DE2631562C2

DE2631562C2 - Verfahren zum Herstellen eines zylindrischen Hohlkörpers durch Preßlochwalzen

Info

Publication number: DE2631562C2
Application number: DE2631562A
Authority: DE
Inventors: Minoru Kawaharada; Samon Kitakyushu Fukuoka Yanagimoto; Seishiro Yoshiwara
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1975-07-18
Filing date: 1976-07-14
Publication date: 1985-01-24
Also published as: RO71341A; US4052874A; JPS5211156A; FR2317973B1; SU784743A3; JPS5536001B2; FR2317973A1; BR7604675A; CA1036394A; GB1503482A; IT1062259B; DE2631562A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hersteilen ei-ies zylindrischen Hohlkörpers aus einem rechteckigen, metallischen Knüppel durch Preßlochwalzen mit Rundkall'oerwalzen, deren Achsen senkrecht zur Walzgutachse liegen, bei dem der warme Knüppel über einen über die Walzebene vorragenden Dornkopf bei gleichzeitigem Walzen seiner Außenseite In den Rundkaliberwalzen vorgeschoben wird und bei dem zu Beginn des Walzvorganges der knüppel mit seinem vorderen Stlrnbereich gegenüber dem Dornkopf zentriert wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung Ist die Herstellung von nahtlosen Metallrohren, z. B. nahtlosen Stahlrohren. Die DE-AS 13 02 427 beschreibt ein Preßlochwalzwerk, bei dem die Zentrierung dadurch erfolgt, daß der Knüppel stlmseltlg eine Bohrung erhält. In die der Domkopf eingreift. Zu Beginn des Preßwalzvorganges greift das Walzkaliber an den Kanten des Knüppels etwa zum gleichen Zeltpunkt an, wie der Dornkopf in die Bohrung des Knüppels eingreift.

Die FR-PS 12 24 904 beschreibt ein Preßlochwalzwerk, bei dem die Zentrierung dadurch erfolgt, daß der Lochdorn zum Knüppel, der sich noch in der Führung befindet, vorgeschoben wird. Die Führung besitzt Zentrierelemente, mit denen d!t Dornspitze gegenüber der Führung zentriert .gehalten wird. Anschließend ;,\cd der Knüppel gegen die Dornspitze vorgedrückt und eine Art Zentrierung in die Stirnseite des Knüppels eingedrückt. Anschließend bewegen sich Dron und Knüppel in Walzrichtung und Her eigentliche Preßlochwalzvorgang beginnt.

Aufgabe de»· Erfindung ist eine Verbesserung der Zentrierung und damit eine Vergleichmäßigung der Wanddicke der Hohlkörper.

Diese Aufgabe wird r^ch de; Erfindung dadurch gelöst, daß als Zentrierung die Walzen die Knüppelkanten greifen, bevor der DomkOjjf Tilt dem Knüppel In Eingriff gelangt.

Das Verfahren nach der Erfln. ang unterscheidet sich dadurch von dem beschriebenen Stand der Technik, daß die Dornspitze sich nur so weit vor der Walzebene befindet, daß der Knüppel mit seinen Kanten bereits in das Wilzkaliber eingelaufen ist und von den Walzen gegenüber der Dornspitze zentriert gehalten wird. Damit wird die Walzkraft zur Zentrierung des Knüppels ausgenutzt. Dieses verringert merklich die Ungleichförmigkeit der Wanddicke des gebildeten Hohlmantels oder Rohres. Infolgedessen erhält man eine hohe Ausbringung. Es lassen sich Metallrohre hoher Güte herstellen.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, In denen darstellen:

Flg. 1 ein Preßlochwalzwerk, schematisch geschnitten,

Fig. 2 eine Einzelansicht des Eingriffs des Knüppels ml: der Spitze des Dornkopfes,
FI g. 3 den Verformungsgang im Rahmen der Erfindung,
Flg. 4 Schnitte durch einzelne Stufen des Verformungsganges,

Fig. 5 ein Schaubild der Ungleichförmigkeit der Wanddicke In Abhängigkeit von verschiedenen Parametern und
FI g. 6 das Verhältnis des Knüppelquerschnitts zum Walzkaliber.

Das Preßlochwalzverfahren wird anhand der Fig. 1 e/läutert. Danach wird mittels eines von einem Einstoßzylinder 1 betätigten Einstoßstempels 2 ein Rechteckknüppel 3-1 zwischen Rundkaliberwalzen 4 und 4' eingestoßen, die von einem nicht dargestellten Walzenantrieb angetrieben werden. Vor und hinter den Rundkallberwalzen 4 und 4' befinden sich eine Einstoßführung 5 und eine Austrittsführung 6, die den Rechtkantknüppel 3-1 und den gewalzten Hohlkörper 3-2 auf der Mittellinie X-X führen. Auf die WaIzIInIe des Rundkallbers 1st ein Dornkopf 7 ausgerichtet, der an einer Dornstange 8 sitzt.

Der Vorschub des Rechteckknüppels beim Walzen erfolgt einerseits durch den Elnstoßzyllnder 1 und andererseits durch die Vorschubkraft der Rundkaliberwalzen 4 und 4'. Die Innenseite des Hohlkörpers 3-2 wird durch den Dornkopf 7 gelocht und aufgeweitet. Die Außenfläche wird kontinuierlich durch das Walzenkallber In eine Kreisform gewalzt. Die Formung Ist beim Erreichen der Walzebene Y-Y abgeschlossen. Dann werden der Hohlkörper 3-2 und die Dornstange 8 durch die Führungsrolle 10 geführt.

Einzelheiten des Walzvorganges werden anhand der FI g. 3 und 4 erläutert, wobei die FI g. 4 a. b, c, d jeweils Schnitte längs der Linien A-A. B-B, C-C, D-D In Flg. 3 darstellen. Flg. 4 entspricht der Stellung A-A In Flg. 3, wo die Kaliber 4-1 und 4'-l der Walzen 4. 4' gerade die Kantenbereiche 3-3 des Knüppels 3-1 fassen. Nach der |f 65 Erfindung 1st In dieser Stellung die Spitze des Dornkopfes 7 nicht mit der Stirnfläche des Knüppels 3-1 In ;| Eingriff. Flg. 4 b entspricht der Stellung B-B In Flg. 3, wo die Kantenbereiche 3-3 bereits teilweise verformt

^i:p sind und die Spitze des Dornkopfes Immer noch nicht mit der Stirnfläche des Knüppels 3-1 in Eingriff ist. In der

'■';■ Stellung C-C gemäß Fig. 4 c kommt die Spitze des Dornkopfes 7 mit der Stirnfläche des Knüppels 3-1 In

^m FinorifF In diesem ZeltDunkt wird der Knüppel 3-1 durch die Walzen 4, 4' festgehalten, so daß die verschiede-

I πίη Sen ^Jr MHtS nie des WalzsJaTtes übereinst.mmen. Fig. 4 d entsprechend der Stellung D-D in Ä t zeig? S ZustaXwoder Knüppel 3-1 im wesentlichen vo.lständig in einen Kreisquerschnitt gewa.zt

& und das Lochen im wesentlichen abgeschlossen ist. Man hat bereits einen Hohlmantel 3-2.

i£ In dl Fig 3 L Tist die Strecke L von der Eintrittsebene des Walzspaltes zur Spitze des Dorn kopfes der

U Dito der maximalen gedrückten Länge K und dem Abstand M von der Walzebene zur Spitze des Dornkop-

& fSDe^mmikt A-A .n den Walzspalt ist um den Abstand L von der Spitze des Domkopfes 7

Ρ wLSckt Bevor de Knüppel die Lage des Domkopfes 7 erreicht, sind die Kantenbereiche bereits ausreichend

3 IS und Sehen den Walzen festgehalten, so daß auch ohne Vorloch und bei zentraler Ausrichtung des

& nn^Lonfes 7 das Zentrum des Knüppels und das Zentrum des Domkopfes miteinander übereinstimmen. Die

■ S Segung defk^TirSlge de? Preßkraft und die aufgrund dieser Ausbiegung geneigt zur Mittellinie * wlrksSlraft wodurch die Walzkraft vor dem Domkopf in die Mittellinie umgelenkt. Die Ungleichför-

i ^mtfl%{ΑϊfcÄ^refufÄ^e deⁿSze des Domkopfes 7 auf die Stirnfläche des Rechteck-

- knüppels 3-1 In diesem Zeitpunkt werden die stirnseitigen Kantenbereiche des Rechteckknüppels 3-1 bereits durch die Walzenkaliber ausgewalzt. Die schraffiert dargestellten Bereiche 13 und 13' sind bereits mit den Rund-

^: kaliberwalzen in Eingriff Durch Walzen und Halten des Knüppels 3-1 vor dem Domkopf 7 in der beschriebenen '^A' Weise werden die Nachteile herkömmlicher Verfahren ausgeschaltet. Zunächst einmal kann man einen schlechten Eingriff unierdrücken, Indem der Preßkraft F₁ die von den Rundkaliberwalzen 4 und 4' auf d«.e Eckenbereiche des Knüppels übertragene Durchziehkraft überlagert wird. Die Größe der durch die Rundkaliberwalzen erzeugten Durchziehkraft ist geringfügig kleiner als die Walzkraft F₄ in diesem Punkt, doch ist die Kraft zur

- Unterstützung des Eingriffs genügend groß. Die zweite Schwierigkeit hinsichtlich einer gleichförmigen Wand-

LV .. . . i,r_. ..__u_«-^^* .„orAan Γ\1ο KoI H<»m hArlrftmm!Irhpn Vprfahrpn ftilftr^l^ndp Kraft F-,

"■ dicke kann in ioigenaer weise vciuSo».u »rwu».... **™ — — · ..

$ geneigt zur Mittellinie X-X an der Spitze des Lomkopfes, die sich aus der Preßkraft F, und der Reaktionskraft F₁

% an derEinstoßführung bzw. der hierdurch verursachten Reibungskraft \iF₂ zusammensetzt, wird nach der Erfin-

>'■= düng durch die Walzkraft F₄ und F"₄ in die Richtung X-X unmittelbar vor dem Domkopf umgelenkt. Dadurch

Ä kann die Ausknickung des Knüppels durch das Walzen und Festhalten der Kantenbereiche korrigiert werden.

^ Deshalb liegt die Achse des Knüppels 3-1 unmittelbar vor dem Domkopf koaxial mit der Achse desselben und

ti fällt mit der Mittellinie X-X zusammen. Die Lochformung beginnt im Mitteibereich, und der Werkstofffluß ist

I symmetrisch, so daß man eine gleichförmige Wanddicke erhält. so

Ε' Nach der vorstehenden Beschreibung werden die Eingriffsverhältnisse umso besser, je größer der Wert Lld

i ist· entsprechend wird die Ungleichförmigkeit der Wanddicke verringert. Fig. 5 zeigt in Abhängigkeit von Lld

$ die Ungleichförmigkeit der Wanddicke für den Fall LId=O, wo der Eingriffspunkt und die Spitze des Dornkop-

- fes nach dem Stand der Technik übereinstimmen, für den Fall L/d<0, wo Eingrifispunkt gegenüber der Spitze

^: des Dornkopfes auf die Austrittseite verschoben ist, und für den Fall L/d>0, wo der Eingriffpunkt gegenüber

'£ der Spitze des Dornkopfes auf die Eintrittseite verschoben ist. In dem Maße wie Lld größer wird, wird die

'' Gleichförmigkeit der Wanddicke im Abstand d vom Stirnende allmählich verbessert. Die Gleichförmigkeit der

■ Wanddicke zeigt eine merkliche Verbesserung für den Wert L/d = 0,15, auch wenn kein Vorloch vorgesehen ist. ¹ Die Ungleichförmigkeit der Wanddicke ergibt sich ohne Vorloch mit einem Wert von etwa 25% bei LId = 0,15,

; was keine praktische Schwierigkeit bedeutet. An der Stelle Lld = 0,15 kommt der durch die Erfindung erzielte

Fortschritt deutlich zum Ausdruck. „,.,„,

Wenn Lld=Q,\5 ist, werden die K* tenbereiche des Knüppels in einem solchen Ausmaß durch Walzen : verformt daß eine Ausbiegung des Stirnendes des Knüppels durch die Preükraft ausgeschlossen ist. Der Knüp-

^; pel wird in zentraler Ausrichtung zwischen den Walzen gehalten. Der Wert Lld kann durch den Kaliberdurchmesser (D = Rohrdurchmesser), den Walzendurchmesser R_n im Fußpunkt des Kalibers, die Dicke h des Knüppels die Breite b des Knüppels und den Abstand M zwischen der Walzebene und der Spitze des Dornkopfes nach der Einstoßseite dargestellt werden, wenn Quadratknüppel in einem Rundkaliber gewalzt werden. In Flg. 6 ist der KaliberquerschniU 4-I₀ in der Ebene A-A in F:g. 3 und der Kaliberquerschnltt 4-I₆ In der Ebene B-B dargestellt. Bei Rechteckknüppel wird zunächst der Kantenbereich gemäß f I g. 4 a von dem Kaliber eingezogen. Nach Fig. 6 hat der dieser Stellung entsprechende Walzenradius R den Wert:

Die Abnahme A an einer Kante ist in dieser Stellung:

^φ⁷ (2)

Die gedrückte Länge A'des Kantenbereichs ist:

K= V2R ΔΙι - zl/r'
= VlR Ab

(D

es gilt L = K - M <⁴>

Aus den Gleichungen (I), (2), O). (4) folgt

LZd =

/d (5)

Ό Beim Walzen von Knüppeln mit Polygonquerschnitt oder bei Anwendung von Kalibern anderer Form k:inn

man den Wert Lld In ähnlicher Welse erhalten.
Der Wert Ud kann aus den Größen R_n. d, b. h, M berechnet werden. Der Zusammenhang mit der Ungleich-

förmlgkeit der Wanddicke ist außerordentlich deutlich. Die Genauigkeit ist im Vergleich mit anderen Verfahren groß und lüßt sich leicht rechnerisch erfassen. Im Hinblick auf die Ursachen der Ungleichförmigkeit der Wanddicke kann man auch die Walzenanstellkrafi in Rechnung stellen. Doch die quantitative Auswertung dieser

Beziehung Ist schwierig.
Außerdem kann man die Beziehung mit der Walzengrelffläche In diesem Bereich berücksichtigen. Hierbei 1st

ein grundsätzlicher Fehler durch die Voraussetzungen der Berechnung dieser Fläche gegeben. Die Beziehung mit der Ungleichförmigkeit der Wanddicke Ist schlechter als mit Lld.
Die Variablen In der obigen Gleichung (5) sollen Im Hinblick auf praktische Erfordernisse in ucfi nächsieuen-

den Grenzen liegen:

2,5 S R₀Id S 8 (6)

0.7 ύ bid i 0,96 (7)

0,7 έ hid S 1,2 (8)

ü S /Vf £ d (9)

Die Ober- und Untergrenzen sind folgendermaßen bestimmt. Gleichung (6) gibt die Grenzen für den Walzendurchmcsser; die Uniergrenzc berücksichtigt den Abfall des Kallbordrucks und die Verringerung der Walzenfestlgkelt und die Obergrenzc berücksichtigt das Ansteigen des Drehmoments und der Walzengröße. Gleichung (7) bestimmt dk Breite des Knüppels, deren Untergrenze die Füllung des Kalibers und deren Obergrenze die nachteilige Auswirkung einer Überfüllu.ig berücksichtigt. Die Untergrenze der Gleichung (S) berücksichtigt die Füllung des Kalibers und die Obergrenze berücksichtigt den Kaliberwinkel, der nicht zu groß werden darf und nicht den Kaliberdruck beeinträchtigen darf. Die Untergrenze der Gleichung (9) gewährleistet, daß die Formung in der Walzebene abgeschlossen ist. Denn für M<0 setzt sich die Aufweitung des Innendurchmessers über die Walzenebene hinaus fort, was zu einer Vergrößerung der Ungleichförmigkeit der Wandstarke, zu einer Verschlechterung der Form der Außenfläche und zu einer Vergrößerung der Spaltrisse führt. Die Obergrenze der Gleichung (9) begrenzt die Kosten des Dornkopfes. Jeder Faktor wird im Rahmen der Gleichung (6>, (7), (S), (9) sowie der Gleichung (5) festgelegt. Je größer die Werte von R₀, b, h sind, umso größer wird der Wert Lld: je

«ο kleiner die Werte D. M sind, umso größer wird der Wert Lld.

Die Form des Dornkopfes Ist in den Flg. 1, 2 und 3 dargestellt. Jedoch kann man mit einer entsprechenden Form, etwa einer flachen Stirnfläche, eine gleiche Wirkung erzielen. Der Durchmesser des Vorioches beträgt beträgt 0,125 d.
Es ergibt sich keine Verschlechterung der Güte, des Rohres, wenn man LId = OAS wählt. Im Hinblick auf die

« Obergrenze von Lld ist ein Wert von etwa 0,4 unter Berücksichtigung der Auslegung und der Bemessung einer Locheinrichtung zweckmäßig. Ein Vorloch im Knüppel wird im Rahmen der Erfindung unnötig. Der gegenseitige Eingriff wird erleichtert. Nicht nur die Ungleichförmigkeit der Wanddicke In der Nähe des Stirnendes, sondern auch die Ungleichförmigkeit der Wanddicke im Mittelbereich der Rohres wird verbessert, da hierauf der Einfluß vom Stirnende zurückwirkt. Im Rahmen der Erfindung Ist unter Mehrkantknüppel ein Knüppel mit einem zumeist quadratischen Querschnitt zu verstehen. Doch auch abgerundete Kanten sind zulässig. Man kann auch geringe mgleichmäßigkeiten der Seitenflächen zulassen. Im Rahmen der Erfindung kann man eine ^vielzahl von angetriebenen oder nicht angetriebenen Führungsrollen auf der Einstoßseite der Lochmaschine vorsehen.
Als Ausführungsform der Erfindung ist die Lochung mit einem Walzendurchmesser von 420 mm, einem

^5ς Walzspalt von 4 mm, einem Kaliberdurchmesser von 94,1 mm und mit Werten L= 14 mm und Lld = 0,l5 sowie L = 28 mm und Z./r/ = 0,3 durchgeführt worden. Die Ungleichförmigkeit der Wanddicke beträgt 22% bzw. 12% gegenüber einer Unglelchförmigkeit der Wanddicke von 51% nach einem herkömmlichen Verfahren ohne Verlochung. Wenn man mehrere Walzenpaare oder einen polygonalen Querschnitt der Knüppel anwendet oder wenn man einen nichtmetallischen Werkstoff verarbeitet, kann man ähnliche Wirkungen erzielen.

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Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines zylindrischen Hohlkörpers aus einem rechteckigen, metallischen Knüppel durch Preßlochwalzen mit Rundkaliberwalzen, deren Achsen senkrecht zur Walzgutachse liegen, bei dem der warme Knüppel über einen über die Walzebene vorragenden DornKopf bei gleichzeitigem Walzen seiner Außenseite in den Rundkallbewalzen vorgeschoben wird und bei den zu Beginn des Walzvorganges der Knüppel mit seinem vorderen Stlrnbereich gegenüber dem Dorakopf zentriert wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Zentrierung die Walzen (4, 4") die Knüppelkanten (3-3) greifen, bevor der Dornkopf (7) mit dem Knüppel (3-1) In Eingriff gelangt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriff des Dornkopfes in Einern Abstand von der Walzebene von mehr als dem 0,15fachen des Außendurchmessers des Knüppels erfolgt.