Walcowanie kształtuje metal, przepuszczając go między obracającymi się walcami. Zamiast gotowych części proces ten wytwarza przede wszystkim półwyroby, od których zaczyna się niemal każda inna obróbka — blachy, płyty, pręty i rury. Jego główną zaletą jest możliwość szybkiej i stosunkowo taniej masowej produkcji jednorodnego materiału metalowego.
W tym artykule wyjaśniamy, jak działa walcowanie, czym różnią się walcowanie na gorąco, na zimno i na półgorąco oraz które walcarki służą do wytwarzania poszczególnych wyrobów — a także co to oznacza przy wyborze materiału do Twoich indywidualnych części.
Czym jest walcowanie?
Podczas walcowania metal przechodzi przez obracające się walce, które go ściskają i wydłużają. Ten proces obróbki plastycznej słynie z tego, że z dużą prędkością wytwarza materiał o jednolitym przekroju. Wyroby walcowane obejmują blachy i płyty, pręty, walcówkę, długie kształtowniki, a nawet rury o przekroju kwadratowym lub okrągłym.
Materiał walcowany jest szeroko stosowany w budownictwie i przemyśle. Blacha wytwarzana przez walcowanie jest na przykład materiałem wyjściowym do produkcji puszek na napoje, baterii i części samochodowych.
W zależności od temperatury obróbki walcowanie dzieli się na trzy rodzaje: walcowanie na gorąco, walcowanie na zimno i walcowanie na półgorąco.
Walcowanie na gorąco, na zimno i na półgorąco
Tabela porównuje trzy rodzaje walcowania stali. Poniżej szczegółowo omawiamy każdy z nich.
| Właściwość | Walcowanie na gorąco | Walcowanie na zimno | Walcowanie na półgorąco |
|---|---|---|---|
| Temperatura (stal) | Ok. 900–1200 °C | Zwykle temperatura pokojowa | Ok. 600–900 °C |
| Względem rekrystalizacji | Powyżej | Poniżej | Poniżej, ale w podwyższonej temperaturze |
| Siła kształtowania | Niska | Wysoka | Średnia |
| Dokładność wymiarowa | Niższa | Wysoka | Średnia |
| Powierzchnia | Zgorzelina (warstwa tlenków) | Gładka i błyszcząca | Lepsza niż przy walcowaniu na gorąco |
| Umocnienie przez zgniot | Brak | Tak — wyższa wytrzymałość, niższa ciągliwość | Zmniejszone |
| Typowe wyroby | Płyty, grube blachy, kształtowniki, szyny | Cienkie blachy i taśmy o wąskich tolerancjach | Wyroby trudne do walcowania na gorąco lub na zimno |
Walcowanie na gorąco
Przy walcowaniu na gorąco metal jest przed obróbką nagrzewany, aby łatwiej się kształtował. W przypadku stali oznacza to temperatury rzędu 900–1200 °C: materiał przechodzi przez walce rozżarzony do czerwoności. Ponieważ temperatura przekracza próg rekrystalizacji, struktura metalu odtwarza się podczas walcowania w sposób ciągły.
Zalety
- Lepsza podatność na kształtowanie: w wysokiej temperaturze opór metalu przed odkształceniem spada, dzięki czemu możliwe są duże gnioty przy mniejszej sile.
- Lepsza struktura materiału: rekrystalizacja rozdrabnia ziarno i daje materiał o wysokiej udarności.
- Brak umocnienia przez zgniot: ponieważ materiał jest obrabiany powyżej temperatury rekrystalizacji, nie umacnia się podczas walcowania.
Wady
- Niższa dokładność wymiarowa: duże zmiany temperatury w trakcie i po walcowaniu powodują nierównomierny skurcz materiału.
- Jakość powierzchni: w kontakcie z powietrzem gorąca powierzchnia utlenia się i tworzy zgorzelinę, która pozostawia bardziej chropowate, mniej estetyczne wykończenie.
- Energia i koszty: nagrzewanie materiału wymaga dużo energii i podnosi koszty.
Walcowanie na zimno
Walcowanie na zimno odbywa się poniżej temperatury rekrystalizacji metalu — zwykle w temperaturze pokojowej, bez wcześniejszego nagrzewania materiału. Materiał nagrzewa się wprawdzie podczas kształtowania, ale nie jest celowo podgrzewany. Walcowanie na zimno służy zazwyczaj do walcowania materiału walcowanego na gorąco do postaci cienkich, dokładnych blach i taśm.
Zalety
- Brak urządzeń grzewczych: materiał jest obrabiany w temperaturze pokojowej i łatwiej się nim manipuluje.
- Wysoka dokładność wymiarowa: walcowanie na zimno pozwala uzyskać węższe tolerancje grubości niż walcowanie na gorąco.
- Estetyczne wykończenie: proces daje gładką, błyszczącą powierzchnię.
- Wyższa wytrzymałość: umocnienie przez zgniot zwiększa wytrzymałość i twardość materiału.
Wady
- Wysoki opór odkształcenia: w niskiej temperaturze metal silniej opiera się odkształceniu, więc walcowanie wymaga większej siły.
- Umocnienie przez zgniot: materiał staje się twardszy i mniej ciągliwy. Aby przywrócić podatność na kształtowanie, często potrzebna jest późniejsza obróbka cieplna, np. wyżarzanie.
Walcowanie na półgorąco
Walcowanie na półgorąco plasuje się między walcowaniem na gorąco a na zimno. W przypadku stali prowadzi się je zwykle w temperaturze ok. 600–900 °C. Proces łączy część zalet obu metod: wymaga mniejszej siły niż walcowanie na zimno, a jednocześnie zapewnia lepszą dokładność wymiarową i jakość powierzchni niż walcowanie na gorąco. Walcowanie na półgorąco stosuje się głównie w przypadku materiałów i wyrobów, które trudno walcować na gorąco lub na zimno.
Rodzaje walcarek
Walcarki to maszyny, które realizują proces walcowania. Ich konfiguracja zależy od pożądanego kształtu i liczby walców. Tabela przedstawia przegląd sześciu popularnych typów.
| Walcarka | Układ walców | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| Walcarka duo | Dwa przeciwległe walce | Przewalcowywanie wlewków na kęsiska płaskie, proste walcowanie płaskie |
| Walcarka kwarto | Dwa walce robocze, każdy podparty walcem oporowym | Dokładne walcowanie płaskie stali, miedzi i aluminium |
| Walcarka wielowalcowa | Małe walce robocze podparte wieloma walcami oporowymi | Twarde metale, takie jak stal nierdzewna, bardzo cienka folia |
| Walcarka planetarna | Wiele małych walców roboczych wokół dużego walca oporowego | Bardzo duże gnioty w jednym przepuście |
| Walcarka uniwersalna | Walce poziome i pionowe | Kształtowniki, takie jak dwuteowniki szerokostopowe |
| Walcarka skośna do dziurowania (Mannesmann) | Skośnie ustawione walce stożkowe i trzpień dziurujący | Rury stalowe bez szwu |
Walcarka duo
Walcarka duo składa się z dwóch przeciwległych walców, które ściskają metal. Ta prosta konstrukcja służy do walcowania wstępnego — na przykład przewalcowywania odlanych wlewków na kęsiska płaskie — a także do prostego walcowania płaskiego.
Walcarka kwarto
Walcarka kwarto ma dwa walce robocze, z których każdy jest od tyłu podparty większym walcem oporowym. Walce oporowe ograniczają ugięcie walców roboczych, co umożliwia bardzo dokładne walcowanie. Walcarki kwarto stosuje się do stali, a także do miedzi i aluminium.
Walcarka wielowalcowa (klastrowa)
Walcarki wielowalcowe, nazywane też klastrowymi, mają jeszcze więcej walców oporowych niż walcarki kwarto. Nazwa pochodzi od zespołu (klastra) walców oporowych, które podpierają każdy walec roboczy i umożliwiają bardzo wysoki nacisk walcowania. Dzięki temu można walcować twarde metale, takie jak stal nierdzewna. Ze względu na małą średnicę walców roboczych i ich mocne podparcie walce robocze nie uginają się, dlatego walcarki wielowalcowe idealnie nadają się do walcowania na zimno wyjątkowo cienkich materiałów, takich jak folia miedziana.
Walcarka planetarna
W walcarce planetarnej wiele małych walców roboczych jest rozmieszczonych na obwodzie dużego walca oporowego. Małe walce przetaczają się po materiale ruchem planetarnym, co pozwala na bardzo duże gnioty i wysoką wydajność walcowania. Ta konstrukcja jest szczególnie skuteczna przy dużych gniotach i dużych ilościach materiału.
Walcarka uniwersalna
Walcarki uniwersalne mają zarówno walce poziome, jak i pionowe, dzięki czemu mogą wywierać nacisk z kilku kierunków jednocześnie. Dlatego nadają się do walcowania złożonych przekrojów, takich jak dwuteowniki szerokostopowe, ze wstępnie ukształtowanych kęsisk lub półwyrobów kształtowych.
Walcarka skośna do dziurowania (walcarka Mannesmanna)
Walcarki skośne do dziurowania, czyli walcarki Mannesmanna, wytwarzają rury stalowe bez szwu. Dwa skośnie ustawione walce stożkowe obracają pełny okrągły wsad i przesuwają go do przodu na trzpień dziurujący, który od wewnątrz kształtuje tuleję. Ponieważ rury nie mają spoiny, idealnie nadają się do zastosowań wysokociśnieniowych, takich jak rurociągi naftowe, kotły i inna infrastruktura krytyczna służąca do transportu cieczy lub gazów.
Materiały walcowane do części z meviy
meviy wytwarza indywidualnie zaprojektowane części na podstawie Twoich własnych danych 3D CAD — nie części normalizowane ani katalogowe. Większość dostępnych materiałów to wyroby walcowane, a wiedza o tym, czy materiał jest walcowany na gorąco, czy na zimno, pomaga przewidzieć jego powierzchnię i dokładność:
- Blacha ze stali niskowęglowej EN 1.0330 equiv. (EN 1.0320 equiv., walcowana na gorąco) o grubości od 0,8 do 6,0 mm do części wykonywanych w ramach obróbki blachy
- Odmiany ocynkowane EN 1.0330 equiv. (cynkowanie elektrolityczne) i EN 1.0330 equiv. (Ocynkowana) — zobacz SECC vs. SGCC
- Stal konstrukcyjna walcowana na gorąco EN 1.0038 equiv. na płyty o grubości od 9 do 16 mm — więcej w naszym przewodniku po stali węglowej
- Blacha ze stali nierdzewnej EN 1.4301 equiv. i EN 1.4016 equiv. oraz blacha aluminiowa EN AW-5052 equiv.
- Walcowane płaskowniki i płyty jako materiał wyjściowy do części wykonywanych metodą frezowania CNC
Części z blachy są wycinane na kształt metodą cięcia laserowego i formowane przez gięcie. Przesyłasz swój model 3D, wybierasz materiał i od razu otrzymujesz cenę oraz termin dostawy.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące walcowania
Czym różni się stal walcowana na gorąco od stali walcowanej na zimno?
Stal walcowana na gorąco jest walcowana powyżej temperatury rekrystalizacji. Łatwiej się ją kształtuje, ale ma niższą dokładność wymiarową i powierzchnię pokrytą zgorzeliną. Stal walcowana na zimno jest walcowana w temperaturze pokojowej: ma węższe tolerancje, gładką powierzchnię i wyższą wytrzymałość dzięki umocnieniu przez zgniot, ale jej produkcja jest droższa.
Czy stal walcowana na zimno jest wytrzymalsza niż stal walcowana na gorąco?
Zasadniczo tak. Walcowanie na zimno umacnia materiał, co zwiększa jego wytrzymałość i twardość, ale zmniejsza ciągliwość. Jeśli materiał ma być dalej kształtowany, po walcowaniu na zimno często się go wyżarza, aby przywrócić podatność na kształtowanie.
Co oznaczają SPCC i SPHC?
SPCC i SPHC to japońskie oznaczenia JIS blachy ze stali niskowęglowej walcowanej na zimno i na gorąco. W meviy Europe odpowiadający im materiał blachy figuruje jako EN 1.0330 equiv., z odmianą walcowaną na gorąco EN 1.0320 equiv.
Do czego służy walcarka kwarto?
Walcarka kwarto wykorzystuje dwa małe walce robocze podparte dwoma większymi walcami oporowymi. Walce oporowe zapobiegają ugięciu walców roboczych, dzięki czemu walcarka może walcować blachy i taśmy ze stali, miedzi lub aluminium z dużą dokładnością grubości.
Walcowanie: podstawa blach, prętów i rur
Walcowanie to proces obróbki plastycznej, w którym metal przechodzi przez walce, aby powstały blachy, pręty lub rury. W zależności od temperatury dzieli się je na walcowanie na gorąco, na zimno i na półgorąco. Walcarki różnią się w zależności od zastosowania: walcarki duo, kwarto i wielowalcowe są typowe dla wyrobów płaskich, walcarki uniwersalne wytwarzają kształtowniki, takie jak dwuteowniki szerokostopowe, a walcarki skośne do dziurowania — rury bez szwu. Wiedza o tym, jak walcowano Twój materiał, pomaga wybrać odpowiednią blachę lub pręt do Twoich części.