheidende Vorteile:

  • Größere Eindringtiefe, abhängig von der Geometrie des Walzkörpers
  • Analog zum Glattwalzen geringe Rautiefe und hohe Trag-/Materialanteile
  • Erhöhung der Dauerfestigkeit auf 150 bis 400 % des ungewalzten Bauteils
  • Sehr gut einsetzbar zum Finishen additiv hergestellter Bauteile
  • Druckeigenspannungen sind lediglich abhängig von der Walzkraft (Hydraulikdruck oder Federkraft), dadurch kann das Ergebnis durch wenige Parameter bestimmt werden
  • Einfache Bedienung und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse
  • Kurze Bearbeitungszeiten
  • Hohe Betriebssicherheit des festgewalzten Bauteils, daher häufiger Einsatz bei "Angststahl", produkthaftungsrelevanten Bauteilen und Variantenreduzierung
  • Verlängerung der Bauteil-Lebensdauer
  • Reduzierung des Gewichts des Bauteiles möglich ("Angststahl")
  • Prozess in einer Aufspannung nach der Zerspanung möglich
  • Sofern eine Aufspannung nicht möglich ist (z. B. zu hohe Walzkraft für Zerspanungsmaschine), bieten wir geeignete Festwalzmaschinen mit optionalen Automatisierungslösungen an
  • Wirtschaftlich durch kurze Bearbeitungszeiten sowie Wegfall von Rüst- und Transportzeiten und Entsorgung von Abtrag
  • Einsatz problemlos in Bohrungen und Vertiefungen möglich
  • Auf den meisten zerspanenden Werkzeugmaschinen einsetzbar, sofern die Werkzeugaufnahmen für die Walzkräfte ausgelegt sind

Das Festwalzen eignet sich insbesondere für rotationssymmetrische Konturen.  Das Haupteinsatzgebiet liegt in der Bearbeitung von zur Kerbwirkung neigenden Geometrien wie Hohlkehlen, Übergangsradien, Nuten, Querbohrungen und zylindrische oder Planflächen.