Ultraschallunterstütztes Ziehschälen von Walzdraht (UADP)

Das Ziehschälen von Walzdraht verbessert die Oberflächenqualität erheblich, indem Material am äußeren Umfang abgeschält wird. Es ist eine weithin bekannte Alternative zum Rotationsschälen, Sandstrahlen oder Schleifen. Beim ultraschallunterstützten Ziehschälen wird das Schälwerkzeug in hochfrequente Schwingungen versetzt. Die schnelle Längsbewegung des Schälwerkzeugs verringert die Ziehkräfte und verbessert die Oberflächenqualität des Materials.

Was ist Ziehschälen?

Eine hervorragende Oberflächenqualität mit sehr geringer Oberflächenrauheit ist das Hauptziel des Ziehschälverfahrens. Nach dem Ziehschälen weist der Walzdraht ein homogeneres Werkstoffgefüge und eine höhere Materialreinheit auf. Das Ziehschälen entfernt Oberflächenfehler wie Oxidation, Rattermarken, Walzriefen, Zundernarben, Doppelhäute, Überlappungen, Einschlüsse und entkohlte Randschichten von Eisenmetallen wie Stahl oder Eisenwerkstoffen. Eine wichtige Anwendung des Ziehschälens ist das Entfernen von Zunder und Oberflächenrost von Walzdraht aus Eisenwerkstoffen. Bei Nichteisenmetallen wie Kupfer kann Ziehschälen erforderlich sein, um nach dem Walzen oder Ziehen verfestigte Oberflächenschichten zu entfernen. Beim Ziehschälen können in einem Schritt zwischen 0,01mm und 0,25mm Material von der Walzdrahtoberfläche abgetragen werden. Das Ziehschälen ist auch unter den englischen Bezeichnungen „shaving“, „scalping“ oder „back-die shaving“ bekannt.

Ziehschälen im Vergleich zum Rotationsschälen

Bei Walzdrähten, Profilen oder Rohren mit einem Durchmesser von weniger als 25mm bietet das Ziehschälen große Vorteile gegenüber dem Rotationsschälen. Das Rotationsschälen von Walzdraht begrenzt die Produktionsgeschwindigkeit und kann bei dünnen Walzdrähten zu wellenförmigen oder spiralförmig strukturierten Oberflächen führen. Das Schneidwerkzeug beim Ziehschälen trägt das Material parallel zur Vorschubrichtung ab. Dies führt zu einer besseren Oberflächentopografie entlang des Walzdrahts und zu einer längeren Standzeit des Ziehschälwerkzeugs. Im Allgemeinen sind die Kosten für Ziehschälwerkzeuge niedriger als die für Rotationsschälsysteme.

Welche Vorteile bietet ultraschallunterstütztes Ziehschälen (UADP)?

Das Ziehschälen von Walzdraht erfordert Leistung, um die Reibung zu überwinden und das Material zu zerspanen. Bei einer konventionellen Ziehschälanlage wird diese Leistung ausschließlich von der rotierenden Ziehscheibe bereitgestellt. Die Zugkraft am Walzdraht steigt mit zunehmender Liniengeschwindigkeit, zunehmendem Drahtdurchmesser und zunehmender Dicke der abgeschälten Schicht. Zugfestigkeit und Streckgrenze sind insbesondere bei dünneren Walzdrähten entscheidende Faktoren, da das Verhältnis von Umfang zu Querschnittsfläche bei kleineren Durchmessern größer ist. Dies begrenzt die Liniengeschwindigkeit beim Ziehschälen oder macht konventionelles Ziehschälen aufgrund des hohen Bruchrisikos unmöglich.
Beim ultraschallunterstützten Ziehschälen wird das scharfkantige Schneidwerkzeug in hochfrequente Längsschwingungen versetzt. Die typische Schwingungsfrequenz beträgt 20kHz, der Schwingweg der Schälkante kann bis zu 100 Mikrometer (Spitze-Spitze) betragen. Je größer das Verhältnis zwischen der Schwinggeschwindigkeit des Schälwerkzeugs und der Walzdrahtgeschwindigkeit ist, desto geringer kann die Zugkraft am Draht sein. Daher ermöglicht ultraschallunterstütztes Ziehschälen bei einer jeweils gegebenen Zugfestigkeitsgrenze höhere Liniengeschwindigkeiten oder einen größeren Materialabtrag in einem Schäldurchgang. Durch die Verringerung der Zugkraft eignet sich ultraschallunterstütztes Ziehschälen besonders für kleine Materialdurchmesser und für Hohlstränge wie Rohre.
Beim Anfahren und Anhalten des Ziehscheibenantriebs neigen Walzdrähte zur Bildung von Rattermarken und Brüchen. Dies ist bei weichen oder sehr elastischen Materialien und kleinen Querschnitten besonders problematisch. Das durch Ultraschall in Schwingung versetzte Schälwerkzeug bewegt sich 20.000 Mal pro Sekunde hin und her. Diese kontinuierliche Bewegung der Schälmatrize verringert die Zugspannung und verhindert Rattermarken und Wellen entlang der Walzdrahtoberfläche.

Je stärker die Ultraschallschwingung die Schneidkante des Werkzeugs in das Material drückt, desto geringer kann die Zugspannung im Walzdraht sein. Dies führt je nach Material und Abmessungen zu einer erheblichen Verringerung der Zugspannung um bis zu 50%. Im Allgemeinen eröffnet die Verringerung der Zugspannung die Möglichkeit, die Liniengeschwindigkeit zu erhöhen. Die Walzdrahtgeschwindigkeit sollte jedoch mindestens 20% unter der Schwinggeschwindigkeit des Werkzeugs liegen.