Hoe bereiken spiegeloppervlakrollen zo’n hoogglansafwerking?

Spiegeloppervlakrollen bereiken hun hoogglansafwerking door middel van een nauwkeurig gecontroleerd meerfasig productieproces dat basismateriaalselectie, ruwe en fijne bewerking, meerdere slijprondes en eindpolijsten combineert om een oppervlakteruwheid (Ra) van 0,01 tot 0,05 micrometer te bereiken — glad genoeg om licht als een spiegel te reflecteren. Op dit niveau van oppervlakteverfijning kan de wals tijdens industriële verwerking zijn afwerking rechtstreeks op films, folies, coatings en laminaten geven, waardoor de kwaliteit van het walsoppervlak de allerbelangrijkste factor is in de kwaliteit van het eindproduct.

De rol van Ra-waarde: hoe oppervlakteruwheid de spiegelkwaliteit definieert

Oppervlakteruwheid wordt gemeten door de Ra-waarde (rekenkundig gemiddelde ruwheid) — de gemiddelde afwijking van pieken en dalen aan het oppervlak van een gemiddelde lijn, uitgedrukt in micrometers (μm). Hoe lager de Ra-waarde, hoe gladder en reflecterender het oppervlak.

Om de Ra-waarde van het spiegeloppervlak in perspectief te plaatsen: een mensenhaar heeft een diameter van ongeveer 70 micrometer — een spiegeloppervlakroller bij Ra 0,01 µm is 7.000 keer soepeler dan de breedte van een enkele haar.

Fase 1: Selectie van basismateriaal

Het bereiken van een spiegelafwerking begint lang voordat er ook maar iets wordt gepolijst. De keuze van het basismateriaal bepaalt direct hoe fijn een afwerking uiteindelijk kan worden bereikt – en hoe lang die afwerking standhoudt onder productieomstandigheden.

De meest gebruikte basismaterialen voor spiegelwalsen zijn:

• Gelegeerd staal (bijvoorbeeld 42CrMo, 9Cr2Mo): Het meest gebruikte kernmateriaal — biedt een hoge hardheid na warmtebehandeling (doorgaans HRC 58-62 ), uitstekende maatvastheid en een fijne korrelstructuur die ultraglad polijsten ondersteunt. Gehard stalen rollen kunnen onder aanhoudende contactdruk een spiegelafwerking behouden
• Roestvrij staal (316L, 304): Gekozen voor toepassingen met corrosieve media, contact met levensmiddelen of omgevingen met een hoge luchtvochtigheid – iets lagere hardheid dan gelegeerd staal, maar superieure corrosieweerstand
• Gietijzer met verchromen: Een kosteneffectieve optie waarbij de basisrol grijs of nodulair gietijzer is en een harde chroomlaag heeft 0,05 tot 0,15 mm wordt aangebracht vóór het polijsten – de chroomlaag zorgt voor de hardheid en het polijstoppervlak dat gietijzer alleen niet kan bereiken
• Met wolfraamcarbide gecoat staal: Gebruikt in de meest veeleisende toepassingen met hoge slijtage; wolfraamcarbidecoatings aangebracht door thermisch spuiten bereiken hardheidswaarden van HV 1.200 tot 1.500 , veel beter dan chroom, en kan worden gepolijst tot Ra-waarden onder 0,05 µm

Fase 2: Precisiebewerking en warmtebehandeling

Nadat het basismateriaal is geselecteerd, wordt de rolplano op een CNC-draaibank voorbewerkt naar binnen 0,3 tot 0,5 mm van de uiteindelijke diameter . Deze materiaalruimte wordt bewust gelaten om het daaropvolgende slijpen en afwerken mogelijk te maken zonder het risico te lopen op ondersnijding.

Voor stalen rollen, warmtebehandeling volgt op ruwe bewerking en is van cruciaal belang voor de prestaties van een spiegelafwerking:

• Door harden of inductieharden verhoogt de oppervlaktehardheid tot HRC 58–65 - hardere oppervlakken zijn bestand tegen microkrasjes die de glans tijdens gebruik vernietigen
• Stressverlichting gloeien wordt uitgevoerd na het uitharden om interne spanningen te verminderen die vervorming zouden kunnen veroorzaken tijdens het daaropvolgende slijpen; maatvastheid over de volledige rollengte is essentieel voor een consistente spleetdruk in film- en lamineerlijnen
• De rechtheidstolerantie na warmtebehandeling moet binnen zijn 0,02 tot 0,05 mm per meter rollengte voordat het malen begint

Fase 3: Cilindrisch slijpen in meerdere doorgangen

Bij het slijpen begint het walsoppervlak met de transformatie van een ruw bewerkt stuk materiaal naar een precisiecilinder. Het slijpen van spiegeloppervlakrollen wordt uitgevoerd in meerdere passages met steeds fijnere schuurwielen Bij elke doorgang wordt een kleinere hoeveelheid materiaal verwijderd, waardoor een steeds gladder oppervlak ontstaat.

Een typische schuurvolgorde voor een spiegelwals:

1. Ruw slijpen: Wiel van aluminiumoxide of CBN (kubisch boornitride), korrel 46–60 — verwijdert aanslag van de warmtebehandeling en brengt de wals binnen een afstand van 0,05–0,10 mm van de uiteindelijke diameter; behaalt Ra 0,8–1,6 µm
2. Semi-nabewerking: Fijnere CBN- of verglaasde schijf, korrel 80–120 — verwijdert ruwe slijpsporen en verbetert de cilindriciteit; bereikt Ra 0,2–0,4 µm
3. Afwerking slijpen: Fijnkorrelige CBN- of diamantschijf, korrel 180–320 — brengt het oppervlak op Ra 0,05–0,1 µm en de uiteindelijke diameter binnen de tolerantie van ±0,005 mm
4. Spark-out-passen: De slijpschijf beweegt zonder verdere invoer door de wals, waardoor de resterende slijpspanning wordt weggenomen en de oppervlakteconsistentie wordt verbeterd zonder meetbaar materiaal te verwijderen

Tijdens het slijpen, koelmiddelstroomsnelheid, wielsnelheid, rotatiesnelheid van het werkstuk en verplaatsingssnelheid worden allemaal nauwkeurig gecontroleerd: afwijkingen veroorzaken thermische schade, klappersporen of slijpbrandwonden die niet kunnen worden hersteld zonder de maalvolgorde opnieuw te starten.

Fase 4: Aanbrengen van oppervlaktecoating

Voor veel spiegeloppervlakrollen is a harde oppervlaktecoating wordt aangebracht na het eindslijpen om de combinatie van hardheid, corrosieweerstand en polijstgevoelige oppervlaktekwaliteit te bieden die het basismateriaal alleen niet kan leveren. De drie meest voorkomende coatingtechnologieën zijn:

Hardverchroomd

De traditionele en meest gebruikte coating voor spiegeloppervlakrollen. Gegalvaniseerd hardchroom bereikt een hardheid van HV 850–1.050 en kan worden gepolijst tot Ra-waarden onder 0,02 µm. Chroomlagen van 0,05 tot 0,2 mm dikte zijn standaard voor industriële walsen. Het inherente microscheurnetwerk bij verchromen zorgt voor enige retentie van smeermiddel, wat helpt het oppervlak te beschermen tijdens filmcontact. Als gevolg van milieuvoorschriften rond zeswaardig chroom (Cr VI) worden alternatieve coatings echter steeds vaker gespecificeerd.

Wolfraamcarbide thermische spray (HVOF)

Bij het spuiten met hoge snelheid van zuurstofbrandstof (HVOF) wordt een dichte coating van wolfraamcarbide-kobalt (WC-Co) met hardheidswaarden van HV 1.200–1.500 — aanzienlijk harder dan chroom. HVOF-coatings zijn vrijwel porositeitvrij, zeer goed bestand tegen slijtage en corrosie en kunnen worden gepolijst tot Ra-waarden van 0,02–0,05 µm . Ze hebben de voorkeur in toepassingen waar chroom verboden is of waar de levensduur van de rol onder schurende omstandigheden van cruciaal belang is.

Keramische coatings (aluminiumoxide / chroomoxide)

Keramische coatings aangebracht door middel van plasmaspray bieden een uitstekende hardheid ( HV 1.000–1.400 ) en uitstekende chemische bestendigheid. Vooral chroomoxide (Cr₂O₃)-keramiek kan worden gepolijst tot spiegelkwaliteit en wordt veelvuldig gebruikt in druk-, coating- en chemische verwerkingsrollen waarbij agressief mediacontact onvermijdelijk is.

Fase 5: Spiegelpolijsten – de laatste en meest cruciale stap

Polijsten is wat een precisiegeslepen of gecoate wals in een echt spiegeloppervlak verandert. Het is de meest arbeidsintensieve en vaardigheidsafhankelijke fase in het gehele productieproces, en de fase die het meest verantwoordelijk is voor de uiteindelijk bereikte Ra-waarde.

Het spiegelpolijsten van industriële rollen wordt in opeenvolgende fasen uitgevoerd met steeds fijnere schuurmiddelen:

• Grof polijsten (leppen): Siliciumcarbide- of aluminiumoxide-schuurfilm, korrel 400–600, aangebracht met een stijf lapgereedschap - verwijdert slijpsporen en brengt het oppervlak op Ra 0,1–0,2 µm
• Middelmatig polijsten: Diamantschuurfolie of -pasta, korrel 800–1200 — verwijdert grove polijstkrassen; behaalt Ra 0,05–0,1 µm; het oppervlak begint in dit stadium reflectiviteit te vertonen
• Fijn polijsten: Diamantpasta of -film, korrel 1500–3000 — haalt Ra 0,02–0,05 µm; sterke spiegelreflectie zichtbaar over het volledige roloppervlak
• Superafwerking (polijsten): Ceriumoxide- of colloïdale silica-slurry op een zachte vilt- of leren lap — bereikt een Ra van minder dan 0,01 µm voor ultraspiegelkwaliteiten; gebruikt voor optische film- en displaypaneelrollen waarbij perfectie van het oppervlak van cruciaal belang is

Elke polijstfase moet worden uitgevoerd met schoon gereedschap en een contaminatievrije omgeving — een enkel schurend deeltje uit een grovere fase dat op het roloppervlak achterblijft, zal een kras veroorzaken die doordringt in alle daaropvolgende fijnere polijstfasen, waardoor de hele reeks opnieuw moet worden gestart vanaf het punt van verontreiniging.

Fase 6: Meting en kwaliteitsverificatie

Na het polijsten ondergaat elke spiegeloppervlakrol een streng kwaliteitscontroleprotocol voordat deze wordt vrijgegeven voor gebruik. Belangrijke metingen zijn onder meer:

• Oppervlakteruwheid (Ra): Gemeten met behulp van een contactprofielmeter op meerdere punten over de rollengte - de metingen moeten op elk meetpunt binnen het gespecificeerde Ra-bereik vallen, niet alleen op het gemiddelde
• Cilindriciteit en slingering: Gemeten met een precisierondheidstester: de totale aangegeven slingering (TIR) voor rollen met spiegeloppervlak wordt doorgaans gespecificeerd op 0,002 tot 0,005 mm
• Inspectie van oppervlaktedefecten: De wals wordt onder harklicht en met optische vergroting geïnspecteerd op krassen, putjes, chroomresten (pinholes) of polijstwervelingen; elk zichtbaar defect in dit stadium vereist nabewerking
• Verificatie van de hardheid: Hardheidstests van Rockwell of Vickers bevestigen dat de warmtebehandeling en de hardheid van de coating over het hele roloppervlak aan de specificaties voldoen
• Dynamisch evenwicht: Voor walsen die op hoge snelheid werken, wordt dynamisch balanceren toegepast ISO 1940 Graad G1.0 of beter wordt uitgevoerd om trillingen te elimineren die anders het verwerkte materiaal zouden markeren

Samenvatting van het productieproces

Een spiegeloppervlakroller bereikt zijn hoogglansafwerking niet per ongeluk of via een enkel proces; het is het resultaat van zes nauwkeurig op elkaar volgende productiefasen, elk voortbouwend op de vorige , van de selectie van het basismateriaal en de warmtebehandeling tot het meervoudig slijpen, oppervlaktecoating en uiteindelijk spiegelpolijsten. De Ra-waarde die in elke fase wordt bereikt, bepaalt het plafond voor wat de volgende fase kan bereiken. Daarom kan geen enkele stap worden overgeslagen of overhaast. De uiteindelijke Ra-waarde van 0,01 tot 0,05 µm die een echt spiegeloppervlak definieert vertegenwoordigt een van de hoogste niveaus van oppervlakteafwerking die haalbaar is in industriële productie - en het bepaalt rechtstreeks de glans, helderheid en kwaliteit van elk product dat de rol aanraakt.