Bessere Querschnittsabnahme

Thema des Monats Juni

© Kieselstein International GmbH

Wesentliche Ursache für das Abreißen beim Drahtziehen sind Oberflächenfehler. Diese können durch das Ziehschälen entfernt werden. So ergibt sich Potenzial zur Erhöhung des Umformvermögens und gesteigerter Querschnittsabnahme.

Durch den Einsatz neuer Werkstoffe und Legierungen in der Industrie schreitet die Entwicklung im Draht erzeugenden Gewerbe kontinuierlich voran. Hierbei stehen neben der Materialentwicklung auch die Entwicklung von Verfahren beziehungsweise Technologien zur Be- und Verarbeitung des Drahts im Fokus. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt dabei auf der kontinuierlichen Verbesserung der umformtechnischen Eigenschaften bei gleichzeitiger Erhöhung der Drahtqualität.

Bild 1) Technischer Ablauf des Verfahrens „Ziehschälen“. © Kieselstein International GmbH

Das Ziehschälen zur Steigerung der Oberflächenqualität ist bereits heute ein fester Bestandteil bei der Herstellung von hochfesten Ventilfederdrähten. Neben der Anwendung für Stahldraht besteht in letzter Zeit vermehrt Bedarf im Bereich der Bearbeitung von Nichteisen-Metallen (NE-Metallen). Zum einen wirken auch hier die steigenden Qualitätsanforderungen an den Draht und in diesem Zusammenhang die Forderung nach definierter Oberflächengüte. Zum anderen entstehen prozessbedingt bei manchen Drahtherstellungs-Verfahren, beispielsweise beim Gießen, Oberflächen die das Umformen des Drahts erschweren. Durch einen spanenden Abtrag der fehlerbehafteten Oberflächen werden somit auch die folgenden Prozessschritte, wie das Drahtziehen, positiv beeinflusst.

Beim Ziehschälen wird der Draht spanabhebend bearbeitet, siehe Bild 1. Dabei werden unter anderem Oxide, Randentkohlung oder andere im randnahen Bereich ausgeprägte Materialfehler beseitigt.

Der Anwendungsbereich des Ziehschälens erstreckt sich bei heutigen Anlagen von Einlaufdurchmessern im Bereich 1 mm bis zu 22 mm. Dabei schält das spanabhebende Werkzeug – der Ziehschälstein – 0,02 mm bis 0,5 mm vom Drahtdurchmesser des Ausgangsmaterials ab. Dadurch entsteht ein nahezu oberflächenfehlerfreies Material mit einer geringen Oberflächenrauheit, siehe Bild 2. Dieses Material wird in den meisten Fällen durch Drahtziehen weiter bearbeitet.

Gießen, Walzen, Ziehschälen

Im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit wurde unter Nutzung einer Versuchsanlage von Kieselstein International wurde der Einfluss des Ziehschälens auf das Um-formverhalten von NE-Metallen am Beispiel der Magnesiumlegierungen WE43 und AZ81 untersucht. Ziel war, Erkenntnisse zu gewinnen, inwieweit das Umformvermögen durch das spanabhebende Verfahren positiv beeinflusst wird.

Die Ergebnisse lassen sich auch auf die Bearbeitung von anderen Werkstoffen übertragen. Ausgangspunkt sind Aktivitäten von Kieselstein zur Herstellung von Magnesiumdraht als Halbzeug zur Produktion von Schrauben für die Automobilindustrie. Der durch Gießen und anschließendes Walzen erzeugte Draht wird auf der Ziehschälanlage bearbeitet. Anschließend wurde er an die entsprechenden Enddurchmesser gezogen.

In einem Bearbeitungstest wurden das direkte Ziehen des Ausgangsdrahts und das Ziehen mit vorangestelltem ziehgeschälten Draht verglichen.

Bild 2) Vergleich eines Drahts im Querschliff vor sowie nach der Bearbeitung durch Ziehschälen. © Kieselstein International GmbH

Beim Ziehen des ungeschälten Ausgangsmaterials im Vergleich zum Ziehen des vorher geschälten Drahts, konnte der Umformgrad im Einzelabzug, das heißt: einmalige Querschnittsreduzierung, um 15 % erhöht werden. Im Ergebnis dieses Tests heißt das, dass das Ziehschälen die Anzahl an Ziehstufen von einem gleichen Ausgangsmaterial zu einem entsprechend gleichen Enddurchmesser reduziert und so Arbeitsschritte eingespart werden.

In einer zweiten Reihe wurde ein Mehrfachzug ungeschälten Ausgangsmaterials mit einem geschälten Ausgangsmaterial verglichen. Beim Mehrfachzug zeigte sich, dass der Gesamtumformgrad von einem ungeschälten Material im Verhältnis zu einem geschälten Material um 60 % erhöht werden kann. Durch das Ziehschälen als Teil einer Drahtbearbeitung lässt sich das Umformvermögen eines NE-Metalls erhöhen.

Dadurch können bei der Bearbeitung einige Prozessschritte, wie beispielsweise das Zwischenglühen, deutlich angepasst werden. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass sich ziehgeschältes Material im Vergleich zum ungeschälten Ausgangmaterial, auch im Einzelzug besser umformen lässt. Dadurch können Ziehstufen bei der Bearbeitung des Drahts eingespart werden, wodurch sich Energie- und Kosteneinsparungen ergeben.

Bild 3) Zieh-Ziehschälanlagen zur Bearbeitung von Nichteisen-Metallen. © Kieselstein International GmbH

Zusammenfassend können folgende Erkenntnisse aus den Ergebnissen des Tests abgeleitet werden:
– erhöhte Querschnittsreduzierung im Einzelzug
– reduzierte Ziehstufen beim Mehrfachziehen
– verbessertes Gesamt-Umformvermögen
– weniger Wärmebehandlungsschritte
– bessere Oberflächenqualität
–effizientere Bearbeitungsfolge

Hinzu kommt, dass sich das Ziehschälen beim Bearbeiten von NE-Metallen ohne weiteres in den Ziehprozess beziehungsweise in vorhandene Anlagentechnik integrieren lässt. Bild 3 zeigt Beispiele für kombinierte Ziehschälanlagen der Firma Kieselstein International GmbH zur Bearbeitung von NE-Metallen.

In Bild 4 ist eine Ziehschäleinheit für Drähte im Abmessungsbereich von 1,0 mm bis 2,0 mm abgebildet, welche an einer vorhandenen Mehrfachziehanlage nachgerüstet wurde.

Bild 4) Ziehschäleinheit zum Nachrüsten für die Bearbeitung von Drähten von 1 mm bis 2 mm Durchmesser © Kieselstein International GmbH

Zusammenfassung und Ausblick

Mit den Erkenntnissen aus den durchgeführten Bearbeitungstests, lassen sich die technologischen Prozesse bei der Herstellung von NE-Metallen ökonomischer gestalten. Die erzielte Einsparung an Glühstufen beziehungsweise die Erhöhung der Querschnittsabnahmen je Einzelumformschritt generieren deutlich höhere Einsparungen, als der damit verbundene Aufwand, das Ziehschälen in den Prozess des Drahtziehens von NE-Metallen zu integrieren.

Hinzu kommt, dass neben der Verbesserung des Umformverhaltens auch die Fehler im Randbereich entfernt werden und eine definierte, der Weiterbearbeitung angepasste, Oberflächenrauheit erzielt werden kann. Dadurch wird es möglich, zu deutlich günstigeren Konditionen zu fertigen und gleichzeitig die Produktqualität erheblich zu verbessern.