Valssaus

Neljäkorkean valssilaitteen kaaviokuva.

Käsikäyttöinen kaksikorkea valssain.

British Steelin Ravenscraigin tehtaiden kuumavalssauslinja Skotlannissa 1980-luvulla.

Valssaus on metallin muokkaamista, jossa muokattava metallikappale kulkee valssaimen rullien eli valssien välistä. Muokkauksessa myös metallin rakenne muuttuu lujemmaksi. Valssaamalla valmistetaan esimerkiksi metallilevyä paksummasta aihiosta tai metalliprofiilia pyöreästä langasta. Mikäli valssit ovat vapaasti pyörivät, puhutaan vetovalssauksesta tai turkinpäävedosta. Valssituoli on yksi valssipari ja valssaimessa tai valssilinjassa on yleensä useampia valssituoleja. Tyypillisessä kuumavalssauslinjassa on ensin esivalssain, jossa aihiota ajetaan useita kertoja edestakaisin ja vasta tämän jälkeen aihio ajetaan linjan hienovalssituolien läpi.

Kuumavalssaus

Kuumavalssaus suoritetaan kuumalle metallikappaleelle, jonka lämpötila on yli rekristallisaatiolämpötilan. Kuumavalssaus on metallin kuumamuokkausta.

Kuumavalssauksessa teräsaihiota muokataan 800–1 200 asteessa valssaimen valssien välissä useita kertoja, jolloin sen karkea rakenne hienonee pienirakeiseksi austeniitiksi. Jäähdytysvaiheessa teräksessä tapahtuu faasimuutoksia.

Kuumavalssauksessa on mahdollista saada aikaan suuri plastinen muodonmuutos, mutta ennen kaikkea sillä pyritään karkean valuperäisen raerakenteen hienontamiseen.

Kylmävalssaus

Kylmävalssauksessa kappaleen lämpötila on alle rekristallisaatiolämpötilan, eli se on metallin kylmämuokkausta. Kylmävalssauksessa saavutetaan haluttu loppumitta, mittatoleranssi, pinnanlaatu ja lujuus.

Valssilaitteet

Valssainlaitteisto koostuu yhdestä tai useammasta valssituolista ja valssattavan metallikappaleen mittaus-, jäähdytys- ja käsittelylaitteistoista. Valssituoleja on useita erityyppisiä:

• kaksikorkea, jossa on kaksi työvalssia
• neljäkorkea, jossa työvalssit on tuettu tukivalsseilla
• Sendzimir-valssain, jossa työvalssit on tuettu useilla tukivalsseilla
• Planeettavalssain, jossa valssipäät pyörivät valssattavan kappaleen ympärillä
• Pilgervalssain, jossa valssit ja valssituoli liikkuvat edestakaisin

Valssainlaitteistoa, jossa on sarjaan kytkettynä useita valssituoleja, kutsutaan tandem-valssaimeksi.

Valssin säätö ja valssausparametrit

Paksuus

Valssauksessa on tavoitteena saada halutun mittainen lopputuote. Tärkein säätöparametri on valssirako, jolla tarkoitetaan työvalssien välistä rakoa. Tuotteen loppumittaan vaikuttavat lisäksi työvalssien litistyminen sekä syöttö- ja jättöjännitys, eli millä voimalla valssikitaan menevää tuotetta pidätetään tai valssattua tuotetta vedetään.

Tyypillisesti valssaukseen käytetään etukäteen laskettuja pistosarjoja, joista valitaan kyseessä olevalle materiaalille sopiva lähtö- ja loppupaksuus. Pistosarjojen määritykseen käytetään laskentamalleja, joissa otetaan huomioon muun muassa valssausgeometria, suurin sallittu valssausvoima, vedot, kitka ja materiaalin muodonmuutoslujuus. Kuumavalssauksessa mallinnetaan muodonmuutoslujuutta lämpötilan ja muodonmuutosnopeuden funktiona. Kylmävalssauksessa muodonmuutoslujuus riippuu materiaalin lujittumiskäyttäytymisestä.

Tasomaisuus

Valssattu teräsnauha Oulussa (kelan paino 24 512 kg).

Litteän nauhan valssauksessa pyritään saamaan mahdollisimman tasomainen lopputuote. Nauhan tasomaisuutta mitataan stressometrillä, jolla puolestaan ohjataan työ- ja tukivalssien vyöhykejäähdytystä ja valssien taivutusta. Työvalssit taipuvat prosessissa. Tätä kompensoidaan mykevöimällä (bombeeraamalla) työvalssit. Tällä tarkoitetaan sitä, että valssit ovat hiottu keskeltä hiukan paksummaksi kuin reunoilta. Nauha on tasomainen, kun sitä ei litistetä reunoiltaan tai keskeltä muuta aluetta enempää. Nauhan paksuuden suhteellinen profiili ei saa muuttua valssauksessa, jotta nauha säilyisi tasomaisena.

Pinnanlaatu

Lopputuotteen pinnanlaatuun voidaan vaikuttaa valssien hiontakarkeudella. Myös valssattavan tuotteen lähtötilan pinnanlaatu ja karheus sekä valssausreduktio vaikuttavat lopulliseen pintaan. Tuotteen puhtauteen vaikuttaa valssausnesteen puhtaus. Kaikkien irtopartikkelien joutumista valssien väliin on varottava, etteivät ne merkitse valssien pintaa tai valssaudu kiinni tuotteen pintaan. Valssien pinnalla olevat painumat ja kolot merkitsevät koko nauhan näppylävirheillä. Työvalssit on vaihdettava uusiin, kun niillä on valssattu työohjeissa säädetty kilometrimäärä tai tonnimäärä. Käytetyt valssit kunnostetaan valssihiontalaitteella. Kunnostuksen jälkeen valssilla on oltava säädetty vähimmäishalkaisija ja säädetty pintakovuus.

Valssausneste

Valssauksessa käytetään lähes aina jotain nestettä. Nesteen tarkoituksena on voidella ja jäähdyttää prosessia. Kuumavalssauksessa käytetään lähes yksinomaan puhdasta vettä. Kylmävalssausprosesseissa käytetään yleisemmin öljyä. Myös muita nesteitä käytetään. Esimerkiksi alumiinifolion valssauksessa valssausnesteenä on kerosiini.

Valssausnesteen tarkoituksena on jäähdyttää työvalsseja ja toimia kitkaa alentavana voiteluaineena. Kylmävalssauksessa valssausneste muodostaa ohuen kalvon valssattavan materiaalin ja työvalssin väliin.

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Valssaus Wikimedia Commonsissa