Ultraschall-gestütztes Ziehschälen von Drahtstäben (UADP)
Das Ziehschälen von Drahtstäben verbessert die Oberflächenqualität wesentlich durch das Abschälen von Material aus dem äußeren Materialumfang. Es ist eine weithin bekannte Alternative zum Drehschälen, Sandstrahlen oder Schleifen. Ultraschallstütztes Ziehschälen verwendet eine hochfrequente Vibration des Schälwerkzeuges. Die Hochgeschwindigkeits-Längsbewegung des Schälwerkzeuges verringert die Ziehkräfte und verbessert die Materialoberflächenqualität.
Was ist Ziehschälen?
Das Hauptziel des Ziehschälens ist eine gleichmäßige Oberflächenqualität mit sehr geringer Oberflächenrauhigkeit. Nach dem Ziehschälen hat der Walzdraht eine feinere Materialstruktur sowie eine höhere Materialreinheit. Das Ziehschälen entfernt Oberflächendefekte wie Oxidschichten, Rattermarken, Walzriefen, Zundernarben, Lunker, Kratzer, Einschlüsse und verkohlte Randschichten von Eisenmetallen wie z.B. Stahl oder Eisenwerkstoffen. Besonders gut eignet sich das Ziehschälen für das Entfernen von Zunder und Oberflächenrost von Eisendraht. Bei Nichteisenmetallen, wie z.B. Kupfer, kann nach dem Walzen oder Ziehen ein Ziehschälen notwendig sein, um Gusshaut oder Oxidschichten zu entfernen. Der Ziehschäl-Prozess kann in einem Schritt zwischen 0,01mm und 0,25mm Material der Walzdrahtoberfläche entfernen. Das Ziehschälen ist auch bekannt unter der Terminologie Draw-Peeling, Scalping oder Back-Die-Shaving bekannt.
Ziehschälen vs. Drehschälen
Bei Drahtstäben, Profilen oder Rohren von weniger als 25mm Durchmesser weist das Ziehschälen große Vorteile gegenüber dem Drehschälen auf. Beim Rotationsschälen von Drahtstangen wird die Produktionsgeschwindigkeit zwangsläufig reduziert. Zudem sind beim Rotationsschälen von kleineren Drahtstangen häufig wellen- oder spiralförmig-strukturierte Oberflächen zu beobachten. Das Ziehschäl-Schneidwerkzeug schneidet hingegen parallel zur Zuführrichtung. Dies führt zu einer deutlich besseren Oberflächentopographie entlang des Walzdrahtes sowie zu einer höheren Haltbarkeit des Ziehschälwerkzeuges. Zudem sind die Kosten für Ziehschälwerkzeuge normalerweise niedriger als für Rotationsschäl-Systeme.
Welche Vorteile hat das Ultraschall-gestützte Ziehschälen?
Beim Ziehen von Drahtstangen muss Kraft aufgewendet werden - zum einen, um die Reibung zu überwinden und zum anderen, um das Material zu schneiden (abzutragen). Beim konventionellen Ziehschälen wird diese Leistung allein vom rotierenden Capstan erbracht. Die benötigte Zugkraft auf den Walzdraht steigt mit zunehmender Geschwindigkeit, mit zunehmendem Drahtdurchmesser und höherer Schälschichtdicke. Zugfestigkeit und Streckgrenze sind insbesondere bei kleineren Drahtstäben kritische Faktoren, da das Verhältnis von Umfang zu Querschnitt für kleinere Durchmesser höher ist. Dadurch entstehen Limitations für die Liniengeschwindigkeit des Ziehschälens oder aber herkömmliches Ziehschälen ist aufgrund des hohen Bruchrisikos nicht möglich.
Beim ultraschall-gestütztens Ziehschälen wird das scharfkantige Spanwerkzeug mit Ultraschall beaufschlagt und dabei in hochfrequente Längsschwingung versetzt. Die typische Schwingungsfrequenz beträgt 20kHz, die Schälkantenverschiebung kann bis zu 100 Mikrometer (pk-pk) betragen. Je höher das Verhältnis zwischen der Vibrationsgeschwindigkeit des Schälwerkzeugs und der Walzdrahtgeschwindigkeit ist, desto niedriger kann die Zugkraft auf dem Draht sein. Daher ermöglicht das durch Ultraschall angeregte Ziehschälen eine schnellere Ziehschneidgeschwindigkeit oder einen höheren Materialabtrag pro Schälstufe - für jegliche Zugfestigkeitsgrenze. Durch die reduzierte Zugkraft eignet sich das Ultraschall-Ziehschälen besonders für kontinuierliche Materialien mit kleinerem Durchmesser sowie für Hohlstränge, z.B. Rohre.
Beim Starten und Stoppen des Capstan-Antriebs einer Rotationsschälmaschine erleiden Drahtstäbe häufig Rattermarken und Brüche. Dies ist vor allem bei weichen oder sehr elastischen Materialien und kleinen Querschnitten problematisch. Das Ultraschall-Vibrations-Schälwerkzeug bewegt sich 20.000 Mal pro Sekunde hin und her. Diese kontinuierliche Bewegung des Schälwerkzeuges verringert die Zugspannung und vermeidet Rattermarken und Unebenheiten auf der Walzdrahtoberfläche.
Je stärker der Materialvorschub an die Schneidwerkzeugkante durch die Ultraschallvibration geschieht, desto niedriger kann die Walzdrahtspannung sein. Dadurch kann die Spannung um bis zu 50% - je nach Material und Abmessungen - gesenkt werden. Im Normalfall kann durch die reduzierte Spannung die Ziehschäl-Geschwindigkeit erhöht werden. Dennoch sollte die Walzdrahtgeschwindigkeit mindestens 20% unterhalb der Schwingungsgeschwindigkeit des Werkzeuges liegen.
Welche Voraussetzungen sind für das Ultraschall-gestützte Ziehschälen notwendig?
Für das ultraschall-gestützte Ziehschälen können Sie Ihr Standard-Schälwerkzeug nutzen. Ein Ultraschallresonator – auch als Sonotrode bekannt – ersetzt den herkömmlichen Werkzeughalter. Bei der Sonotrode handelt es sich eine besondere Innovation von Hielscher Ultrasonics. Sie überträgt die Ultraschall-Längsschwingungen effektiv auf das Schälwerkzeug. Um Platz zu sparen, regt der Ultraschallantrieb – auch Schallwandler genannt – die Sonotrode von oben an. Eine typisches Ultraschall-Ziehschäl-Setup benötigt weniger als 250mm Platz in der Höhe.
Die Ultraschall-Vibrationen werden durch unsere Standard-Ultraschallgeräte erzeugt, wie z.B.: UIP1000hdT (1.0kW), UIP1500hdT (1.5kW), UIP2000hdT (2.0kW) oder UIP4000 (4.0kW). Diese Ultraschallprozessoren werden weltweit für verschiedene Anwendungen im in 24h/7d-Betrieb eingesetzt. Der tatsächliche Leistungsbedarf beim Ultraschall-Ziehschälen hängt von der Geschwindigkeit, dem Material und den Abmessungen ab. Für ein Scale-up können die Ultraschallgeräte einfach gegen ein leistungsstärkeres Modell ausgetauscht werden, z.B. wenn die Geschwindigkeit der Ziehschällinie erhöht werden soll und somit mehr Leistung erforderlich ist. Für Hochleistungsanwendungen kann das Schälwerkzeug auch mit zwei Ultraschallgeräten gleichzeitig angeregt werden (bis zu 2 x 4kW).
Ihre bestehende Ziehschälanlage können Sie problemlos und einfach mit unseren Ultraschallsystemen nachrüsten. Nahmhafte Anlagenhersteller, wie z.B. Kieselstein (Deutschland) sind mit der Installation oder Nachrüstung unserer Systeme vertraut. Einige der neueren Maschinen haben bereits Platz für das Ultraschallsystem vorgesehen.
Es gibt mehr Walzdraht Prozesse
- Andere Anwendungen von Ultraschall in der Drahtherstellung und -verarbeitung sind:
- Ultraschall-Unterstütztes Ziehen von Drähten, Rohren und Profilen (UAD)
- Ultraschallgestützte Zieh-Reinigung (UADC)
- Ultraschallreinigung von Drähten, Rohren und Profilen
- Ultraschallreinigung von Ziehsteinen und Extrusionsführungen
- Ultraschallbehandlung von Metallschmelzen
Oberflächenrauheit Parameter: Ra, Rz, Rt
Ra ist ein Parameter der Oberflächenrauhigkeit. Es ist das arithmetische Mittel der Abweichungen des Profils von der mittleren Linie. Es wird als das mittlere Ergebnis von mehreren aufeinanderfolgenden Stichprobenlängen berechnet. Rz ist ein ISO 10-Punkt-Höhenparameter für Oberflächenrauhigkeit. Es wird über eine Stichprobenlänge gemessen. Es ist die berechnete durchschnittliche Höhendifferenz zwischen den 5 höchsten Gipfeln und den fünf niedrigsten Tälern innerhalb einer Stichprobenlänge. Rt ist die maximale Spitze-zu-Tal-Höhe entlang der Probenlänge. Es wird gewöhnlich als der durchschnittliche Rtm von fünf aufeinanderfolgenden Abtastlängen bestimmt.