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Das '''Festwalzen''' ist ein [[umformen]]des Verfahren zur positiven Beeinflussung der Randzoneneigenschaften eines Bauteils. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es als einziges mechanisches Verfahren zur Steigerung der Bauteil[[Haltbarkeit (Technik)|lebensdauer]] sowohl eine [[Glätten (Fertigungsverfahren)|Glättung]] der Oberfläche, eine Induzierung von [[Druck (Physik)|Druck]][[eigenspannung]]en als auch eine [[Kaltverfestigung]] der Randschichten bewirkt.

Das Verfahren bietet sich insbesondere bei Bauteilen an, die unter Betriebsbedingungen [[Technische_Mechanik#Dynamik|dynamischer]] [[Beanspruchung (Technische Mechanik)|Beanspruchung]] unterliegen und deshalb durch [[Materialermüdung]] zerstört werden können. Durch die verringerte [[Rautiefe]] zusammen mit der Kaltverfestigung ergibt sich nach dem Festwalzen eine bis zu fünffach höhere [[Schwingfestigkeit]] und somit eine spürbare Steigerung der Lebensdauer.

== Vorteile ==
Das Festwalzen ist deutlich [[Wirtschaftlichkeit|wirtschaftlicher]] als andere Methoden, z. B. [[Kugelstrahlen]]. Es kann bei nahezu allen [[metall]]ischen [[Werkstoff]]en angewendet und Festwalz-Werkzeuge können auf konventionellen [[Werkzeugmaschine]]n eingesetzt werden. So kann ein Werkstück unmittelbar nach der [[Zerspanung]] in der gleichen Aufspannung festgewalzt werden, [[Rüsten #Rüstzeit|Rüstzeiten]] und [[Transportkosten]] entfallen.

== Einsatzgebiete ==
Die Einsatzgebiete des Festwalzens reichen vom allgemeinen [[Maschinenbau]], dem [[Automobilbau|Automobil-]] und [[Flugzeugbau]], dem [[Motorenbau]] bis hin zur [[Kraftwerk]]s- und [[Medizintechnik]]. Wann immer es gilt, die [[Betriebsfestigkeit]] eines metallischen Werkstoffs zu erhöhen oder [[Leichtbau]]-Lösungen zu realisieren, ist dieses Verfahren anwendbar.

== Vergleich mit dem Glattwalzen ==
Das Festwalzen ist dem [[Glattwalzen]] verwandt. Wie beim Glattwalzen wird die Randschicht mit Hilfe einer oder mehrerer Rollen bzw. Kugeln [[Plastifikation #Plastifizierung_in_der_Technik|plastifiziert]] und [[Umformen|umgeformt]]. Es unterscheidet sich vom Glattwalzen im Wesentlichen in der Zielsetzung: während beim Glattwalzen eine bestimmte [[Oberflächengüte]] in Form eines spezifischen Rauhigkeitswertes erzielt werden soll, ist beim Festwalzen die Betriebsfestigkeit zu erhöhen. Diese Steigerung der Bauteillebensdauer basiert zwar auch auf einer Glättung der Oberfläche, jedoch haben die erzielte Kaltverfestigung und die Induzierung von Druckeigenspannung in die Randzone einen deutlich signifikanteren Einfluss.

Ein weiterer Unterschied zwischen beiden Verfahren liegt in der [[Qualitätsprüfung]]. Diese ist beim Glattwalzen trivial durch z. B. eine [[taktil]]e Messung der Oberflächengüte durchzuführen. Beim Festwalzen jedoch lassen sich Parametereinflüsse durch Lebensdaueruntersuchungen, Messungen von Eigenspannungstiefenverläufen usw. nur durch [[Werkstoffprüfung#Zerstörende_Werkstoffprüfung|Zerstörung des Bauteils]] verifizieren.

Auch die Qualitätskorrektur ist in dieser Hinsicht zwischen beiden Verfahren unterschiedlich: beim Glattwalzen lässt sich ein nicht erreichter Oberflächenkennwert in den meisten Fällen durch einen wiederholten Bearbeitungsprozess erzielen. Beim Festwalzen müsste das Wiederholen eines Bearbeitungsprozesses im Grunde durch Tests und Untersuchungen verifiziert werden, was nur durch zerstörende Prüfverfahren realisierbar ist; somit ist das Festwalzen ''nicht'' wiederholbar. Für einen Serienprozess ist hier deshalb darauf zu achten, vorher definierte Bearbeitungsparameter (Festwalz[[kraft]], [[Vorschub]] etc.) strikt einzuhalten. Besonders beim Festwalzen von sicherheitsrelevanten Bauteilen ist eine [[Prozessüberwachung]] zu empfehlen, wenn nicht sogar unabdingbar.

== Varianten ==
=== Einstichverfahren ===
Für das Festwalzen sind unterschiedliche Prozess[[kinematik]]en realisierbar. Die einfachste Variante ist das Festwalzen im Einstichverfahren. Hierbei wird die Oberfläche an einer axialen Position mit der Rolle oder der Kugel kontaktiert, die Walzkraft über einige Umdrehungen aufgebaut und dann über mehrere Umdrehungen auf konstantem Level übertragen. Am Ende der Bearbeitung wird über einige abschließende Umdrehungen die Walzkraft wieder abgebaut. Der Auf- und Abbau der Walzkraft hat eine starke Relevanz, da es sonst zu [[Mechanische Spannung|Spannung]]s[[gradient]]en in der Randzone des Bauteils kommen kann, und somit ein frühzeitiger Ausfall des Bauteils begünstigt würde. Diese Kinematik wird primär angewendet, um z. B. [[Kerbwirkung]]en an Absätzen von [[Welle (Maschinenelement)|wellen]]<nowiki></nowiki>förmigen Bauteilen zu eliminieren.

=== Einstich mit Vorschub: zylindrische Bauteile ===
Durch ein Hinzuschalten eines Vorschubs wird das Festwalzen im Vorschubverfahren durchgeführt, um z. B. [[zylindrisch]]e Flächen einfach und schnell bearbeiten zu können.

=== Mit hydrostatisch gelagerten Kugeln: ebene und Freiformflächen ===
Werkzeuge mit [[Hydrostatisches Gleitlager|hydrostatisch gelagerten]] Kugeln ermöglichen auch das Bearbeiten von ebenen und Freiformflächen. Hierbei wird der [[Wälzkörper]] in Form einer Kugel über ein [[Nachführung|Nachführsystem]] geführt. Der Anwender kann dadurch unterschiedliche Bauteil[[Toleranz (Technik)|toleranzen]] und Maschinen[[Elastizität (Physik)|elastizitäten]] in einem definierten Bereich [[Kompensation (Technik)|kompensieren]], bei kontinuierlich konstanter Walzkraft auf die Oberfläche. Dies ermöglicht die Bearbeitung komplexer Geometrien mit gleich bleibender [[Prozessqualität]]. Besonders bei Bauteilen, die hohen Sicherheitsanforderungen unterliegen, kommen nur kraftgesteuerte Werkzeuge zum Glatt- oder Festwalzen in Frage.

Das Prinzip der hydrostatischen Werkzeuge zum Glatt- und Festwalzen ermöglicht außerdem das Bearbeiten von Komponenten mit einer hohen Ausgangs[[härte]]. Werkzeuge mit mechanisch [[Lager (Maschinenelement)|gelagerten]] Wälzkörpern werden in der Regel nur bis Ausgangshärten von 45 HRC ([[Rockwell (Einheit)|Rockwellhärte]]) eingesetzt; über diese Härte hinaus wäre u. a. der [[Verschleiß]] ein nicht zu vernachlässigender Nachteil. Mit Werkzeugen, die eine hydrostatisch gelagerte Kugel besitzen, sind allerdings Ausgangshärten von bis zu 65 HRC noch bearbeitbar. Selbst bei derartigen Bedingungen sind immer noch eine Oberflächenglättung, eine Kaltverfestigung und die Induzierung von Druckeigenspannungen in die Bauteilrandzone möglich.

== Quellen ==
# A. Niku-Lari: ''Oberflächenbehandlungen, Technologie, Anwendung, Einfluss, Institut für Industrielle Technologie Transfer.'' 1988
# E. Haibach: ''Betriebsfestigkeit, Verfahren und Daten zur Bauteilberechnung.'' Springer Verlag, 2. Auflage, 2002
# B. Scholtes: ''Eigenspannungen in mechanisch randschichtverformten Werkstoffzuständen, Ursachen, Ermittlung und Bewertung.'' DGM Informationsgesellschaft mbH, 1990
# D. Radaj: ''Ermüdungsfestigkeit, Grundlagen für Leichtbau, Maschinen- und Stahlbau.'' Springer Verlag, 2. Auflage, 2003
# H. Wohlfahrt, P. Krull: ''Mechanische Oberflächenbehandlungen, Grundlagen – Bauteileigenschaften – Anwendungen.'' Wiley-Vch Verlag GmbH, 2000
# L. Wagner: ''Shot Peening.'' Wiley-Vch Verlag GmbH, 2003
# Fa. Ecoroll: [http://www.ecoroll.de/verfahren/festwalzen-grundlagen-des-festwalzens/ ''Grundlagen des Festwalzens'']

[[Kategorie:Massivumformen]]
[[Kategorie:Walzverfahren]]

Festwalzen - Versionsgeschichte

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