Für Tankhersteller geht das Walzen von Blechen in die Vertikale

Jan 05, 2024

ABBILDUNG 1. Während des Walzzyklus in einem vertikalen System mit Spulenzuführung „rollt“ sich die Vorderkante vor den Biegerollen. Die neu geschnittene Hinterkante wird dann zur Vorderkante geschoben, geheftet und verschweißt, um die gerollte Schale zu erzeugen.

Jeder in der Metallverarbeitung ist wahrscheinlich mit der Walzmaschine vertraut, sei es in der Variante mit anfänglicher Klemmung, Dreiwalzen-Doppelklemmung, Dreiwalzen-Translationsgeometrie oder Vierwalzen. Jedes hat seine Grenzen und Vorteile, aber sie haben auch ein gemeinsames Merkmal: Sie rollen Bleche und Platten in horizontaler Position.

Ein weniger bekannter Ansatz besteht darin, in vertikaler Ausrichtung zu rollen. Wie andere Methoden bringt auch das vertikale Rollen seine eigenen Einschränkungen und Vorteile mit sich. Die Vorteile adressieren fast immer mindestens eine von zwei Herausforderungen. Zum einen sind es die Auswirkungen der Schwerkraft auf das Werkstück beim Walzen, zum anderen eine ineffiziente Materialhandhabung. Die Verbesserung beider verbessert den Arbeitsablauf und letztendlich die Wettbewerbsfähigkeit eines Herstellers.

Die Vertikalwalztechnologie ist nicht neu. Seine Wurzeln gehen auf eine Handvoll kundenspezifischer Systeme zurück, die in den 1970er Jahren gebaut wurden. In den 1990er Jahren boten bestimmte Maschinenhersteller Vertikalwalzmaschinen als reguläre Produktlinie an. Die Technologie wurde von verschiedenen Branchen übernommen, insbesondere im Bereich der Panzerproduktion.

Zu den gängigen, häufig vertikal hergestellten Tanks und Behältern gehören solche, die in der Lebensmittel- und Getränke-, Molkerei-, Wein-, Bier- und Pharmaindustrie verwendet werden. API-Tanks zur Öllagerung; und geschweißte Tanks für die Landwirtschaft oder Wasserspeicherung. Vertikales Rollen reduziert den Materialtransport drastisch; ergibt typischerweise eine Biegung mit höherer Qualität; und versorgt die nächste Produktionsstufe effektiver mit Montage, Ausrichtung und Schweißen.

Ein weiterer Vorteil kommt in Situationen zum Tragen, in denen die Materiallagerkapazität begrenzt ist. Für die vertikale Lagerung von Platten oder Blechen ist viel weniger Fläche erforderlich als für die flache Lagerung von Platten oder Blechen.

Stellen Sie sich eine Werkstatt vor, die eine Hülle (oder „Bahn“) eines Panzers mit großem Durchmesser auf einer horizontalen Rolle rollt. Nach dem Rollen führen die Bediener Heftschweißungen durch, senken den Seitenrahmen ab und ziehen dann die gerollte Schale ab. Da sich die dünne Schale unter ihrem Eigengewicht biegt, muss die Schale entweder mit Versteifungen oder Stabilisatoren abgestützt oder in die vertikale Position gedreht werden.

Solch ein übermäßiger Handhabungsaufwand – das Zuführen der Platte aus einer horizontalen Position in eine horizontale Rolle, um sie nach dem Rollen wieder zu entfernen und zum Stapeln zu kippen – kann zu allerlei Produktionsproblemen führen. Durch das vertikale Rollen eliminiert eine Werkstatt alle dazwischen liegenden Handhabungsprozesse. Das Blech oder die Platte wird vertikal zugeführt und gerollt, geheftet und dann in vertikaler Ausrichtung zum nächsten Arbeitsgang angehoben. Vertikal gerollt wirkt die Panzerhülle nicht der Schwerkraft entgegen und sackt daher nicht unter ihrem Eigengewicht durch.

Auf Vierwalzenmaschinen kommt es zu einem gewissen Grad an vertikalem Walzen, insbesondere bei Tanks mit kleinerem Durchmesser (normalerweise mit einem Durchmesser von weniger als 8 Fuß), die stromabwärts transportiert und in vertikaler Ausrichtung bearbeitet werden. Das Vier-Rollen-System ermöglicht ein Nachwalzen, um den ungebogenen flachen Abschnitt (wo die Rolle die Platte erfasst) zu beseitigen, der bei Schalen mit kleinem Durchmesser stärker ausgeprägt sein kann.

Die meisten vertikalen Walzarbeiten für Tanks erfolgen mit Maschinen mit drei Walzen und doppelter Pinch-Geometrie, die mit Blechzuschnitten oder direkt vom Coil beschickt werden (eine Methode, die immer häufiger eingesetzt wird). In diesen Konfigurationen verwenden Bediener Radiusmessgeräte oder Schablonen, um den Radius der Schale zu messen. Sie passen die Biegerolle an, wenn sie die Vorderkante des Coils berührt, und passen sie dann erneut an, während das Coil weiterhin Material zuführt. Während sich die Spule weiter in ihr eng gewickeltes Inneres bewegt, nimmt die Rückfederung des Materials zu und die Bediener bewegen die Rollen, um eine stärkere Biegung zum Ausgleich herbeizuführen.

Die Rückfederung variiert je nach Materialeigenschaften und Spulentyp. Der Innendurchmesser (ID) der Spule ist wichtig. Wenn alle anderen Dinge gleich sind, eine Spule mit einem 20-Zoll. Der Innendurchmesser ist enger gewickelt und weist eine größere Rückfederung auf als die gleiche Spule, die auf einen 26-Zoll gewickelt ist. AUSWEIS.

ABBILDUNG 2. Vertikales Rollen ist zu einem integralen Bestandteil vieler Feldinstallationen für Lagertanks geworden. Unter Verwendung eines Krans beginnt der Prozess normalerweise mit den oberen Lagen und geht dann zu den unteren Lagen über. Beachten Sie die einzelne vertikale Schweißnaht auf den oberen Schichten.

Beachten Sie jedoch, dass sich das vertikale Walzen von Panzern stark vom Walzen von Grobblech auf einer horizontalen Walze unterscheidet. Bei letzterem sorgt der Bediener dafür, dass die Blechkanten am Ende des Walzzyklus präzise zusammenpassen. Auf einen engen Durchmesser gewalzte Grobbleche lassen sich nicht einfach nachbearbeiten.

Beim Formen eines Tankmantels mit einer vom Coil zugeführten Vertikalwalze kann der Bediener am Ende des Walzzyklus nicht erreichen, dass die Kanten aufeinander treffen, da das Blech natürlich direkt vom Coil kommt. Während des Walzens hat das Blech eine Vorderkante, aber keine Hinterkante, bis es vom Coil abgeschnitten wird. Bei diesen Anlagen wird das Coil vor den eigentlichen Biegewalzen zu einem kompletten Kreis gerollt und nach der Fertigstellung geschnitten (siehe Abbildung 1). Danach wird die neu geschnittene Hinterkante zur Vorderkante geschoben, geheftet und dann verschweißt, um die gerollte Hülle zu erzeugen.

Das Vorbiegen und Nachwalzen ist in den meisten Konfigurationen mit Coilzufuhr nicht effizient, was bedeutet, dass sie Abfallabschnitte (analog zu ungebogenen flachen Abschnitten beim Walzen ohne Coilzufuhr) an der Vorder- und Hinterkante aufweisen, die normalerweise verschrottet werden. Allerdings halten viele Betriebe den Schrott für einen geringen Preis angesichts der Effizienz bei der Materialhandhabung, die ihnen die vertikale Walze bietet.

Dennoch möchten einige Betriebe das Beste aus ihrem vorhandenen Material herausholen und entscheiden sich daher für die Integration eines Walzenrichtsystems. Diese ähneln den Achtwalzen-Richtmaschinen, die man in Coil-Verarbeitungslinien findet, nur werden sie auf die Seite gedreht. Zu den gängigen Konfigurationen gehören Sieben- und Zwölfwalzen-Richtmaschinen, die eine Kombination aus Leerlauf-, Richt- und Biegewalzen verwenden. Die Richtmaschinen minimieren nicht nur die verschrotteten Fallabschnitte für jede Schale, sondern erhöhen auch die Flexibilität des Systems; Das heißt, die Anlage kann nicht nur gewalzte Bauteile, sondern auch planierte, flache Zuschnitte produzieren.

Die Nivelliertechnologie kann nicht die Ergebnisse von umfangreichen Nivelliersystemen reproduzieren, die Service-Center verwenden, aber sie kann Material flach genug produzieren, um mit einem Laser oder Plasma geschnitten zu werden. Dies bedeutet, dass der Verarbeiter das aufgewickelte Material sowohl für vertikale Walz- als auch für Flachschneidvorgänge verwenden kann.

Stellen Sie sich vor, ein Bediener, der eine Hülle für einen Tankabschnitt rollt, erhält einen Auftrag für eine Charge Rohlinge, die für den Plasmaschneidetisch bestimmt sind. Nachdem er die Schale gerollt und weiterbefördert hat, konfiguriert er das System so, dass die Richtmaschine nicht direkt in die vertikalen Walzen eindringt. Stattdessen führt die Richtmaschine Flachmaterial zu, das auf die gewünschte Länge geschnitten werden kann, wodurch ein flacher Rohling für das Plasmaschneiden entsteht.

Nach dem Schneiden einer Charge von Rohlingen konfiguriert der Bediener das System neu, um das Rollen der Panzergranaten fortzusetzen. Und weil er geebnetes Material rollt, sind Materialschwankungen (einschließlich unterschiedlicher Rückfederungsgrade) weniger ein Problem.

In den meisten Bereichen der industriellen und strukturellen Fertigung streben Hersteller danach, den Umfang der Werkstattfertigung zu erhöhen, um die Fertigung und Installation vor Ort zu vereinfachen und zu rationalisieren. Für die Herstellung großer Tanks und ähnlich massiver Strukturen gilt diese Regel jedoch nicht, vor allem wegen der enormen Herausforderungen bei der Materialhandhabung, die diese Arbeit mit sich bringt.

Die vor Ort betriebenen vertikalen Walzen mit Rollenzuführung vereinfachen die Materialhandhabung und rationalisieren den gesamten Tankherstellungsprozess (siehe Abbildung 2). Es ist weitaus einfacher, ein Metallcoil zur Baustelle zu transportieren, als eine Reihe riesiger Abschnitte, die in der Werkstatt gerollt werden. Durch das Rollen vor Ort können auch Tanks mit dem größten Durchmesser mit nur einer vertikalen Schweißnaht hergestellt werden.

Durch den Einsatz von Richtmaschinen vor Ort kann der Einsatz vor Ort noch flexibler gestaltet werden. Dies ist eine gängige Option für die Tankproduktion vor Ort, wo die zusätzliche Fähigkeit es einem Hersteller ermöglicht, gerichtetes Spulenmaterial zu verwenden, um Tankdecks oder -böden vor Ort zu konstruieren, wodurch der Transport zwischen der Werkstatt und dem Einsatzort entfällt.

ABBILDUNG 3. Einige Vertikalwalzen sind in Tankproduktionssysteme vor Ort integriert. Die Heber heben zuvor gerollte Bahnen nach oben, sodass kein Kran erforderlich ist.

Bei einigen Feldbetrieben sind vertikale Walzen in ein größeres System integriert – einschließlich Schneid- und Schweißeinheiten, die in Verbindung mit einzigartigen Hebeböcken verwendet werden –, sodass kein Kran vor Ort erforderlich ist (siehe Abbildung 3).

Der gesamte Tank wird von oben nach unten gebaut, der Prozess beginnt jedoch vom Boden aus. So funktioniert es: Das Coil- oder Plattenmaterial läuft durch eine vertikale Rolle, die nur wenige Zentimeter von der Stelle entfernt positioniert ist, an der die Tankwand im Feld stehen wird. Die Wand wird dann in Führungen geführt, die das Blech tragen, während es um den gesamten Tankumfang herumgeführt wird. Die vertikale Rolle stoppt, die Enden werden abgeschnitten und eine einzelne vertikale Naht wird geheftet und verschweißt. Anschließend werden Versteifungsrippenteile mit der Schale verschweißt. Als nächstes heben die Wagenheber die gerollte Schale nach oben. Der Vorgang wiederholt sich für die nächste Schale darunter.

Die umlaufende Schweißnaht wird zwischen den beiden Walzprofilen hergestellt, anschließend werden die Tankdachkomponenten an Ort und Stelle gefertigt – und das alles, während sich die Struktur noch in Bodennähe befindet und nur die beiden obersten Schalen gefertigt werden. Sobald das Dach fertig ist, heben die Heber die gesamte Struktur für den nächsten Rohbau an und der Prozess geht weiter – und das alles, ohne dass ein Kran erforderlich ist.

Wenn der Betrieb die untersten Gänge erreicht, kommt eine dickere Platte ins Spiel. Einige Hersteller von Feldtanks verwenden 3/8 bis 1 Zoll dicke Platten, in manchen Fällen sogar noch schwerer. Platten gibt es natürlich nicht in Rollenform und sie können nur eine bestimmte Länge haben, sodass diese unteren Abschnitte über mehrere vertikale Schweißnähte verfügen, die die gewalzten Plattenabschnitte verbinden. Unabhängig davon kann mit einer vertikalen Maschine vor Ort vor Ort das Plattenmaterial einmal entladen und vor Ort gerollt werden, um es direkt im Tankbau zu verwenden.

Solche Tankbausysteme verkörpern die Effizienz des Materialtransports, die (zumindest teilweise) durch vertikales Rollen ermöglicht wird. Natürlich ist das Vertikalwalzen, wie jede Technologie auch, nicht für jede Anwendung ideal. Seine Eignung hängt davon ab, welche Handhabungseffizienz es schafft.

Stellen Sie sich einen Hersteller vor, der eine vertikale Walze ohne Spulenvorschub für eine Reihe von Aufgaben einbaut, bei denen es sich in der Mehrzahl um Schalen mit engem Durchmesser handelt, die vorgebogen werden müssen (Biegen der Vorder- und Hinterkanten des Werkstücks, um ungebogene Flächen zu minimieren). Diese Arbeiten sind theoretisch auf einer vertikalen Walze machbar, aber das Vorbiegen ist in der vertikalen Ausrichtung viel umständlicher. In den meisten Fällen ist das vertikale Walzen einer großen Anzahl von Aufträgen, die ein Vorbiegen erfordern, einfach nicht effizient.

Neben Problemen bei der Materialhandhabung integrieren Hersteller auch vertikales Rollen, um den Kampf gegen die Schwerkraft zu vermeiden (um wiederum das Durchbiegen großer, nicht unterstützter Schalen zu vermeiden). Wenn bei einem Vorgang jedoch nur eine Platte gerollt wird, die stark genug ist, um ihre Form während des gesamten Rollens beizubehalten, ist das vertikale Rollen dieser Platte weniger sinnvoll.

Auch asymmetrische Arbeiten (Ellipsen und andere ungewöhnliche Formen) lassen sich oft am besten auf horizontalen Walzen formen, bei Bedarf mit Überkopfstützen. In diesen Fällen verhindern die Stützen nicht nur das durch die Schwerkraft verursachte Durchhängen; Sie führen das Werkstück durch den Walzzyklus und tragen dazu bei, die asymmetrische Form des Werkstücks beizubehalten. Die Herausforderungen, solche Arbeiten in vertikaler Ausrichtung zu bearbeiten, würden wahrscheinlich jeden Vorteil des vertikalen Rollens zunichte machen.

Die gleiche Überlegung gilt für das Kegelrollen. Das Rollen einer Tüte beruht auf der Reibung zwischen den Rollen und unterschiedlichem Druck von einem Ende der Rolle zum anderen. Wenn Sie einen Kegel vertikal rollen, sorgt die Schwerkraft für noch mehr Komplikationen. Es mag zwar Einzelfälle geben, aber in jeder Hinsicht ist das vertikale Rollen eines Kegels einfach nicht praktikabel.

Auch die vertikale Verwendung von Dreiwalzen-Maschinen mit translatorischer Geometrie ist in der Regel nicht praktikabel. Bei diesen Maschinen bewegen sich die beiden unteren Walzen in beide Richtungen hin und her; Die obere Rolle kann nach oben und unten verstellt werden. Durch die Anpassungen können diese Maschinen komplexe Geometrien biegen und eine Reihe von Materialstärken walzen. In den meisten Fällen würden diese Vorteile durch das Rollen in vertikaler Ausrichtung nicht verbessert.

Bei der Auswahl einer Plattenwalze ist es wichtig, den beabsichtigten Produktionseinsatz der Maschine sorgfältig und gründlich zu recherchieren und zu berücksichtigen. Vertikale Plattenwalzen sind in ihrer Funktion eingeschränkter als herkömmliche horizontale Walzen, bieten jedoch entscheidende Vorteile bei der richtigen Anwendung.

Im Vergleich zu ihren horizontalen Verwandten weisen vertikale Plattenwalzen in der Regel grundlegendere Konstruktions-, Betriebs- und Konstruktionsmerkmale auf. Darüber hinaus sind die Walzen häufig für die jeweilige Anwendung überdimensioniert, wodurch die Notwendigkeit einer Balligkeit entfällt (und die tonnenförmigen oder sanduhrförmigen Effekte im Werkstück, die auftreten, wenn die Balligkeit nicht richtig auf die jeweilige Aufgabe abgestimmt ist). In Verbindung mit einer Abwickelhaspel bilden sie dünnes Material für den gesamten Werkstatttank, dessen Durchmesser normalerweise 21 Fuß 6 Zoll nicht überschreitet. Obere Schichten von vor Ort errichteten Tanks mit viel größerem Durchmesser haben möglicherweise nur eine vertikale Schweißnaht, im Gegensatz zu drei oder mehr bei der Plattenherstellung.

Auch hier ergibt sich der größte Vorteil beim vertikalen Rollen, wenn ein Tank oder Behälter aufgrund der Wirkung der Schwerkraft auf dünneres Material (z. B. bis zu 1/4 oder 5/16 Zoll) in vertikaler Ausrichtung gebaut werden muss. Eine horizontale Produktion würde den Einsatz von Versteifungs- oder Stabilisierungsringen erfordern, um die Rundung des gewalzten Teils zu halten.

Der wahre Vorteil der Vertikalwalze liegt in der Effizienz des Materialtransports. Je seltener eine Granate manipuliert werden muss, desto geringer ist die Chance auf Beschädigung und Nachbesserung. Betrachten Sie die Edelstahltanks, die in der geschäftigeren Pharmaindustrie als je zuvor sehr gefragt sind. Eine grobe Handhabung kann zu kosmetischen Problemen führen oder, noch schlimmer, dazu führen, dass die Passivierungsschicht zerstört wird und ein kontaminiertes Produkt entsteht. Eine vertikale Walze, die mit Schneid-, Schweiß- und Endbearbeitungssystemen zusammenarbeitet, kann die Handhabung und das Risiko einer Kontamination verringern. Wenn dies geschieht, kann ein Hersteller davon profitieren.