Valsning är en plastisk bearbetningsprocess där ett material, oftast metall, pressas genom två eller flera roterande valsar. Tjockleken och ibland bredden på materialet minskar vid varje passage, samtidigt som materialets inre struktur förändras. Inom metallindustrin är valsning i valsverk den dominerande bearbetningsprocessen för att tillverka rostfritt stål och andra metaller som plåt, band, stång, tråd och profiler.
Så fungerar valsning av metall
Grundprincipen är enkel: materialet matas in mellan minst två valsar som roterar mot varandra. När godset pressas genom springan mellan valsarna minskar tjockleken, och beroende på valstyp kan även bredden formas om. Metoden används inom nästan alla grenar av tillverkningsindustrin där metall ska bearbetas till standardiserade halvfabrikat.
Valsning av plåt: släta valsar och plattvalsning
Vid valsning av plåt används släta valsar, en process som kallas plattvalsning. Materialet trycks ut till jämn tjocklek utan spår eller mönster i valsytan, vilket ger plåt och band med släta, enhetliga ytor. Många verkstäder som erbjuder valsning av plåt kombinerar tjänsten med annan plåtbearbetning som bockning, pressning och laserskärning, eftersom samma ämne ofta ska genomgå flera bearbetningssteg innan det blir en färdig komponent. Det ställer höga krav på precision, både i valsstegets dimensioner och i de efterföljande stegen.
Valsarna tillverkas i gjutjärn, stål eller hårdmetall. Hårdmetall används framför allt i trådvalsverk och folieverk, som ställer extra höga krav på slitstyrka.
Valsning av stål: varmvalsning och kallvalsning
Valsning av stål delas in efter bearbetningstemperatur, och valet påverkar både vilka dimensioner som går att uppnå och materialets slutliga egenskaper.
Varmvalsning sker över stålets rekristallisationstemperatur, vanligen i intervallet 800-1300 grader Celsius. Varmvalsning används framför allt för grövre tvärsnitt: grovplåt, profiler för bland annat varvsindustrin, balkar, räler, ringar och rör. Vid varmvalsning av koppar och aluminium ligger temperaturen betydligt lägre än för stål.
Kallvalsning sker vid rumstemperatur och används framför allt för tunnplåt med en tjocklek under cirka två millimeter, band och rör. Eftersom processen kräver högre krafter för att forma det kalla materialet används smörjmedel, både för att skapa jämnare ytkvalitet och för att på bandvalsverk kunna anbringa dragspänningar på ämnet vid in- och utgång. Där enbart två ämnen ska fogas samman är svetsning ofta ett enklare alternativ, men vid krav på exakt böjning och slät yta väljer verkstäder valsning i stället.
Spårade valsar, även kallade kalibrerade valsar, används inom valsning av stål för att forma långa produkter. De har uppsvarvade spår som successivt ger materialet den önskade formen, till skillnad från de släta valsarna som används vid valsning av plåt.
Valsverk kan drivas på två olika sätt. Kontinuerlig valsning går i en riktning och används när stora volymer krävs, till exempel vid valsning av band, stång, profiler och tråd. Reversibel valsning låter ämnet passera fram och tillbaka mellan samma valspar och används i plåtverk och steckelverk, ofta i valsningens inledande steg där ämnesdimensionerna är stora och hastigheten låg. De flesta moderna valsverk i Norden blandar båda principerna: reversibel valsning tidigt i processen, kontinuerlig valsning i den avslutande färdigsträckan.
Vad tillverkas genom valsning
Valsning används för att ta fram ett brett spann av halvfabrikat och färdiga produkter i metall:
- Plåt och plåtrullar, både grovplåt från varmvalsning och tunnplåt från kallvalsning
- Band, oftast från kontinuerliga bandvalsverk
- Stång och tråd, formade i spårade valsar
- Profiler, som balkar och andra byggkomponenter
- Rör, både varm- och kallvalsade
Bandvalsverk delas in i smalbandverk och bredbandverk, med gränsen satt vid 600 millimeter bandbredd. I ett modernt bredbandverk kommer ämnena, så kallade slabs, in med en tjocklek mellan 150 och 300 millimeter. Efter uppvärmning i ugn och avlägsnande av glödskal valsas ämnet ned i ett förpar till 30-50 millimeter, innan den slutgiltiga reduktionen sker i färdigsträckan.
Användningsområden inom industrin
Fordonsindustrin är en av de största användarna av valsad plåt, där materialet formas vidare till bilkarosser och andra komponenter som måste hålla exakt tjocklek och hög hållfasthet. Inom byggindustrin används profilvalsning för att tillverka balkar och andra stålkomponenter till stålkonstruktioner och stommar. Valsade rör och profiler används dessutom brett inom rörledningar, maskinbyggnad och elektronikindustrin, där jämna dimensioner och god ytkvalitet är avgörande.
Svensk forskning inom området, bland annat vid materialforskningsinstitutet Swerim, arbetar med termomekaniska processer för varmvalsade produkter och med kopplingen mellan processparametrar och slutliga materialegenskaper vid kallvalsning och glödgning.
Mer om valsning
Valsverkets uppbyggnad: kontinuerlig och reversibel valsning
Ett valsverk klassificeras efter storlek, produkttyp och antal valsar i varje ställ. I praktiken styr produktionsvolymen valet av princip. Kontinuerlig valsning ger högst kapacitet och används där stora serier av samma dimension ska produceras, medan reversibel valsning är mer flexibel och passar när ämnet behöver bearbetas i flera steg med olika inställningar mellan varje passage. Investeringskostnaden för ett renodlat kontinuerligt verk är högre än för ett verk med reversibel valsning, vilket är en av anledningarna till att blandade lösningar är vanliga i nordiska anläggningar.
Valsning jämfört med svarvning och fräsning
Till skillnad från svarvning och fräsning, som är skärande bearbetningsmetoder där material tas bort från ämnet med ett verktyg, är valsning en formande process. Inget material skärs bort vid valsning, utan ämnet trycks och formas om mellan valsarna medan hela materialvolymen bevaras. Det gör valsning betydligt mer materialeffektivt vid tillverkning av stora volymer standardiserade halvfabrikat, medan skärande bearbetning som svarvning och fräsning i stället används för att ta fram exakta detaljer och slutgeometrier ur ett ämne. Vid varmvalsning av stål bildas dessutom glödskal på ytan som ofta behöver avlägsnas genom betning innan materialet går vidare till nästa bearbetningssteg.
Kalandrering: valsning av plast, gummi och andra material
Valsningsprincipen är inte begränsad till metall. När samma teknik tillämpas på plast, gummi, papper, tyg eller livsmedel kallas processen i vissa sammanhang kalandrering. Materialet pressas mellan roterande valsar för att uppnå en jämn tjocklek och önskad ytstruktur, på samma sätt som vid metallvalsning. Kalandrering används bland annat vid förbearbetning av plast- och gummiblandningar inför vidare formning. Även trä kan bearbetas med valstekniken: forskning har visat att valsning kan hårdgöra furu så att ythårdheten närmar sig den hos ek, vilket öppnar för nya användningsområden inom träindustrin.
Sources: