Hengerlés
Fémmegmunkálás Kezdőlapon szerepelt szócikkek
A hengerlés olyan képlékeny alakítási eljárás, amelynek során forgó hengerek között alakítják a darabot, úgy is szokták jellemezni mint folyamatossá tett nyújtókovácsolást. Ez a legtermelékenyebb, de a kovácsolásnál sokkal fiatalabb képlékeny alakítási technológia. A hengerlés első alkalmazói a 13–14. századi ötvösök voltak, akik főleg lágyabb fémeket, például ólmot és nemesfémeket hengereltek – kis méretben és kis mennyiségben. Ipari alkalmazása sokkal később kezdődött el, a 18. században acélrudakat és lemeztáblákat állítottak elő hengerléssel. A módszer rohamos térhódításának korszaka a 19. század volt, ami összefüggött az ipari forradalom kibontakozásával.

A hengerléssel előállított termékek rendkívül változatos alak- és méretválasztékkal rendelkeznek, a 0,007 millimétertől az 1 méterig terjedhetnek. A hengerlést melegen és hidegen is végezhetik, de az alakítás mindig meleghengerléssel kezdődik. Hengerléssel sokféle fémet munkálnak meg, de a legnagyobb mennyiségben az acélokat és az alumíniumötvözeteket hengerlik. A hengerelt termékek egy részét egyéb technológiákkal még továbbalakítják.

A hengerlés gépi berendezései a hengerállványok, amelyek az alkalmazott technológiától függően rendkívül változatos méretűek és kiképzésűek. A hengerállványok hengersorba szervezve működnek, és a kiegészítő műveletek végzésére alkalmas berendezésekkel együtt képezik a hengerművet.

## Általános leírás

A fémek képlékeny alakítási eljárásai közül a legnagyobb mennyiséget hengerléssel állítják elő, bár ez lényegesen fiatalabb eljárás, mint a kovácsolás. Először a 13–14. században az ötvösök hengereltek lágyabb fémeket, főleg a nemesfémeket. Ipari jellegű alkalmazása a 18. századra tehető, ekkor már acélrudakat és lemeztáblákat állítottak elő hengerléssel, de a hengerlés rohamos térhódításának korszaka a 19. század – összefüggésben az ipari forradalommal.

Az alakítást végző forgó hengerek a hengerállványban helyezkednek el. Az adott termék hengerlésére telepített – egy vagy több hengerállványból álló – egységet hengersornak nevezik. A hengersorhoz egyéb, olyan műveleteket végző egységek is kapcsolódnak, amik nélkül a hengersor nem tud dolgozni (pl. a darabot felmelegítő és lehűtő egységek, a kikészítő és hőkezelő részlegek). Ennek a komplexumnak hengermű a neve.

A hengerelt termékek alak- és méretválasztéka rendkívül változatos. A méretek alsó határát az akár 0,007 milliméter vastagságú hengerelt fóliák, felső határát pedig az 1 méter körüli gerincmagasságú `I`-tartók képviselik. A hengerlést végezhetik melegen és hidegen, de az alakítás első fázisa mindig meleghengerlés. A meleghengerlés kiinduló anyaga csaknem kizárólag a folyamatosan öntött buga. A korábbi évtizedekben a kokillába öntött tuskó volt az alapanyag, de ez a módszer a folyamatos öntés előretörésével mára csaknem teljesen kiszorult a hengerművekből. A termékek egy része – a képlékeny alakítást tekintve is – előtermék jellegű, ezeket más technológiákkal továbbalakítják, csak kisebb részüket (például a vasúti síneket, betonacélokat, tartószelvényeket stb.) használják fel közvetlenül.

A hengerelt termékeket, illetve eljárásokat több szempont szerint is csoportosíthatjuk. A hengerelt anyag újrakristályosodási hőmérséklete alapján megkülönböztetnek:

- meleghengerlést és
- hideghengerlést.

A hengerelt darab alakja szerinti felosztás:

- rúd- és idomacélok, hengerhuzalok. Rúdacéloknak nevezzük az üregezett hengerekkel melegen alakított, egyszerű alakú szelvényeket (kör, négyzet, téglalap, hatszög, körszelet stb.). Az idomacélok szelvényét általában különböző betűk alakjához hasonlítják (`L, I, U, T, Z`). Gyakran közéjük sorolják a vasúti és egyéb síneket is. A hengerhuzalok körszelvényű termékek, amelyeket mindig csévélve gyártanak. Átmérőjük 5,5 és 14 mm közé tehető.
- lapos termékek: a melegen vagy hidegen hengerelt lemezek és szalagok. Szalagoknak a csévélve hengerelt lapos termékeket nevezik.
- varrat nélküli csövek: hengerlésük speciális, a hengerlés általános módszereitől eltérő eljárás, ez a csőhengerlés.

## A hengerlési folyamat jellemzői

Az alakítási folyamatot célszerűen az ún. elemi hengerlés példáján lehet bemutatni, ami a sima palástú hengerek közötti lapos termék hengerléséhez hasonlít.

A darabnak a hengerek közötti áthaladását szúrásnak nevezik. A szúrás során a darab magassága csökken, hosszúsága nő, szélessége is megnő valamilyen mértékben. Az alakváltozásra a magasságcsökkenés és a megnyúlás a jellemző. Az alakváltozást a térfogat-állandóság törvénye alapján lehet értelmezni:

: $h_1 \cdot b_1 \cdot l_1 = h_2 \cdot b_2 \cdot l_2$

Az R sugarú hengerek és a darab érintkezési felülete a nyomott felület, ami a nyomott ív hossza és a közepes darabszélesség szorzata. A nyomott felület számításához a hengerlési gyakorlatban a nyomott ív vízszintes vetületét (l<sub>d</sub>) használják:

: $l_d \approx \sqrt{R \cdot \Delta h}$ .

A képletben $\Delta h = h_1 - h_2$, a magasságcsökkenés.

Az alakváltozás jellemző mérőszáma a nyújtási tényező, ami a ki- és a befutó keresztmetszetek vagy hosszúságok hányadosaként értelmezhető:

: $\lambda = \frac{A_1}{A_2} = \frac{l_2}{l_1}$ .

Sajátosak a hengerlés sebességviszonyai. Hengerlési sebességnek a hengerrésből kilépő darab sebességét értjük. A darab belépési sebessége ennél kisebb, a sebességviszonyokat az

: $A_1 \cdot v_1 = A_2 \cdot v_2$

összefüggés írja le. A be- és kilépési sebesség között különbség van, a henger felületén csak egy pont (vonal) van, ahol a darab a henger kerületi sebességével halad. Ez a semleges vonal, ami előtt hátramaradás, utána viszont előresietés tapasztalható. A hengerlés gyakorlatában a hengerlési sebességet és a hengerek kerületi sebességét többnyire azonosnak veszik.

## Rúd- és idomacélok hengerlése

A rúd- és idomacélokat üregezett hengerekkel állítják elő. Kiinduló anyaguk négyzetes vagy téglalap alakú szelvény (buga). Az üregezésnek az a célja, hogy a hengerelt darab keresztmetszetét lecsökkentsék és a szelvényt a kívánt alakra hozzák. A hengersorokon az adott szelvényalakot több szúrással érik el. Az alkalmazott szúrástípusok feladata eltérő, így megkülönböztetnek nyújtó- és készrealakító üregsorokat.

### Nyújtóüregsorok

A nyújtóüregsorok két egymást követő üregfajta sorozatából állnak. Az egyik üregben lapító jellegű alakváltozás történik (az üreg szélességi és magassági méretének aránya 1-nél nagyobb). Ezt olyan üreg követi, amelynél ez az arány 1 körüli vagy kisebb, és a darabot 90°-os fordítással („állítva”) vezetik bele. Ezeket torlóüregeknek nevezik. A nyújtóüregsor tehát lapító- és torlóüregek egymást követő láncolatából áll. Ezek az üregpárosítások a következők lehetnek: szekrény–szekrény, négyzet–ovál, négyzet–rauta, kör–ovál stb. Hogy melyik üregsort választják az adott feladatra, számos tényezőtől függ (például a nyújtás hatékonysága, a szúrások revétlenítő hatása, az alakváltozás egyenletessége a szelvényen belül stb.). Megjegyzendő, hogy a nyújtóüregsorokban szereplő üregek közül néhány a készüregsorokban is szerepelhet.

### Egyszerű szelvények üregezése

Az egyszerű szelvények közé a kör-, a négyzet-, a lapos- és a hatszögacélok stb. sorolhatók.

A köracélok 5,5–250 milliméter átmérővel készülnek, előállításukra különböző köracél-hengerlési rendszerek alakultak ki. Az utolsó üreg természetesen körüreg, az eltérések az előnyújtó szakasz utáni üregekben mutatkoznak. Lehetnek itt négyzet- és oválüregek, a legfontosabb különbség a torlóüregek alakjában van. A négyzetacélokat 5–250 milliméter laptávolságokkal hengerlik. Itt a négyzet–rauta üregsor alkalmazása az általános. A laposacélok szelvénye lapos téglalap. A hengerlést végezhetik zárt üregekben, de előfordulhatnak sima palástú hengerekkel történő szúrások is. A nyolcszögacélok hengerlése némileg hasonlít a köracélok üregsorára, természetesen az utolsó üreg(ek) kivételével.

### Idomacélok üregezése

Az idomacélok közé tartoznak az `L-, I-, U-, T-, Z-`szelvények és a sínek. Közös sajátosságuk, hogy szelvényük több egyszerű idom összekapcsolásából áll, amelyek valamilyen szög alatt csatlakoznak egymáshoz. Emiatt a szelvény egyes részei nem a henger tengelyével párhuzamosan helyezkednek el, így nem kapnának közvetlen alakítást. Az ilyen szelvényeket ezért elfordítva, gyakran „kiterítve” hengerlik. Természetesen az utolsó üreg alakja ilyenkor is a kész szelvény alakjának megfelelő (készüreg).

Az idomacélok üregsorai az alábbi csoportokba sorolhatók:

- előnyújtó üregsor: a már megismert feladatokkal;
- bevágó üreg(ek): feladatuk a négyszögszelvényű darabot a kész szelvényre jellemző idomokra osztani;
- alakos nyújtóüregsor: ezekben már felismerhető a majdani kész szelvény alakja;
- készüregsor: általában csak egy vagy két üregből áll, feladata a pontos méretű és alakú szelvény előállítása.

## Lapostermékek meleghengerlése

A lapostermékek közé a durvalemezek, a finomlemezek és -szalagok, valamint a fóliák tartoznak. A durvalemezek közé általában a 3 milliméternél vastagabb lapostermékeket számítják. A melegen hengerelt lapostermékek kiinduló anyaga a folyamatosan öntött lemeztuskó (bramma), a kokillaöntésű lemeztuskók mára kiszorultak a termelésből.

### Durvalemez-hengerlés

A durvalemezek fő felhasználója a különböző tartályokat és ipari gépállványokat gyártó nehézipar, a hajógyárak és a hadiipar. A durvalemezeket meleg szélesszalag-hengersorokon vagy erre specializálódott táblalemez-hengersorokon állítják elő. A táblalemez-sorok technológiájának az a jellemzője, hogy nem csak hosszirányú, azaz nyújtó szúrásokat alkalmazhatnak, hanem keresztirányú, szélesítő szúrásokat is. Az alkalmazott hengerállvány általában reverzáló kvartó, esetleg univerzál állvány. A hengerek testhossza 4 méternél is több lehet, a hengerátmérő nagyobb mint 2 méter.

### Acél szélesszalag meleghengerlése

A szélesszalag meleghengerlése a 20. század második felében indult rohamos fejlődésnek, megelőzve valamennyi egyéb hengerelt termék gyártását. A szélesszalagok gyártására speciális hengersor fejlődött ki, amelynek a lényege a folytatólagos vagy félfolytatólagos hengerlés. A hengerelt darab egyszerre több, egymás után elhelyezett hengerállványon áthaladva éri el végleges méretét, a minimálisan mintegy 2 millimétert. Ezt követően a szalagot lehűtik, majd feltekercselik. A hengerelt szalag a meleghengerművet szalagtekercs formájában hagyja el. A szélesszalagok 70%-át hidegen még továbbhengerlik. Hazánkban Dunaújvárosban hengerelnek acél szélesszalagot, Székesfehérváron alumínium szélesszalagot (ez utóbbinak a technológiája több tekintetben jelentősen eltér az acélétól).

Acél szélesszalag gyártási technológiája egy félfolytatólagos rendszer példáján a következőképpen alakul:

- Felmelegítés: A méretre vágott lemeztuskókat (brammákat) tolókemencékben melegítik fel, egy hengerművet több tolókemence lát el meleg lemeztuskóval. A tolókemence úgy működik, hogy az egymás mellé fektetett brammákat egy toló berendezés áttolja a mintegy 40 méter hosszú kemencén, miközben alakítási hőmérsékletre melegszik. A darab a kemence másik végén kibukva görgősorra kerül.
- Revétlenítés: A bramma felületén képződött revét nagy nyomású vízzel vagy/és revetörő hengerállvány segítségével távolítják el. A reve eltávolítására azért van szükség, mert a lehűlt reve igen kemény, koptatná a hengersor hengereit és benyomódásával rontaná a darab felületét.
- Előnyújtás: Az előnyújtó hengerállvány reverzáló univerzál kvartó kivitelű. A reverzálás azt jelenti, hogy a hengerlést a hengerek forgásirányának változtatásával végzik előre-hátra, miközben a hengerközt rendre csökkentik. A kvartó elnevezés onnan ered, hogy a két darab munkahengert egy-egy nagyobb átmérőjű támhengerrel támasztják meg, hogy a munkahengerek rugalmas alakváltozását (behajlását) csökkentsék (a kvartó elnevezés a négy darab hengerre utal). Univerzál állványnak azokat a hengerállványokat nevezik, ahol a vízszintesen elhelyezett hengereken kívül két oldalt függőleges tengelyű (torló) hengerek is vannak. Ezeknek a darab szélességi méretének beállításában van jelentősége. Az előnyújtó állványban elvégzett 7–11 szúrás elvégzése után készül el az előlemez, amiről a szabálytalan alakú végeket végvágó ollóval távolítják el.
- Készrehengerlés: A készhengersor folytatólagos módon működik, és hat–nyolc kvartó hengerállványból áll. Az egymást követő hengerállványok hengerközei a szúrástervnek megfelelően folyamatosan csökkennek, ennek következtében a hengerelt szalag sebessége állványról állványra fokozatosan nő, ami a hengersor szabályozásával szemben állít fel követelményeket (az állványok között hurokszabályozók működnek). A végméretet az utolsó hengerállvány biztosítja.
- Hűtés: A hengersorból kifutó acélszalagot le kell hűteni a csévélési hőmérsékletre. A hűtést vízzel végzik, általában lamináris módon, amelynek során a vizet folyamatos sugárban folyatják a szalag felületére, így biztosítva a jobb hatásfokú hűtést.
- Csévélés: A hűtőszakaszt elhagyó szalagot csévélő berendezés tekercseli fel. Egy hengersort több csévélő szolgál ki.

## Szalag-hideghengerlés

A melegen hengerelt szalagot az esetek többségében hideghengerléssel alakítják tovább. Így állítják elő a gépkocsik karosszéria lemezeit, a gépburkoló lemezeket, a hajlított idomokat, a mélyhúzásra alkalmas lemezeket stb. A mérettartomány 2 millimétertől 0,1 milliméternél kisebb vastagságokig terjed.

A szalag-hideghengerlés technológiája különböző részfolyamatokból áll össze:

- Revétlenítés: Acélszalag hengerlésekor a hideghengerlés kiinduló anyaga a melegen hengerelt szalag, aminek a felületén reve (vasoxid-réteg) képződik. A revét a hideghengerlés előtt el kell távolítani, mert tönkretenné a munkahengerek köszörült felületét és a hengerelt szalagot. A revétlenítés két lépcsőben történik: előbb mechanikus revétlenítéssel megtörik az oxidréteget (általában görgők közötti szalaghajtogatással), majd kémiai revétlenítéssel, „pácolással” távolítják el. Ennek során kénsavas vagy sósavas fürdőn vezetik át a szalagot, néha más anyagokat is használnak.
- Hengerlés: Hideghengerléskor a hengerelt anyag alakítási szilárdsága nagyobb, mint meleghengerléskor, ezért a fellépő erők is nagyobbak. Ez azt jelenti, hogy az alkalmazott hengerállványoknak is erőteljesebbnek kell lenni. Hideghengerlésre egyállványos kvartó hengerállványokat használnak egyirányú és reverzáló kivitelben, de elterjedten alkalmazzák a folytatólagos (tandem-) sorokat is. Alakítás közben a darab és a hengerek is felmelegszenek (akár 300 °C-ra is), a hűtésről gondoskodni kell, csakúgy, mint a súrlódás csökkentéséről. Erre a célra hideghengerléskor különböző szerves és ásványi eredetű olajak vizes emulzióit alkalmazzák, amely mindkét funkciót betölti. A hideghengerlés során fellépő nagy erők rugalmasan deformálják (behajlítják) a munkahengereket, még a támhengereket is. Ezért terjedtek el a sokhengeres, több támhengerrel ellátott hengerállványok (hathengeres, tizenkét hengeres, húszhengeres és más megoldások). Ezekkel vékonyabb és pontosabb méretű termékeket lehet előállítani.
- Lágyítás: A hidegalakítás sajátossága, hogy az alakítás során a darab felkeményedik. A keményedés bizonyos mértékű alakítás után lehetetlenné teszi a további alakítást, ilyenkor a szalagot ki kell lágyítani. Erre a célra harangkemencét vagy folyamatos üzemű áthúzókemencét használnak. Mindkét esetben a hengerelt acélszalagot az ausztenites átalakulási hőmérséklet alá hevítik, majd hőntartás után lehűtik. Ezzel az anyag kristályszerkezete a torzult, feszültségekkel terhelt rácsból visszaalakul feszültségmentes szerkezetté.
- Utánhengerlés (dresszírozás): A hidegen hengerelt, lágyított acélszalagok felületén mélyhúzáskor folyási vonalak képződnek (öregedés). A folyási vonalak képződése a szalagok 0,5–3% közötti hidegalakításával (dresszírozásával) elkerülhető.
- Kikészítés: A hidegen hengerelt szalagokat a felhasználási célnak megfelelően különböző kikészítő műveleteknek vethetik alá (egyengetés, hasítás, darabolás, felületbevonás, illetve ezek kombinációja). Ezekre külön berendezések szolgálnak.

Napjainkban lemezhengerlés esetén egyre elterjedtebbek a kombinált hengersorok, ahol több műveletet végeznek egy berendezésen (például pácolás–hideghengerlés vagy hőkezelés–horganyzás (horganyzás = cinkbevonás) stb.)