Zylinderdrückwalzen

Das Zylinderdrückwalzen (Zylinderabstreckwalzen, Flow Forming, Tube-spinning, Tube-turning) ist ein Druckumformverfahren für Werkstücke aus Metall. Es wird in der Massivumformung bis hin zur Fertigung von Präzisionsteilen angewendet.

Die Umformung des Werkstückes erfolgt durch dessen Rotation, wodurch frei drehbar gelagerte Walzen mittels Reibschluss ebenfalls in Rotation versetzt werden. Diese Walzen sind auf zwei Achsen geführt und werden mittels CNC gesteuert. Aufgrund der Zustellung der Walzen bildet sich im Kontaktbereich zum Werkstück eine Zone des plastischen Fließens aus. Die Walzen verdrängen dabei das Material in radialer, axialer und geringfügig auch in tangentialer Richtung. Durch eine CNC-basierte Ansteuerung der Walzen können in einem Arbeitsgang Absätze, Übergänge oder Radien auf dem Außendurchmesser abgebildet werden. Ebenso können spezielle Innengeometrien wie z. B. eine Verzahnung über Dorn hergestellt werden.

Durch das Drückwalzen werden nahtlose, rohrförmige Bauteile mit teils komplexen Geometrien und unterschiedlichen Wanddickenverläufen hergestellt. Das Drückwalzen gehört (ebenso wie das Drücken, Tiefziehen oder Rundkneten) zu den Verfahren der Kaltumformung.

Im Gegensatz zum Tiefziehen wirken beim Zylinderdrückwalzen auf Grund der inkrementellen Umformung der Werkstücke niedrigere Umformkräfte. Durch den vorherrschenden hohen hydrostatischen Spannungszustand können neben Aluminiumlegierungen und 20MnCr5 auch Titanlegierungen wie Ti6Al4V oder Nickelbasislegierungen umgeformt werden. Das Flow-Forming-Verfahren zeichnet sich durch den flexiblen Einsatz von einfachen Werkzeuggeometrien aus. Es können endgeometriefertige Bauteile mit Oberflächenverfestigungen oder auch Innengeometrien erzeugt werden.

Aufgrund der inkrementellen Umformung ergeben sich längere Bearbeitungszeiten als beim Tiefziehen. Der größte Teil der Kosten für den Flow-Forming-Prozess belaufen sich auf die Maschinenkosten; diese werden teilweise durch geringe Werkzeugkosten und kurze Rüstzeiten kompensiert.

Literatur

• K. Birk: Untersuchungen zur Anwendung des Abstreckdrückens bei der Fertigung rotationssymmetrischer Hohlkörper mit Innenverzahnung. Dissertation, Technische Hochschule Karl-Marx-Stadt, 1985.
• E. Thamasett: Kräfte und Grenzformänderungen beim Abstreckdrücken zylindrischer, rotationssymmetrischer Hohlkörper aus Aluminium. Dissertation an der Technischen Hochschule Stuttgart, Max-Planck-Institut für Metallforschung, 1961.
• R. Ufer: Modellierung und Simulation von Drückwalzprozessen. Dissertation TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, 2006.
• M. Kuss, S. Wallner, O. Harrer, B. Buchmayr: FEM-Analyse des Axial-Radial-Umformens als Verfahrenserweiterung des Radialschmiedens. XXXI. Verformungskundliches Kolloquium, 2012, S. 29–33.