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Rollformen: Verfahren, Aufbau und Typen

Das Rollformen ist ein kontinuierlicher Biegevorgang, bei dem ein langer Streifen Blech (normalerweise aufgerollter Stahl) durch aufeinanderfolgende Sätze von Walzen oder Ständern geführt wird, wobei jeder Satz einen inkrementellen Teil der Biegung ausführt, bis das gewünschte Querschnittsprofil erreicht ist.

Es handelt sich um eine äußerst effiziente Technik, die in der Fertigung häufig eingesetzt wird, da sich mit ihr gleichbleibend hochwertige Teile mit präzisen Toleranzen herstellen lassen.

Rollformprozess

 

Material vorbereitung

– Materialauswahl: Der Prozess beginnt mit der Auswahl des geeigneten Materials, normalerweise Stahl, Aluminium oder andere Metalle, basierend auf den erforderlichen Eigenschaften des Endprodukts.
– Coil-Handling: Das ausgewählte Material liegt normalerweise in Coilform vor. Coils werden auf einen Abwickler geladen, der das Material in die Rollformlinie einspeist.

 

Traineranspiel

– Zuführmechanismus: Das Material wird von der Spule in die Rollformmaschine geführt. Ein Zuführer sorgt dafür, dass der Streifen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit und richtig ausgerichtet zugeführt wird.
– Nivellierung: Das Material kann durch eine Nivellierungseinheit laufen, um jegliche Spulenverformung oder Wölbung zu entfernen und sicherzustellen, dass es flach ist, bevor es in die Rollformmaschine gelangt.

 

Rollenformen

– Walzenständer: Das Herzstück des Rollformprozesses besteht aus einer Reihe von Walzenständern, die jeweils ein Walzenpaar enthalten. Diese Ständer sind nacheinander angeordnet, um das Material schrittweise zu formen.
– Rollendesign: Jeder Rollensatz ist so konzipiert, dass er schrittweise eine bestimmte Biegung oder Form ausführt. Das Design der Rollen hängt vom gewünschten endgültigen Querschnitt ab.
– Inkrementelles Biegen: Wenn der Streifen durch jeden Rollensatz läuft, wird er inkrementell gebogen. Diese allmähliche Verformung trägt dazu bei, die Belastung des Materials zu minimieren und Risse oder andere Defekte zu verhindern.

 

Hilfsoperationen

– Stanzen und Kerben: Einige Rollformlinien umfassen Stanz- oder Kerbstationen, an denen dem Streifen vor oder nach der Formung Löcher oder andere Merkmale hinzugefügt werden.
– Schneiden: Der Endlosstreifen wird mithilfe einer fliegenden Trennmaschine auf die gewünschte Länge geschnitten. Diese bewegt sich synchron mit dem Streifen und ermöglicht so präzise Schnitte ohne Anhalten der Linie.

 

Konfektionierung

– Richten: Die geformten Teile durchlaufen ggf. eine Richtanlage, um kleinere Verformungen zu korrigieren.
– Oberflächenbehandlung: Je nach Anwendung können die Teile Oberflächenbehandlungen wie Lackieren, Beschichten oder Verzinken unterzogen werden.

 

Materialien, die beim Rollformen verwendet werden

Aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften und Vorteile werden beim Rollformen verschiedene Metalle verwendet.

Eine breite Kategorie umfasst Stahl in seinen verschiedenen Formen: Kohlenstoffstahl, Edelstahl und verzinkter Stahl. Kohlenstoffstahl wird wegen seiner Festigkeit bevorzugt, Edelstahl wegen seiner Korrosionsbeständigkeit und verzinkter Stahl wegen seiner zusätzlichen Schutzbeschichtung.

Aluminium wird häufig aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit verwendet.

Eine weitere Option ist Kupfer, das wegen seiner elektrischen Leitfähigkeit und Haltbarkeit geschätzt wird.

Außerdem werden verschiedene Legierungen verwendet, bei denen unterschiedliche Metalle kombiniert werden, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern.

 

Werkzeuge und Ausrüstung

Walzenwerkzeugdesign

Rollenprofil: Das Walzenprofil spielt eine entscheidende Rolle bei der Definition der endgültigen Form des gewalzten Materials. Es umfasst die Kontur und die Abmessungen, die für die präzise Formgebung des Metalls erforderlich sind.

Material der Rollen: Rollen bestehen häufig aus hochfesten Materialien wie gehärtetem Stahl oder Hartmetall. Diese Materialien gewährleisten Haltbarkeit und eine lange Lebensdauer, auch bei Dauereinsatz und hohem Druck.

Rollenausrichtung: Die richtige Ausrichtung der Walzen ist für die Herstellung gleichmäßiger und fehlerfreier Produkte von entscheidender Bedeutung. Eine Fehlausrichtung kann zu uneinheitlichen Formen und erhöhtem Werkzeugverschleiß führen.

Zusatzausrüstung

Schmiersysteme: Durch die Schmierung wird die Reibung zwischen den Walzen und dem zu formenden Material minimiert. Dies verringert den Verschleiß der Werkzeuge und verhindert Fehler im Endprodukt.

Schweißgeräte: Schweißeinheiten sind integriert, um Abschnitte des gewalzten Materials zu verbinden. Sie sorgen für robuste und nahtlose Verbindungen, die für strukturelle Anwendungen unerlässlich sind.

Stanz- und Ausklinkeinheiten: Diese Einheiten fügen Funktionalität hinzu, indem sie Löcher, Schlitze und Kerben in das gerollte Material bohren. Sie werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die bestimmte Muster oder Beschläge erfordern.

 

Design-Überlegungen

Produktdesign für Rollformen

Querschnittsformen: Das Rollformen ermöglicht eine Vielzahl von Querschnittsformen, einschließlich komplexer Geometrien. Das Design muss die Anzahl der erforderlichen Ständer und die Materialeigenschaften berücksichtigen.

Biegsamkeit. Einfachere Formen erfordern oft weniger Prozesse, was die Kosten senkt.

Toleranzen und Spezifikationen: Jede Form hat spezifische Toleranzen. Diese müssen genau definiert sein, um eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten. Enge Toleranzen können die Produktionskosten und -zeit erhöhen, daher ist eine sorgfältige Überlegung erforderlich.

CAD/CAM beim Rollformen

CAD/CAM-Tools sind für die Konstruktion von Rollformsystemen unverzichtbar. Sie helfen bei der Erstellung detaillierter Modelle und Simulationen des Formprozesses. Dadurch wird sichergestellt, dass die entwickelten Tools und Prozesse die gewünschte Form ohne Fehler erreichen. CAD/CAM-Systeme können auch dabei helfen, die Konstruktionsparameter schnell anzupassen.

Simulation und Prototyping

Die Simulation ist ein entscheidender Schritt bei der Überprüfung des Rollformdesigns. Moderne Software kann potenzielle Probleme wie Materialverformung und Spannungspunkte vorhersagen.

Prototyping hingegen hilft dabei, diese Simulationen zu validieren und vor der Massenproduktion notwendige Anpassungen vorzunehmen.

 

Ein gut konzipierter Rollformprozess führt zu einer effizienten Produktion, minimalem Abfall und qualitativ hochwertigen Produkten.

 

Vorteile und Einschränkungen

Das bringt das Programm

  • Hohe Effizienz und Geschwindigkeit: Rollformen bietet Hochgeschwindigkeitsproduktionsmöglichkeiten. Mit diesem Verfahren können Großaufträge bearbeitet werden, was die Fertigungszeit erheblich verkürzt.
  • Konsistenz und Präzision: Rollformen gewährleistet Produkte mit gleichbleibender Qualität und präzisen Abmessungen. Diese Präzision reduziert Fehler und Materialverschwendung.
  • Vielseitigkeit in Formen und Größen: Das Verfahren ermöglicht die Herstellung einer großen Vielfalt an Formen und Größen. Das Rollformen lässt sich an unterschiedliche Designanforderungen anpassen, von einfachen bis hin zu komplexen Profilen.

Probleme

  • Anfängliche Einrichtungskosten: Die anfänglichen Kosten für die Einrichtung einer Rollformanlage können hoch sein. Diese Investition umfasst Maschinen, Werkzeuge und Design-Einrichtung.
  • Materialbeschränkungen: Bestimmte Materialien sind möglicherweise nicht für das Rollformen geeignet. Das Verfahren funktioniert am besten mit duktilen Metallen, während die Optionen für andere Materialarten eingeschränkt sind.
  • Komplexität der Werkzeuge: Die für das Rollformen erforderlichen Werkzeuge können komplex sein. Jede einzigartige Form erfordert oft individuelle Werkzeugdesigns, was die Komplexität und die Kosten erhöht.

 

Arten von Rollformprozessen

1. Standard-Rollformen:
– Dies ist der gebräuchlichste Typ, bei dem der Metallstreifen durch eine Reihe von Walzwerkzeugen geführt wird, um die gewünschte Form zu erreichen.

2. Vorgeschnittenes Rollformen:
– Bei diesem Verfahren wird der Metallstreifen auf Länge geschnitten, bevor er in die Rollformmaschine eingeführt wird. Dies ist nützlich für die Herstellung von Teilen mit bestimmten Längen und minimiert den Materialabfall.

3. Rollformen nach dem Schnitt:
– Dabei wird der Metallstreifen kontinuierlich durch die Rollformmaschine geführt und nach dem Formprozess auf die gewünschte Länge zugeschnitten. Dies ist effizient bei der Produktion großer Stückzahlen.

4. Duplex-Rollformen:
– Hierbei handelt es sich um zwei im Tandem arbeitende Rollformmaschinen. Diese Methode wird für komplexe Profile verwendet, die mehrere Formstufen erfordern.

5. Inline-Rollformen:
– Zusätzliche Prozesse wie Stanzen, Kerben oder Schweißen werden in die Rollformlinie integriert, was einen effizienteren und kontinuierlicheren Produktionsprozess ermöglicht.

6. Flexibles Rollformen:
– Bei dieser fortschrittlichen Methode werden programmierbare Rollen verwendet, die ihre Position im laufenden Betrieb ändern können. Dadurch ist die Herstellung variabler Querschnitte über die Länge des Metallstreifens möglich.

7. Rotationsstanzen und Rollformen:
– Bei diesem Verfahren werden Rotationsstanzeinheiten in die Rollformlinie integriert, um Löcher oder andere Merkmale in den Metallstreifen zu erzeugen, ohne die Produktionslinie anzuhalten.

8. Hydroforming-unterstütztes Rollformen:
– Hierbei wird Hydroforming mit Rollformen kombiniert, um komplexe Formen mit hoher Festigkeit und Präzision herzustellen.

9. Präge-Rollformen:
– Bei diesem Verfahren werden der Oberfläche des Metallstreifens während seiner Formung Texturen oder Muster hinzugefügt.

10. Biegen, Rollformen:
– Hierbei handelt es sich um eine spezielle Form des Rollformens, mit der Biegungen oder Kurven im Metallstreifen erzeugt werden.

Jede Art des Rollformverfahrens hat ihre spezifischen Anwendungen und Vorteile, abhängig von der Komplexität des Profils, den Materialeigenschaften und den Produktionsanforderungen.

 

Unterscheidet sich das Rollformen von anderen Metallherstellungsverfahren?

 

AspektSchmiedenExtrusionCastingRollenformen
DefinitionMetall durch Druckkräfte verformenMetall durch eine Matrize pressen, um Formen zu erzeugenGießen von geschmolzenem Metall in eine FormKontinuierliches Biegen eines langen Metallstreifens
Materieller ZustandSolidSolidFlüssigkeitSolid
TemperaturenOft hoch (Warmschmieden), kann kalt seinKann heiß oder kalt seinHoch (geschmolzener Zustand)Normalerweise Raumtemperatur
WerkzeugbauMatrizen, Hämmer, PressenStanzschablonenFormenRollers
SchnelligkeitKonservativModerat bis hochKonservativHoch
Komplexität der FormenMittel bis hochMittel bis hochHochEinfach bis mittelkomplex
MaterialabfallNiedrig bis mäßigNiedrig bis mäßigNiedrig bis mäßigSehr geringe
Stärke des ProduktsHoch durch KornstrukturausrichtungHochVariabel, kann innere Defekte aufweisenModerat bis hoch
OberflächenfinishGut bis ausgezeichnetGut bis ausgezeichnetVariabel, erfordert oft eine NachbearbeitungGut bis ausgezeichnet
Anwendungen Automobil, Luft- und Raumfahrt, WerkzeugeRohre, Schläuche, BauteileMotorblöcke, komplexe FormenDachdecker, Autoteile, Haushaltsgeräte
KostenHoch aufgrund von Ausrüstung und WerkzeugenModerat bis hochNiedrig bis mäßigNiedrig bis mäßig

 

Anwendungen des Rollformens

 

Dacheindeckung und Fassadenverkleidung: Das Rollformen wird zur Herstellung von Dachblechen, Wandpaneelen und Fassadenmaterialien aus Metall verwendet.

Strukturkomponenten: Balken, Pfetten, Bolzen und Schienen, die in Gebäuderahmen verwendet werden, werden häufig rollgeformt.

Dachrinnen und Fallrohre: Diese Komponenten sind für die Wasserableitung von Gebäuden unerlässlich.

 

Schlussfolgerung

Innovationen im Rollformverfahren verbessern weiterhin die Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen. Fortschritte in der Automatisierung und im computergestützten Design dürften die Präzision verbessern und die Produktionszeit verkürzen. Die wachsende Nachfrage nach maßgeschneiderten Metalllösungen wird wahrscheinlich die weitere Entwicklung der Rollformtechnologien vorantreiben.

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