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Walzreduzierung von Ringwandstärken Diese Erfindung betrifft Verbesserungen
auf dem Gebiet der Walzreduzierung von Ringwandstärken.
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Bei herkömmlichen Verfahren der Walzreduzierung von Ringen, wie das
Verfahren der USA-Patentschrift 2 932 890, war es üblich, sehr teure und schwere
Werkzeuge in der Form eines großen, im allgemeinen zylindrischen Dornes von praktisch
der gleichen länge wie das Werkstück zu verwenden, um den Ring oder-den Zylinder
auf der gesamten Innenoberfläche des Gebietes des Ringes zu halten und zu stützen,
das bearbeitet wird, und es war üblich, das Material des Ringes oder Zylinders nur
vom Außendurchmesser her zu reduzieren. Dies ist nachteilig nicht nur wegen der
Kosten und des Gewichtes des Dornes, sondern auch deshalb, weil der Dorn aus dem
Inneren des bearbeiteten Zylinders oder Ringes
nach Beendigung des
Walzvorganges entfernbar sein muß, wodurch die Geometrie der Innenfläche des Ringes
physikalisch begrenzt wird. Darüber hinaus waren aufgrund der Tatsache, daß nur
die Fasern auf dem Außendurchmesser des Ringes oder Zylinders bearbeitet werden,
während die Fasern am Innendurchmesser nicht nur nicht bearbeitet, sondern auch
gestreckt werden, die Eigenschaften des
M etalles des fertigen Produktes am
Außen- und am Innendurchmesser unterschiedlich. Darüber hinaus ist es mit diesen
herkömmlichen Verfahren nicht möglich, einen mittleren Durchmesser beizubehalten.
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Zwei zusätzliche herkömmliche Ringwalzverfahren werden ganz allgemein
in den Einführungsbemerkungen der USA-Patentschrift 1 610 593 zu dem offensichtlichen
| Zeit |
| Zweck genannt, den Stand der Technik bis zu diesem unkt |
zusammenzufassen, und zwar heißt es dort, daß die Herstellung von nahtlosen Röhren
aus einem hohlen Block, der sowohl innen als auch außen gewalzt wird, bekannt ist,
wobei an einem Punkt begonnen wird, das Material ausgewalzt und in Richtung auf
das Ende des Rohres geglättet wird. Das erste Verfahren scheint das herkömmliche
und bekannte Ringwalzverfahren zu sein, das in den Zeilen 4 bis 14 der genannten
USA-Patentschrift 1 610 593
behan-
delt wird, wobei das Werkstück eine praktisch
konstante
Länge beibehält, während
es über die gesamte Länge auf seinem
Innendurchmesser und auf
dem Außendurchmesser
durch sich
drehende Walzen berührt wird, die Druck sowohl gegen die Innen- als auch gegen die
Außenoberfläche des Werkstückes aufbringen, die das Werkstück tragen, die mindestens
so lang wie das terkstück sind und deren Umfänge im allgemeinen im Querschnitt eben
sind, um konstant dem Werkstück einen größeren Durchmesser bei Verringerung der
Wandstärke zu geben. Bei diesem Verfahren, welches gut bekannt ist, ist die Länge
des fertigen Produktes praktisch die gleiche wie die Ausgangslänge, und diese Länge
ist notwendigerweise suf.die Länge der Reduzierwalzen beschränkt. In diesem herkömmlichen
Verfahren gibt es keine axiale Vorschubbewegung zwischen dem Werkstück und den Reduzierwalzen.
Eine solche axiale Vorschubbewegung wäre auch bei diesen bekannten Verfahren unmöglich,
da sich die Reduzierwalzen in Druckberührung mit der gesamten Länge des Werkstückes
von innen und außen befinden, und
dadurch wird die Erzielung einer axialen
Vorschubbewegung, selbst wenn diese erwünscht wäre, unmöglich, da extreme Kräfte
dazu erforderlich wären. Selbstverständlich ist in dem ersten bekannten Ringwalzverfahren,
welches in der Einleitung der oben genannten Patentschrift besprochen
wird, eine axiale Vorschubbewegung nicht erwünscht, da es ein Merkmai dieses
Verfahrens ist, dem Werkstück einen vergrößerten Durchmesser ohne Vergrößerung der
Länge zu geben:
Das zweite Ringwalzverfahren, das in den Zeilen 14
bis
29 der genannten USA-Patentschrift 1 610 593 besprochen wird, ist so unbestimmt
beschrieben, daß die Ermittlung zum Verständnis des Vorganges ausreichender Einzelheiten
des Verfahrens unmöglich ist. Z.B. ist nicht angegeben, ob die
gewinkelten :#.'alzen beide an gegenüberliegende Abschnitte des Außendurchmessers
des Jerkstückes angreifen, und wenn das so ist, ob ein Innendorn verwendet wird,
oder ob eine der Walzen an die Innen- und die andere an die Außenwand angreift.
Es ist weiterhin nicht angegeben, wie sich die Länge oder der Durchmesser dieser
Kapzen im Vergleich zu Länge und Durchmesser des ;Merkstückes verhalten. Die einzigen
deutlichen Merkmale liegen darin, daß die Walzen ir. entgegengesetzten Winkeln eingestellt
und schräg zur Längsrichtung des gerkstückes angeordnet sind, daß sie sich um den
zu walzenden Ring oder Zylinder drehen und daß das Werkstück selbst "festgeklemmt
ist, so daß es sich nicht um seine Achse drehen kann". Aus dem letzten Absatz geht
auch hervor, daß die Walzen schraubenförmige Nuten erzeugen und daß eine zusätzliche
Glättung vorgenommen werden muf, die durch zusätzliche @,i'alzen zum Glätten der
Wülste zwischen den Nuten erzielt werden kann. Dieses Verfahren ist, selbst wenn
es verständlich beschrieben wäre, sehr kompliziert.
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Die in der letztgenannten Patentschrift beanspruchte Konstruktion
stellt einen Portschritt gegenüber dem
oben beschriebenen Stand
der Technik dar, indem sie eine Vielzahl von Reduzierwalzensätzen verwendet,
wobei jeder folgende Satz breiter als der vorangehende Satz ist und wobei die Walzensätze
die einzige Stütze für das Werkstück darstellen und entlang einer schraubenförmigen
Bahn angeordnet sind. Dabei sind die Walzen jedes Satzes nach dem ersten breiter
als die Walzen des vorangehenden Satzes, so daß die Nut oder Kerbe, die bei einem
einzigen-Walzensatz gebildet werden würde, zunehmend verbreitert wird, um dadurch
zu bewirken, daß ein Metallabsatz entlang dem Innen- und dem Außendurchmesser des
Werkstückes in Richtung auf das benachbarte Ende des Werkstückes fließt, wie es
in den Figuren 1 bis q. der genannten USA-Patentschrift gezeigt ist. Es ist dabei
entweder not-, wendig, daß eine unproduktive Rückführbewegung der Walzensätze in
Intervallen durchgeführt wird, bevor ein neuer Schritt am Werkstück begonnen wird,
oder daß die Achsen der Walzen schräg angeordnet sind,. um einen schraubenförmigen
Vorschub des Werkstückes zu erzielen. Selbstverständlich wurde in dieser genannten
USA-Patentschrift die Verwendung einer Vielzahl von Walzen für notwendig gehalten,
denn bei dem Versuch, nur einen einzigen Walzensatz dabei zu verwenden, würde sich
daraus nicht der gewünschte M eta11fluB ergeben, sondern es würde nur ein Gewindegeschnitten,
es sei denn, eines der beiden bekannten Verfahren aus der Einleitung der USA-Patentschrift
wird
dazu verwendet, die Wülste zwischen den Windungen der Nut oder Kerbe des einen schmalen
Walzensatzes zu glätten. In dieser genannten USA-Patentschrift wird selbstverständlich
erkannt, daB eine relative Vorschubbewegung in Längsrichtung zwischen dem Werkstück
und den Walzen zweckmäßig sein kann anstelle der schrittweisen Kerbung und Glättung,
die darin beschrieben wird und bei der Schritte gewacht werden, deren Länge gleich-der
Breite ist, die durch die vordere Kante des ersten schmalen Satzes schraubenförmig
versetzter Walzensätze und die hintere Kante des letzten Satzes festgelegt ist.
Um eine solche Vorschubbewegung in Längsrichtung zu erzielen, wird in der USA-Patentschrift
auf die herkömmliche Vorschubbewegung Bezug genommen, die dadurch erzielt wird,
daB die Achsen der Walzensätze, die als einzige Stützung des Werkstückes verwendet
werden, schräg in Bezug auf die Werkstückachse angeordnet werden. Diese Vorrichtung,
in welcher eine Vielzahl schraubenförmig versetzt angeordneter Walzensätze nicht
nur die einzige Stütze des Werkstückes darstellt, sondern bei schräger Anordnung
auch eine Vorschubbewegung hervorruft, ist nicht für die praktische Anwendung bei
irgendeiner anderen Vorschubvorrichtung geeignet. Die Vielzahl der immer breiteren
Walzensätze in der genannten USA-Patentschrift bietet einen wesentlichen Oberflächenkontakt
mit dem Werkstück, wodurch eine sehr beträchtliche Vorschubkraft zu seiner
Überwindung erforderlich wäre, die gegebenenfalls dazu
neigen würde,
das Werkstück aus seiner Achse heraus zu verziehen.
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Obwohl der Typ von Vorrichtung gemäß der. oben genannten USA-Patentschrift
in der Zage ist, im wesentlichen den gleichen Mitteldurchmesser bei Verlängerung
der Längsabmessung des Werkstückes beizubehalten, ist diese Vorrichtung nicht nur
teuer, da sie eine Vielzahl schraubenförmig angeordneter Walzensätze mit zunehmend
-größerem Querschnitt verwenden muß, sondern diese Art der Metallformung in der
genannten Patentschrift ist, wie andere herkömmliche Verfahren, ein Kerb- und Glättungsvorgang
an der Werkstückoberfläche anstatt eines Auspreßvorganges, wobei dieser letztgenannte
Vorgang vom metallurgischen Standpunkt aus am wünschenswertesten ist. Wegen der
schraubenförmigen Anordnung und der entsprechenden Bahn der Reduzierwalzen ist die
genannte Anordnung außerdem unpraktisch zur Herstellung um den Umfang herum liegender
Rippen am Werkstück, die senkrecht zur Werkstückachse stehen. Außerdem könnte wegen
der Verwendung einer Reihe: von Walzensätzen, bei denen jeder folgende Satz einen
größeren Querschnitt als der vorangehende hat, nach der ITSA-Patentschrift nur in
der einen Längsrichtung des Werkstückes gearbeitet werden und eine 'Malzwirkung
kann nicht bei allen Durchgängen der Walzen über das Werkstück in beiden Richtungen
erzielt werden. Demnach ist eine Hälfte der Längsbewegung in dieser genannten Patentschrift
eindeutig Leerlauf.
Ein Ilauptzielt der vorliegenden Erfindung ist
ein verbessertes Verfahren zur V@dalzreduzierung der Wandstärke bei Ringen, wobei
Formungsdruck gleichförmig und gleichzeitig sowohl auf den Außen- als auch auf den
Innendurchmesser aufgebracht wird, wodurch beide Seiten unter gleichförmiger Kompression
mit vorteilhaften Ergebnissen stehen können, wobei das Verfahren die Beibehaltung
des mittleren Durchmessers ermöglicht.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur wirtschaftlichen
Auswertung des verbesserten Verfahrens.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine verbesserte
in der das zylindrische '.Werkstück am einen Ende festgeklemmt und angetrieben wird
und in der Werk-
| zeughalter Mit ;; erkzeugen, die sowohl an den Außen- als |
| auch an den Innendurchn.esser angreifen und reduzierenden |
| Druck ausüben, axial zugeführt werden, um die fandstärke |
| bei gleichzeitiger Verlängerung des @.?erkstückzylinders zu |
verringern. Jin weiteres Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung, die die Verwendung
mehrerer Uerkzeughaltersätze erlaubt, um dadurch die Arbeit zu beschleunigen.
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in weiteres Ziel der Erfindung ist eine verbesserte Vorrichtung, die
so konstruiert werden kann, daß eine radiale Bewegung der inneren und äußeren Werkzeughalter
gleichzeitig während der Reduzierung möglich ist, wodurch Rohrformen mit besonderen
Umrissen erzeugt werden können.
Unter Berücksichtigung dieser und
anderer Ziele besteht die Erfindung aus den Verbesserungen auf dem Gebiet der Walzreduzierung
von Ringwandstärken und aus allen Verfahrensschritten sowie allen Teilen und Kombinationen
der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen und allen Äquivalenten.
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In den beiliegenden Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform
der Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung zeigen, kennzeichnen die gleichen
Bezugszeichen die gleichen Teile in allen Ansichten und Fig. 1 ist eine Draufsicht
auf die verbesserte Vorrichtung, wobei das Werkstück im Horizontalschnitt gezeigt
wird; Fig. 2 ist ein Schnitt gemäß der Linie 2-2 der Fig. 1; Fig. 3 ist eine Teilansicht
der Walzen beim Reduzieren der Wandstärke des Werkstückes; Fig. 4 ist ein Längsschnitt
durch einen Teil des zylindrischenyAusgangsrohlings mit einem gerillten Längsschnitt;
Fig. 5 ist eine ähnliche Ansicht des Zylinders der Fig. 4 nach der Reduzierung;
Fig. 6 ist ein Teillängsschnitt eines anderen Ausgangsrohlinges, und Fig. 7 ist
ein ähnlicher Teillängsschnitt des Zylinders der Fig. 6 nach der Reduzierung nach
einem Verfahren, das eine Rippenbildung zur Folge hat.
Selbstverständlich
stellt die Vorrichtung der Figuren 1 und 2 nur ein Beispiel für die Vorrichtung
zur Durchführung der Erfindung dar. In dieser Vorrichtung kennzeichnet das Zeichen
10 einen Spindelstock mit winer geeigneten Basis, wobei der Spindelstock ein Zager
für. einen drehbaren Dorn mit einer Vorderplatte 11 bildet, die sich mit dem Dorn
dreht. Der Dorn wird durch einen Elektromotor.12 angetrieben. Die Vorderplatte trägt
geeignete Befestigungen 13, um entfernbar das Werkstück 14 zu tragen, bei dem es
sich um einen Ring oder einen Zylinder aus Metall handelt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit einem Satz Reduzierwalzen durchgeführt
werden kann, werden vorzugsweise mehrere Sätze, wie gezeigt, verwendet, um die Arbeit
zu beschleunigen. Dementsprechend befindet sich auf jeder Seite des Spindelstockes
10 ein Bettrahmen 16. Da die Konstruktion auf jeder Seite gleich ist, wird nur eine
Seite beschrieben, und die gleichen Bezugszeichen werden bei entsprechenden Teilen
auf der gegenüber liegenden Seite verwendet. Ein Schlitten 17 ist gleitend für eine
horizontale Bewegung axial zum Werkstück aufgebaut. Die Gleitbewegung kann auf jede
gewünschte Art erzielt werden. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Schraubenspindel
18 vorgesehen, die sich durch den Schlitten erstreckt und in Gewindeverbindung
gemäß Fig. 2 mit dem Schlitten steht, wobei die Enden der Schraube drehbar im
Bettrahmen
16 gelagert sind und das eine Ende durch einen Elektromotor 19 angetrieben
wird. Ein Untersetzungsgetriebekasten 20 liegt zwischen dem Motor und der Schraube
18, so daß diese mit verringerter Geschwindigkeit angetrieben wird.
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Jeder Schlitten trägt gleitend darauf einen Hauptwagen 21, der auf
geeignete 'gleise für eine Bewegung in radialer Richtung in Bezug auf das !Werkstück
geführt wird. Der Schlitten trägt einen doppelt wirkenden hydraulischen Zylinder
22 mit einem Stempel 23, der zwischen dem Zylinder und dem Schlitten 17 wirkt. Wenn
demnach hydraulische Flüssigkeit in der einen Richtung in den Zylinder geleitet
wird, wird sie auf einen Kolben darin wirken und das Ausstoßen des :tempels 23 hervorrufen,
und wenn die hydraulische Flüssigkeit in umgekehrter Richtung wirkt, dann wird der
Stempel 23 zurückgezogen, wie es auf dem Gebiet der Hydraulik bekannt ist. Demnach
kann die radiale Eewegung des Wagens 21 in gewählter Richtung hydraulisch bewirkt
werden.
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Zusätzlich dazu ist auf jedem Hauptwagen 21 ein Zusatzwagen 2q. befestigt,
der in radialer Richtung in Bezug auf das Werkstück gleiten kann. Der Zusatzwagen
2¢ trägt einen doppelt wirkenden hydraulischen Zylinder 25 mit einem Stempel 26,
welcher zwischen dem Zylinder und den Hauptwagen 21 wirkt. 'r;enr. hydraulische
Flüssigkeit in der einen Richtung in den Zylinder 25 fließt, wird sie auf
einen
Kolben darin einwirken und den Stempel 26 ausstrecken, und wenn die Flüssigkeit
in umgekehrter Richtung fließt, dann wird der Stempel zurückgezogen werden. Demnach
kann die radiale Bewegung des Zusatzwagens 24 auf dem 'lagen 21 in vorbestimmter
.leise hydraulisch gesteuert werden.
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Der Zusatzwagen 24 besitzt eine rechtwinklige Verlängerung 27, die
sich axial und außen von dem Werkstück erstreckt. Am Ende der Verlängerung wird
eine ReduzierwGlze oder Rolle 28 drehbar zum Angreifen an den Außendurchmesser des
11erkstückes getragen. Der Hauptwagen ."_-'1 besitzt eine rechtwinklige Verlängerung
29, die sich axial und innerhalb des ",;erkstückes erstreckt. Am Ende der Verlängerung
29 ist eine Reduzierwalze 30 drehbar tefestigt und zum Angreifen an den Innendurchmesser
des ::; erkstückes 1 ct anzeordnet. Arbeitsweise
Im l#etr_e@ v:i rd ein Ring
oder Zylinder 14-, der in seiner @.;ardstärke reduziert werden soll, auf geeignete
'Meise in den Befestigungen 13 der Vorderplatte 11 festgeklemmt. Die Schlitten 17
werden dann durch Drehung der Schrauben 18 in eine Stellung eingestellt, um mit
der Wirkung am freien Ende des eVIerkstückes zu beginnen. Bei der Herstellung der
geeigneten Anfangseinstellung werden die Wagen 21 radial so eingestellt, daß die
Hauptstellung der Reduzierwalzen 28 und 30 dem Durchmesser des Vlerkstücken
entspricht.
Danach kann eine Feineinstellung durch zusätzliche Einstellung der Wagen 21 und
24 in Richtung auf einander oder fort voneinander erzielt werden. Wo eine Vielzahl
von Reduzierwalzensätzen verwendet wird, wie im vorliegenden Fall, sind die Bewegungen
der Hauptschlitten 17 auf irgendeine geeignete Art synchronisiert, um einen gleichförmigen
Vorschub in axialer Richtung des Werkstückes zu erzielen. In Fig. 1 wird das Verfahren
zur Reduzierung der Wandstärke an einem glatten Zylinder 14 dargestellt. Wenn der
Motor 12,.dessen Geschwindigkeit veränderlich sein kann, arbeitet, wird das Werkstück
mit einer gewählten Geschwindigkeit gedreht, und dadurch werden die Reduzierwalzen
28 und 30, die frei laufen,
o Wenn die Schlitten 17 entlang dem Z'Terkstück vorrücken, wird die Wandstärke auf
die in Fig.1 gezeigte Weise reduziert, und der Zylinder wird gleichzeitig verlängert.
Gewöhnlich sind mehrere Durchgänge erforderlich, und die `lagen 21 und die Zusatzwagen
24 werden für jeden Durchgang dichter zueinander eingestellt. Diese Vorrichtung
und das Verfahren können entweder zur Heiß- oder Kaltverformung verwendet werden.
Bei einem Prüfarbeitsgang wurde ein Prüfring mit einem Durchmesser von 81,3 cm,
einer Länge von 32,7 cm und einer Wandstärke von 1,9 cm verwendet. Die Reduzierung
wurde in drei Durchgängen auf eine Wandstärke von 0,515 cm und eine Länge von 83,03
cm vorgenommen. Nach diesem Verfahren werden
die Fasern am Innendurchmesser
der gleichen kompressiven Eindringung wie die Fasern auf dem Außendurchmesser ausgesetzt,
und es ist ein geringerer Formungsdruck notwendig als bei herkömmlichen Verfahren.
Dieses Verfahren hat auch eine gleichförmige Kornverfeinerung ohne jedes Strecken
oder andere nachteilige Behandlung des Metalls am Innendurchmesser zur Folge. Obwohl
die Formen der Werkzeu-e 30 'unterschiedlich von denen der Werkzeuge 28 sein können,
um gewünschte ',!irkungen zu erzielen, ist es gewöhnlich vorteilhaft, identische
Walzen 28 und 30, wje in Fig. 3 gezeigt, zu verwenden, um so gleichförmige Eigenschaften
auf beiden Seiten des M aterials zu erzielen. Die Bewegung der ",.lzen 28 und 30
kann durch hydraulische Tastereinheiten (nicht gezeigt) bestimmt werden, die über
die hydraulischen Zylinder 22 und 25 wirken, um genaue !Wanddicken und Durchmesser
zu erzielen. Bei diesem Verfahren, das an, dem berkstück der Fig. 1 gezeigt wird,
können die Bewegungen der Plagen 21 und 24 so synchronisiert werden, daß die gleiche
Eindringung vom Innendurchmesser wie vom Außendurchmesser erhalten wird.
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Mit der dargestellten Vorrichtung ist es auch möglich, durch umfangreichere
Einstellungen der Wagen 21 und 24 Rohrformen mit bestimmten Umrissen zu erzeugen,
wobei diese Formen auch von der Steuerung der Tasteneinheiten hergestellt werden
können. Wie in Fig.-4 gezeigt wird, kann ein Ausgangsrohling 31 von gleichförmiger
Dicke mit einer ringförmigen Riffelung 32 zu einer Form der
Fig.
5 reduziert werden, bei der alle sich in axialer Richtung erstreckenden Wandabschnitte
31' und 32' von reduzierter Dicke und gesteigerter Länge sind. Während einer solchen
Reduzierung werden sich die Wagen 21 und 24 radial bewegen, um den thnriß der Riffelung
einzustellen. Als weiteres Beispiel zeigt die Fig. 6 einen Ausgangsrohling 33. Dieser
kann in vorbestimmter ',weise mit den Walzen 28 und 30 reduziert werden, die sich
in bestimmten Intervallen trennen, um Rippen 34 herzustellen, wobei der Hauptabschnitt
der Länge gleichförmig reduziert und wie bei 33' verlängert wird. Die Vorrichtung
erlaubt die Herstellung einer großen Vielzahl von tastergesteuerten Umrißformen
bei dem endgültigen _iohr;artikel.
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Es ist offensichtlich, daß tei dem vorliegenden Verfahren gemäß der
Fig. 1 die Reduzierwalzen 28 und 30 t;ei jedem Durchgang um die gleiche Strecke
in Richtung aufeinander verstellt werden können, uri, einen mittleren DurchmeAser
beizubehalten. Bei den herkömmlichen Verfahren, bei denen die Reduzierung vom Außendurchmesser
aus geschieht, ist es nicht möglich, einer.rittleren Durchmesser beizubehalten.
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Verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen, und alle diese Änderungen sollen im Bereich der vorliegenden
Ansprüche liegen.