Kiezen juiste plaatwals meer dan een rollenspel

CNC kan kennis vakman (nog) niet vervangen

Walsen of rolbuigen is een efficiënte techniek voor het plastisch vervormen van onder meer (roestvast)stalen, aluminium en koperen platen. De kracht waarmee dit gebeurt, moet groter zijn dan de elasticiteit van het te bewerken materiaal, en is bepalend voor de uiteindelijke breedte en dikte. Het kiezen van de juiste plaatwals vereist inzicht in de eigenschappen, het gebruik en de voor- en nadelen van de apparatuur, waarbij tevens rekening moet worden gehouden met eventuele toekomstige behoeften. Niet zo vreemd dus dat ook hier de CNC-technologie zijn intrede heeft gedaan.

Buigmoment

Walsen of rolbuigen is een techniek om platte metalen elementen om te vormen tot een cilindrische of conische vorm. Hiertoe wordt de plaat door twee of meer draaiende walsrollen geleid. De druk wordt daarbij stapsgewijs opgevoerd waarbij de plaat gecontroleerd vervormt. De kracht waarmee dit gebeurt dient groter te zijn dan de elasticiteit van het te bewerken materiaal en is bepalend voor de uiteindelijke breedte en dikte.

Op het moment dat het 'buigmoment' wordt bereikt, is de juiste radius een feit. Om deze ook blijvend te laten zijn, dient het materiaal tot voorbij de vloeigrens worden geforceerd. Belangrijke parameters in dat verband zijn type materiaal en materiaaldikte.

Bij het walsen zal altijd het eerste en laatste deel van de plaat recht blijven. Dit deel mist namelijk de opleg op de tweede onderrol, terwijl een plaat pas kan beginnen met buigen zodra deze opleg zich aandient. Dit probleem is op te lossen door het eerste deel 'aan te bekken' door middel van kanten, het buigen van de plaateinden in de gewenste hoek, zodat de romp geen vlakke uiteinden meer heeft.

uitvoeringen

Plaatwalsen zijn er in drie uitvoeringen: handbediend, motorisch en CNC-bestuurd. Handbediende apparatuur is in een industriële omgeving feitelijk niet langer een optie, gezien de volumes en de steeds hoger wordende kwaliteitseisen.

Het kiezen van de juiste plaatwals vergt inzicht in de verschillende eigenschappen, de wijze van gebruik en de voor- en nadelen daarvan. Daarbij is het niet alleen van belang dat de plaatwals in kwestie voldoet aan de huidige behoeften, maar met oog op de continuïteit ook aan toekomstige behoeften.

Steeds vaker wordt derhalve de overstap gemaakt naar de CNC-bestuurde wals. De computersturing staat garant voor een hoge productkwaliteit en reproduceerbaarheid. Bij de ontwikkeling van de nieuwste generaties CNC-besturingen staat de gebruiker centraal. Dankzij automatisering met slimme, intuïtieve technologie zijn er weliswaar duidelijk stappen gemaakt ten aanzien van zaken als gebruiksvriendelijkheid, precisie en ondersteuning, maar de praktijk bij het plaatwalsen wijst telkens opnieuw uit dat technisch vernuft alleen niet opweegt tegen de kennis en kunde van de vakman.

KOUD- EN WARMWALSEN

Voor de fabricage van een metaalplaat zijn er in principe twee methoden:

Bij koudwalsen blijven de temperaturen onder de herkristallisatietemperatuur. Het materiaal wordt harder en krijgt een andere textuur. Bij de zogeheten cool rolling technologie wordt vloeibare stikstof gebruikt als koelmiddel. De temperatuurdaling maakt een hogere walssnelheid mogelijk, en bovendien heeft de stikstof een reinigende werking op zowel het metaaloppervlak als de walsrollen.

Bij warmwalsen treedt vervorming op doordat het materiaal boven de herkristallisatietemperatuur stijgt tot aan de vloeigrens. Dit proces kan echter reversibel zijn. Warmwalsen is geschikt voor dikke(re) materialen terwijl het eindproduct bovendien buigzamer en taaier is. Doordat warmgewalst metaal niet-uniform krimpt, zijn de afmetingen over het algemeen echter minder precies.

Bij de verdere bewerking van aldus gewalste plaat dient rekening te worden gehouden met de tijdens het maakproces ontstane structuurlijnen. De mogelijkheid bestaat namelijk dat de plaat bij buigen haaks op de walsrichting breekt.

Soorten walsrollen

Bij het walsen is er de keuze tussen twee typen walsrollen: cilindrische walsrollen om folies te maken die op een later moment verder kunnen worden afgewerkt − bijvoorbeeld gewalste platen waaruit carrosserie-onderdelen kunnen worden geponst of geperst − en walsen met geprofileerde walsrollen, waarmee onder meer T- of I-profielen, schalen, conussen en/of traanplaat worden geproduceerd. Naast de ´conventionele’ rollen zijn er ook speciale uitvoeringen. Voorbeelden daarvan zijn:

• de breedstrekwals of bananenrol, een gebogen rol/wals om vouwen te verwijderen en/of een expansie te creëren van het te verwerken materiaal. De rollen kunnen al naargelang worden voorzien van een variabele of constante doorbuiging, een rubberen/verchroomde bekleding of een dichte kamer tegen vocht;
• een buiswals, deze wordt gebruikt om plaatijzer in een cilindervorm te buigen. Een dergelijke machine is doorgaans in staat zowel tweedimensionale als driedimensionale bogen te produceren. Een voorbeeld daarvan is de leuning van een spiltrap;
• een profielwals, waarmee patronen in het metaal kunnen worden aangebracht door dit tussen twee walsen door te leiden met een profiel naar keuze. Een voorbeeld daarvan is traanplaat, een plaat met kleine druppelvormige uitstulpingen.

Opstellingen

Wals met twee rollen

Deze opstelling wordt vooral gebruikt voor het buigen van dunne platen of voor het buigen van platen die van perforaties zijn voorzien; het aanbekken van de plaat is bij deze methode derhalve niet nodig.

Van de twee boven elkaar liggende rollen wordt alleen de onderste − voorzien van een laag elastische kunststof (bijvoorbeeld urethaan of adiprene) − aangedreven. Bij grotere diameters wordt de bovenrol voorzien van een zogeheten kalibreerpijp. Deze opstelling wordt gekenmerkt door een goede vormnauwkeurigheid van het eindproduct.

Wals met drie rollen

Bij deze opstelling is er sprake van drie rollen die via een systeem van lineaire geleiders onafhankelijk van elkaar worden aangedreven. Dankzij de symmetrische opstelling van de zijrollen kan de voorbuiging aan beide zijden worden gerealiseerd zonder dat de metalen plaat tussentijds hoeft te worden verwijderd. De gewenste radius wordt verkregen door de zijrollen op de juiste wijze te positioneren. Men onderscheidt daarbij drie typen opstelling:

• de piramide-opstelling: twee op een vaste afstand staande dunne rollen die beide gelijktijdig worden aangedreven. De dikke middenrol loopt daarbij vrij mee. Deze kan desgewenst in diepte worden versteld. Dit moet aan de uiteinden gebeuren omdat er anders vormafwijkingen (kunnen) ontstaan;
• de asymmetrische opsteIling: drie rollen van gelijke middellijn waarbij de onder- en bovenrol worden aangedreven. De bovenrol heeft meestal een vaste positie; de onderrol is verticaal, de zijrol diagonaal verplaatsbaar. Aangezien het aanbekken eenzijdig gebeurt, is het noodzakelijk de plaat te keren;
• de dubbel-asymmetrische opsteIling: de rollen worden afzonderlijk aangedreven, waarbij de bovenrol een vaste positie heeft terwijl de beide onderrollen los van elkaar instelbaar zijn. Het voordeel ten opzichte van de enkelvoudige variant is dat de beide plaateinden kunnen worden aangebekt zonder de plaat te hoeven keren.

Wals met vier rollen

De – verhoudingsgewijs kostbare − vierrollenrondbuigmachine kent een vast gepositioneerde bovenrol, een verticaal instelbare onderrol en twee diagonaal te verstellen buigrollen. Een dergelijke machine is doorgaans volledig CNC-gestuurd, en vergt bediening door een ervaren operator.

Voordelen van deze machine zijn onder meer: korte steltijden, het uitrichten van de plaat vindt plaats tegen de buigrol aan de uitloopzijde, door deze aan te drijven met de onder- en de bovenbuigrol; automatisch aanbuigen van het tweede plaateind is mogelijk zonder dat de plaat hoeft te worden gekeerd/opnieuw moet worden ingesteld. Dit is vooral een voordeel als de plaat erg groot is of in het geval van automatisering. En niet te vergeten grote nauwkeurigheid met betrekking tot de rondheid van het eindproduct. Een dergelijke machine is doorgaans volledig CNC-gestuurd, en vergt een ervaren operator.

Alternatief

Niet alle producten zijn goed 'walsbaar'. Zo kan de gevraagde vorm te 'scherp', de gewenste radius te klein of de plaat te breed zijn. Ook het walsen van conussen is slechts in beperkte mate mogelijk (zie kader).

Een alternatief voor walsen is radius zetten of stap zetten, waarbij de radius tot stand komt door het vlakke deel geleidelijk in de gewenste vorm te buigen, haaks op de plaat of onder een hoek. Bovendien hoeven de buiglijnen niet parallel te lopen, waardoor het mogelijk wordt een conus te zetten. Bij plaatdiktes tot maximaal 6 mm kan stap zetten vrijwel geheel geautomatiseerd en met een bijzonder goed eindresultaat plaatsvinden op een zwenkbuigmachine.

WALSEN CONISCHE EINDPRODUCTEN

Het vervaardigen van kegelvormige werkstukken is een vak apart. Omdat de kegeldiameter varieert, is aan het begin van de plaat een andere omtreksnelheid van de buigrol vereist dan aan het einde ervan, anders zal de plaat gaan 'wringen'.

Bij een voor het conisch buigen geoutilleerde inrichting worden de rollen in piramidevorm opgesteld en plaatst men de onderrollen parallel ten opzichte van de bovenrol. Een essentieel onderdeel daarbij vormt de zogeheten remschoen die tegen meedraaien is geborgd en de functie van rem vervult. Doordat de kleinste diameter van de kegel langzamer tussen de rollen door wordt gevoerd dan de grootste diameter, is er sprake van een gecorrigeerde plaatdoorvoer.

Met medewerking van Jörg Machines, Landré en Metanox