DE3515834A1

DE3515834A1 - Verfahren und vorrichtung zum rohrziehen ueber stopfen

Info

Publication number: DE3515834A1
Application number: DE19853515834
Authority: DE
Inventors: Thiam Beng Singapur/Singapore Lim; Dennis Hugh Little Aston Sutton Coldfield West Midlands Sansome
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1984-05-02
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1985-11-07
Also published as: GB8411289D0; US4745787A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rohrziehen über Stopfen.

Das Rohrziehen über Stopfen von langgestreckten HaIbzeuqen mit Rohrquerschnitt stellt ein allgemein bekanntes industrielles Fertigungsverfahren dar. Charakteristisch für dieses Zielverfahren ist im wesentlichen, daß das Rohr gleichzeitig durch eine Düse, mit welcher die Außenwandfläche des Rohres zusammenwirkt, und über einen feststehenden Stopfen gezogen wird, der mit der Innenwandung des Rohres zusammenwirkt, so daß Außen- und Innenumfang des Querschnitts des gezogenen Rohres dem Düsenquerschnitt bzw. dem Stopfenquerschnitt entsprechen. Der Stopfen ist während des Ziehvorgangs feststehend angeordnet, beispielsweise mittels einer Stange, die an einem Ende am Stopfen befestigt ist und durch die Bohrung des noch ungezogenen Rohres hindurchverläuft und mit ihrem anderen Ende an einer feststehenden Haltekonstruktion verankert ist. Die Verwendung schwimmender Stopfen ist ebenfalls bekannt.

Diese schwimmenden Stopfen sind so ausgebildet, daß die Reibung zwischen ihnen und der Innenwandung des gezogenen

Rohre.s sie in die Düsenebene hineinzuziehen sucht und sie aufgrund ihrer Formgebung in dieser Position gehabten werden, ohne daß eine besondere Halterung dieser schwimmenden Stopfen während des Ziehvorgangs erforderlich ist,

Obwohl das Rohrziehen über Stopfen so allgemein bekannt ist, treten trotzdem immer noch Schwierigkeiten hinsichtlich der Schmierung an der Rohrinnenwandung auf. Das Auftreten hoher Reibung, des Hineinziehens des Stopfens und von quietschenden Geräuschen begleiteten Schwingungen aufgrund der Zusammenwirkung zwischen der Ronrinnenwandang und dem Stopfen mindern nicht nur die erreichbare Querschnittsverringerung pro Durchgang des Rohres durch das Ziehwerkzeug, sondern können auch zur Beschädigung sowohl des Rohres als auch des Stopfens führen* Im Falle rostfreien Stahls und einiger anderer LegierungswerKstoffe treten diese Probleme wegen der Neigung dieser Materialien zur schnellen Kaltverfestigung besonders stark in Erscheinung.

Eine der bestbekannten Methoden zur Schmierung an der Rohrinnenwandung besteht darin, die Rohrinnenwandung vor dem Ziehvorgang mit verschiedenen Gemischen zu überziehen, die Schmiermittel wie beispielsweise Seife oder öl, vermischt mit anderen Bestandteilen niedriger Scherfestigkeit enthalten, nämlich typischerweise Kalk, Phosphate, komplexe Oxalate oder Verbindungen von Zink, Kupfer oder Blei. Derartige Oberflächenüberzüge können jedoch teuer sein und außerdem Schwierigkeiten sowohl hinsichtlich des Aufbringens der Überzüge als auch hinsichtlich ihrer anschließenden Wiederentfernung mit sich bringen, und auch die beseitigung dieser Stoffe kann Probleme bereiten. Daher entstehen hohe Kosten. Zur Steigerung der Schmiermittelmenge, die zwischen die aufeinander reibenden Oberflächen von Rohr und Stopfen hineingelangt, sind auch schon an der Rohrinnenwandflache in regelmäßigen Abständen Taschen gebildet worden,

die vor dem Ziehvorgang mit Schmiermittel gefüllt werden. Solche Taschen werden beispielsweise durch Sandstrahlen der Bohrung des noch ungezogenen Rohres mit Grobsand oder durch Ätzen in einem Säurebad hergestellt. Auf diese Weise sind gelegentlich beträchtliche Verbesserungen der Schmierung erreicht worden, jedoch ist diese bekannte Möglichkeit verständlicherweise zeitraubend und teuer,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auf wirtschaftliche Weise eine bessere Schmierung zwischen Rohrinnenwandung und Stopfen zu schaffen, wobei insbesondere das Vorhandensein einer stets ausreichenden Schmiermittelmenge im Schmierspalt sichergestellt sein soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Eine diese Aufgabe lösende Vorrichtung zum Rohrziehen über Stopfen ist Gegenstand des Anspruchs 2, 20

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 3 bis 12 angegeben.

Die Erfindung bewirkt also eine neuartigere und einfächere Schmierung zwischen der Rohrinnenwandung und dem Stopfen, wobei dafür gesorgt wird, daß stets ein ausreichendes Schmiermittelvolumen sich in der Nähe des Schmierspalts zwischen dem sich bewegenden gezogenen Rohr und den Stopfen befindet und wobei die Relativbewegung zwischen Rohr und Stopfen dazu ausgenützt wird, den das Schmiermittel in den Schmierspalt pressenden Druck zu steigern.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigen?

Fig.

eine Ziehvorrichtung mit einem über einen herkömmlichen Stopfen zu ziehenden Rohr unmittelbar am Beginn des Ziehvorgangs,

Fig.

in ähnlicher Darstellung die Ziehvorrichtung mit dem gezogenen Rohr nach Beginn des Ziehvorgangs,

10

Fig.

eine Ziehvorrichtung mit. einem Stopfen nach der Erfindung und einem über den Stopfen zu. ziehenden Rohr unmittelbar am Beginn des Ziehvorgangs,

in ähnlicher Darstellung die Vorrichtung mit dem in näheren Einzelheiten dargestellten Stopfen während des ZiehVorgangs*

eine ähnliche Darstellung mit etwas abgewandeltem Stopfen,

die Fig. 6 bis

30 die Fig. 10 bis

jeweils in schemati schein Axialhalbschnitt weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stopfens der in Fig. 4 dargestellten grundsätzlichen Gestaltung,

ebenfalls jeweils in schematisehern Axialhalbschnitt abgewandelte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stopfens der in Fig. 5 gezeigten grundsatzlichen Gestaltung» und

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die Fig, 14 und 15 jeweils eine graphische Darstellung,

In Fig. 1 ist ein Rohr 1 dargestellt, das mittels angetriebener Backen 2 durch eine Düse 3 und über einen herkömmlichen Stopfen 4 gezogen werden soll, wobei die Darstellung den Zustand unmittelbar am Beginn des Ziehvorgangs zeigt. Zur Vorbereitung für den Ziehvorgang ist das vordere Ende des noch ungezogenen Teils 5 des Rohres 1 im Durchmesser reduziert worden, um einen Hals 6 zu bilden, der durch die Düse 3 hindurchgeführt und mittels der Backen ergriffen werden kann. Der Stopfen 4 besteht aus dem Stopfenkörper 7, der an einem Schaft 8 befestigt ist, der seinerseits an einer Haltestange 9 befestigt ist, die durch das ungezogene Rohr hindurchverläuft und aus dessen in Ziehrichtung hinterem Ende herausragt und an einer feststehenden Haltekonstruktion 11 verankert ist. Der Stopfenkörper 7 v/eist eine vordere Stirnfläche 12 und eine zylindrische Mantelfläche 13 auf, wobei zwischen diesen beiden Flächen eine scharfkantige 45 -Fase 14 gebildet ist. Es ist zwar bekannt, Schmiermittel während des Ziehvorgangs in den Schmierspalt zwischen dem Rohr und dem Stopfen auch auf andere Weise zuzuführen, beispielsweise durch kontinuierliches Zuführen eines flüssigen Schmiermittels in die Rohrbohrung durch das hintere Rohrende 10 hindurch, jedoch besteht eine typische Methode zur Zufuhr des Schmiermittels darin, die Innenwandfläche des Rohres mit einer dünnen Schicht 15 aus Fett, Seife oder dgl. zu überziehen, bevor der Ziehvorgang stattfindet. Im Augenblick des Beginns des Ziehvorgangs befinden sich die einzelnen Komponenten der Ziehvorrichtung und das Rohr in der in Fig. 1 dargestellten Relativposition, wobei die Innenwandung des sich verjüngenden Teils des Rohres gerade linienförmige Berührung mit der scharfen Kante zwischen der Fase 14 und der Mantelfläche 13 des Stopfens hat.

Wenn die Backen 2 mit dem Ziehen des Rohres oeginnen, wird der Stopfen schnell in die in Fig. 2 dargestellte Position in der Düse hineingezogen. Die reibungsbedingte Mitnahmewirkung, die das sich bewegende Rohr auf dem Stopfen 7 ausübt, bewirkt, daß die Haltestange 9, die in der Praxis sehr lang sein kann, sich etwas dehnt, so daß in dem sich nach Beginn des Ziehvorgangs einstellenden Beharrungszustand die vordere Stirnfläche 12 und die Fase des Stopfens axial hinterhalb des engsten Abschnittes der Düsenöffnung 16 liegen, derart, daß der Radialspalt zwischen der Stopfenmantelfläche 13 und der üüsenöffnung die Wanddicke 17 des gezogenen Rohres bestimmt.

Der Ziehvorgang erfordert, daß stets ein dünner, aber ununterbrochener SchmiermittelfiIm die ganze zylindrische Mantelfläche des Dornes 7 bedeckt, die mit der Rohrinnenwandung zusammenwirkt. Sollte dies nicht der Fall sein, führt dies zu hohen Ziehkräften und vielen anderen bekannten Nachteilen und Problemen. In der Praxis tragen die aufgebrachte Schmiermittelschicht 15 und die Mitnahmewirkung auf diese Schicht infolge der Bewegung des Rohres zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Schmiermittelfilms bei, aber diese Wirkung ist zufällig und unzuverlässig und findet, da das Schmiermittel unmittelbar stromauf des Berührungsbereiches zwischen Rohr und Stopfen nur dem Umgebungsdruck oder höchstens einem geringfügig höheren Druck ausgesetzt ist, keinerlei Unterstützung. Ein weiterer Nachteil der bis hierher beschriebenen bekannten Anordnung liegt in der linienförmigen Berührung zwischen Rohr und Stopfen unmittelbar am Beginn des Ziehvorgangs, die bereits erwähnt wurde und in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn dann der Ziehvorgang beginnt und die Stopfenanordnung sich in der schon beschriebenen Weise durch Dehnung der Haltestange verlängert, spannt sich die Innenwandung des Rohres manchmal um die ausgeprägte Kante des Stopfens

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herum und der dadurch entstehende hohe Druck führt zu einer innigen Metallberührung zwischen Rohr und Stopfen. Derartige starke Druckberührungen neigen dazu, unregelmäßige trockene Reibung zv/ischen den beiden aneinanderanliegenden Flächen zu erzeugen und steigern damit die Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen durch Fressen zwischen den beiden miteinander zusammenwirkenden Flächen von Rohr und Stopfen und möglicherweise zum Mitreißen des Stopfens. Sind solche Beschädigungen, beispielsweise durch Fressen an der Rohrinnenwandung, einmal eingetreten, haben sie die Neigung, sich über die gesamte Länge des gezogenen Rohres fortzusetzen, selbst dann, wenn der Beharrungszustand nach Fig. 2 erreicht worden ist, in welchem kein Kantendruck zwischen der scharfen Kante des Stopfens und der Rohrinnenwandung mehr vorhanden ist,

Zwei wichtige neue Merkmale des Stopfens einer erfindungsgemäßen Zielvorrichtung sind in Fig. 3 dargestellt. Grundsätzlich weist der Stopfen drei axiale Abschnitte auf, die in fester gegenseitiger axialer Beziehung axial hintereinander angeordnet sind. Der vordere Abschnitt 18 weist einen sanft konvex gekrümmten vorderen Mantelflächenbereich 22 auf, deren Krümmungsradius mit R angegeben ist, der in einer die Ziehachse 2 3 enthaltenden Ebene mindestens im gleichen Größenbereich wie der Durchmesser des ungezogenen Rohres und vorzugsweise größer als dieser ist. Die bei dem herkömmlichen Stopfenkörper (Fig. 1) nur linienförmige Berührung zwischen Rohrinnenwandung und Stopfen am Beginn des Ziehvorgangs ist bei dem erfindungsgemäßen Stopfen (Fig. 3) also durch einen größeren Berührungsbereich ersetzt, wodurch die Größe der mechanischen Berührungsspannung zwischen Rohr und Stopfen am Anfang des Ziehvorgangs, während das Rohr sich um den vorderen Stopfenabschnitt 18 herumlegt, wesentlich verringert ist. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit des

Auftretens von Freßerscheinungen oder dgl. wesentlich herabgesetzt und außerdem eine gleichmäßige Anlage zwischen Rohrinnenwandung und Stopfen begünstigt, was aus den nachstehend nocn erläuterten Gründen wichtig ist»

Der mittlere Abschnitt 20, in welchen die. Mantelfläche 22 des vorderen Abschnitts 18 kontinuierlich übergeht, weist eine achsparallele Mantelfläche 21 auf. Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, wirkt diese Mantelfläche 21 während des Ziehvorgangs mit der Innenwandung 17 des gezogenen Rohres zusammen und bestimmt damit den Lichtquerschnitt des gezogenen Rohres,

Ein weiterer Unterschied zwischen dem Stopfen nach Fig. 3 und dem Stopfen nach Fig. 1 liegt darin, daß bei dem erfindungsgemäßen Stopfen nach Fig. 3 hinterhalb der beiden schon beschriebenen vorderen und mittleren Abschnitte und 20 anstelle des Schaftes 8 bei dem herkömmlichen Stopfen nach Fig. 1 noch ein hinterer Abschnitt 24 voryesehen ist, der auch der Befestigung des Stopfens an der ilaltestange dient. Während bei dem herkömmlichen Stopfen nach Fig, 1 der radiale Zwischenraum zwischen dem Schaft und der Innenwandung des ungezogenen Rohres exne beträchtliche Größe hat, nämlich noch größer als der radiale Zwischenraum zwischen der Innenwandung des ungezogenen Rohres und dem Stopfenkörper 7 ist, ist bei dem erfindungsgemäßen Stopfen der Raaialspalt 26 zwischen dem hinteren Stopfenabschnitt und der Rohrinnenwandung klein. Der vorderhaLb des hinteren Stopfenabschnitts 24 liegende Ringraum 25 zwischen der Rohrinnenwandung, der Mantelwand 21 des mittleren Abschnitts 20 und dem vorderen Ende des hinteren Abschnitts stellt somit einen fast geschlossenen Ringraum dar, der an seinem vorderen Ende durch axe Berührung zwischen der Mantelfläche 22 des vorderen Abschnitts 18 und der Rohrinnenwandun9 praktisch abgeschlossen ist. una an seinem hinteren Ende nur über einen ziemlich engen Radialspalt

beträchtlicher axialer Länge mit dem Umgebungsdruck Verbindung hat.

Wenn der Ziehvorgang nun beginnt und eine Relativbewegung zwischen dem Stopfen und dem Rohr stattfindet, entfaltet diese Relativbewegung eine beträchtliche hydrodynamische Wirkung derart» daß Schmiermittel 15 durch den Ringspalt 26 in den Ringraum 25 hineingezogen wird, wobei dieses Hineinziehen von Schmiermittel in den Ringraum 25 leichter erfolgt als das Austreten des Schmiermittels aus diesem Ringraum nach vorne, das durch die ziemliche gute Abdichtung zwischen der Rohrinnenwandung und der sanft gekrümmten Mantelfläche 22 gebremst wird. Infolgedessen ergibt isch ein Ansteigen des Schmierraitteldruckes innerhalb des Ringraums 25 auf einen über dem Umgebungsdruck liegenden Wert. Dadurch wird die Kraft gesteigert, mit welcher das Schmiermittel in den Schraierspalt hineingedrückt wird, und auf diese Weise wird die Bildung eines dünnen, aber kontinuierlichen Schmiermittelfilr.is zwischen der Rohrinnenwandung und dem Stopfen gefördert. Diese verbesserte Schmierung, die insbesondere während der Anfangsphase des Ziehvorgangs vorteilhaft ist, bleibt aufrechterhalten, wenn der in die Fig, 4 und 5 dargestellte stetige Zustand des Ziehvorgangs erreicht ist, in welchem die gewölbte Nase 22 des vorderen Stopfenabschnitts 18 keine Berührung mehr mit der Rohrinnenwandung hat und die Wanddicke 17 des gezogenen Rohres, ebenso wie bei dem herkömmlichen Stopfen nach den Fig. 1 und 2, durch den Radialspalt zwischen der Mantelfläche 21 des mittleren Stopfenabschnitts 20 und der Düsenwandung 16 der Düse bestimmt wird.

Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Stopfens mehr im einzelnen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist eine Schraubgewindeverbindung 30 zwischen dem mittleren Stopfenabschnitt 20 und

dem hinteren Abschnitt 24 vorgesehen, wobei der hintere Stopfenabschnitt, ebenso wie bei der Darstellung nach Fig. 3, eine achsparallele Mantelfläche hat und seinerseits mittels einer Schraubgewindeverbindung 31 mit der Haltestange 9 verbunden ist. Der hintere Abschnitt 32 des Stopfens bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist ir? gleichartiger Weise mit dem mittleren Stopfenabschnitt und mit der Haltestange 9 verbunden, hat aber in seinem hinteren Teil eine sich konisch verjüngende Form, so daß der Radialspalt zwischen dem hinteren Stopfenabschnitt und der Innenwandung des ungezogenen Rohres an seiner? vorderen Ende kleiner als an seinem hinteren Ende ist. Bei beiden Ausführungsformen nach den Fig, 4 und 5 sind ebenso wie auch in Fig. 3 und den nachstehend noch beschriebenen weiteren Figuren der vordere Abschnitt 18 und der mittlere Abschnitt 20 einteilig miteinander ausgebildet, obwohl es natürlich auch möglich ist, diese beiden Abschnitte als gesonderte Bauteile auszubilden* aber srarr miteinander zu verbinden.

Der Schmiermitteldruck, der innerhalb des Ringraums und an der Stopfen/Rohrinnenwandungs-Berührungsflache durch hydrodynamische Wirkung erzeugt werden kann, also die Größe der durch die Relativbewegung zwischen Stopfen und Rohr auf das Schmiermittel erzeugten Einwirkung, steht in direktem Zusammenhang mit der Länge des hinteren Stopfenabschnitts 24 bzw. 32, der Ziehgeschwindigkeit bzw. der Vorschubgeschwindigkeit des ungezogenen Rohres, und der Viskosität des Schmiermittels, und steht in umgekehrter Beziehung mit der Größe des Radialspalts zwischen dem hinteren Stopfenabschnitt und der Innenwandung des ungezogenen Rohres. Aus industrieller Sicht ist es wünschenswert, einen möglichst hohen Schmiermitteldruck zu haben, da dann die Reibung an der Stopfen/Rohrinnenwandungs-Berührungsfläche am niedrigsten ist. Andererseits ist es aber auch wünschenswert, einen möglichst kurzen hinteren

Stopfenabschnitt zu verwenden, der einen möglichst großen Radialspalt mit der Rohrinnenwandung bildet, um mit dem Einsetzen des Stopfens in das Rohr vor dem Ziehen und mit der Aufrechterhaltung einer genauen Ausrichtung während des Ziehvorgangs verbundene praktische Schwierigkeiten minimal zu halten. Eine Steigerung der Ziehgeschwindigkeit und/oder der Viskosität des Schmiermittels ermöglicht eine Verkürzung der Länge des hinteren Stopfenabschnitts und eine Vergrößerung des genannten Radialspalts. In der Praxis erfordert also die Konstruktion und Auslegung des hinteren Stopfenabschnitts einen Kompromiß unter Berücksichtigung dieser Faktoren, und in den Fig. 6 bis 9 und 10 bis 13 sind einige praktische Möglichkeiten zum Erhalt eines solchen Kompromisses dargestellt. Die Fig. 6 bis 9 zeigen Gestaltungsrcöglichkeiten des hinteren Stopfenabschnitts 24 mit achsparalleler Mantelfläche, die alle bei vergleichbaren Einsatzbedingungen etwa gleiche Druckverhältnisse im Ringraum 25 erzeugen, also bei Verwendung gleichen Schmiermittels und gleicher Ziehgeschwindigkeit U und gleicher übriger relevanter Parameter.

In Fig. 6 sind die axiale Länge 1~ und der Radialspalt h~ zwischen dem hinteren Stopfenabschnitt und der Rohrinnenwandung beide verhältnismäßig groß, und in Fig.

sind diese beiden Größen beide verhältnismäßig klein.

Die Gestaltungsinöglichkeiten nach den Fig, 7 und 8 liegen zwischen diesen beiden Extremen, und hierbei ist der hintere Stopfenabschnitt jeweils abgestuft und v/eist einen vorderen Bereich 33 mit verhältnismäßig kleinem Radialspalt h„ zur Rohrinnenwandung (in der Größenordnung des Radialspalts in Fig. 9) und einen demgegenüber abgestuften hinteren Bereich mit einem relativ großen Radialspalt h, (in der Größenordnung des Radialspalts in Fig. 6) auf. In Fig. 1 beträgt das Verhältnis zwischen den beiden axialen Längen

und 1- der beiden Abstufungsbereiche 33 und 34 weniger als Eins, wohingegen in Fig. 8 dieses Längenverhältnis größer

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als Eins und die Gesamtlänge des hinteren Stopfenabschnxtts kleiner als in Fig. 7, aber größer als in Fig. 9 ist.

In den Fig. 10 bis 13 weist der hintere Stopfenabschnitt 32 ebenso wie in Fig. 5 einen sich verjüngenden hinteren Teil auf. In Fig. 10 erstreckt sich diese Verjüngung über die gesamte axiale Länge des hinteren Stopfenabschnitts, wobei der Radialspalt zwischen dem hinteren Stopfenabschnitt und der Rohrinnenwandung des ungezogenen Rohres am hintersten Ende am größten (h.j) und am vorderen Ende 35, welches die hintere Begrenzung des Ringraums 2 darstellt, am kleinsten (h₂) ist. Der hintere Stopfenabschnitt nach Fig. 11 ist axial kürzer, da er zwei Bereiche aufweist, von denen der vordere Bereich 36 eine achsparallele Mantelfläche und eine axiale Länge 1 sowie einen Radialspalt h₂ aufweist, während der hintere Bereich eine axiale Länge I₁ hat, sich konisch verjüngt und an seinem hinteren Ende einen Radialspalt h.. bildet. Der hintere Stopfenabschnitt nach Fig. 12 ist noch kürzer, weil das Verhältnis der Längen I₂ und 1 der beiden Bereiche 36 und 37 nunmehr annähernd Eins anstatt weniger als Eins wie in Fig. 11 ist. Viie ersichtlich ist, ist bei der in Fig. 13 dargestellten äußersten und kürzestens Gestaltungsmöglichkeit nur ein Bereich 36 der Länge 1„ mit achsparalleler Mantelfläche und einem Radialspalt h_ vorgesehen und stellt damit die gleiche Gestaltungsform wie im Extremfall der schon beschriebenen abgestuften Gestaltungsformen mit rein achsparalleler Mantelfläche und ohne Abstufung gemäß Fig. 9 dar.

Die am Beginn des Ziehvorgangs aufgrund der geschoßartigen Gestaltung des vorderen Endes des erfindungsgemäßen Stopfens (durch den vorderen Abschnitt 18 mit sanft gekrümmter Mantelfläche 22) gegebene verbesserte Schmierung, wie sie oben schon beschrieben worden ist, ergibt sich aus Fig, 15, die sich auf einen erfindungsgenäßen Stopfen

bezieht, im Vergleich zu Fig. 14, die sich auf einen herkömmlichen Stopfen bezieht, wie er beisoielsweise in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Diese beiden graphischen Darstellungen stellen jeweils die ersten wenigen Augenblicke des Ziehvorgangs dar, in welcher ein Rohr aus AISI austenitischem rostfreien Stahl bei einer Ziehgeschwindigkeit von 15 Fuß/Minute (4,5 m/min) von einem anfänglichen Außendurchmesser von 21 mm und einer anfänglichen Wandstärke von 2,35 mm auf einen Außendurchmesser von 17,5 mm und eine Wandstärke von 1,98 mm gezogen wurde. Die Stopfenkraft ist die in Ziehrichtung wirkende Kraft auf den Stopfen, welche die Haltestange aus ihrer Verankerung bei 11 wegzuziehen sucht, und stellt ein Maß für die Reibung im Stopfen/Rohr-Berührungsbereich dar, da es sich hierbei um die einzige auf den Stopfen wirkende xixialkraft handelt. Die Wirkung des unter Druck stehenden Schmiermittels im Ringraum 25 im Sinne einer Verringerung der Anfangsreibung zwischen Stopfen und Rohr tritt durch die Vertiefung 38 in der Stopfenkraft-Verlaufskurve bei Beginn des Ziehvorgangs bei Vervrendung eines Stopfens nach der Erfindung deutlich in Erscheinung. Während die Größe der Stopfenkraft im stetigen Zustand des Ziehvorgangs sowohl in Fig. 14 als auch in Fig. 15 in gleichen Größenbereich liegt, weist die Kurve nach Fig. 14 nichts mit der Vertiefung 38 der Kurve nach Fig. am Beginn des Ziehvorgangs Vergleichbares auf.

Was dem stetigen Zustand während des Ziehvorgangs betrifft, nachdem die sanft gewölbte Mantelfläche 22 keine Berührung mehr mit der Rohrinnenwandung hat, so zeigt eine Analyse, da/? bei einem hinteren Stopfenabschnitt iait achsparalleler Mantelfläche nach den Fig. 6, 9 und der in Ringraum 25 erzeugte Druck P durch die folgende Gleichung gegeben ist:

1? ·

worin zusätzlich zu dem bereits erläuterter. Größen die folgenden Größen enthalten sind:

10

ist ein Viskositäts-Druck-Koeffizient,

η ist die dynamische Viskosität des Schmiermittels bei Atmosphärendruck,

15

ζ ist das Verhältnis der Bohrungsradien des Rohres vo: und nach dem Ziehvorgang, und

20

h. ist die Dicke des Schmiermittelfilms zwischen der Mantelfläche 21 des mittleren Stopfenabschnitns 20 und der Innenwandung des gezogenen Rohres in deren Berührungsbereich«,

Bei einem über seine gesamte axiale Länge sich konisch verjüngenden hinteren Stopfenabschnitt, wie er beispielsweise in Fig. 10 dargestellt ist, ist der entsprechende Druck P durch die folgende Gleichung gegeben:

30

(Z

worin zusätzlich zu dein bereits definierten Größen folgende Größen enthalten sind;

k = ((h1/h2) - 1), also der Winkel der Verjüngung der Mantelfläche.

Bei einem rein abgestuften hinteren Stopfenabschnitt, wie er beispielsweise in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, lautet die entsprechende Gleichung:

Für die in den Fig, 11 und 12 dargestellen Gestaltungsmöglichkeiten des hinteren Stopfenabschnitts mit einem vorderen Bereich der Länge I₂ und achsparalleler Mantelfläche und einen hinteren, sich verjüngenden Bereich der axialen Länge 1- lautet die entsprechende Gleichung?

20 f

-J

(Z+k)

(ff)

Aus den angegebenen Beispielen wird deutlich, daß in der Praxis die gesamte axiale Länge des hinteren Stopfenabschnitts, also, je nach Ausführungsbeispiel,, die Länge I₂ bzw, die Länge I₁ ⁺ J-₂' beträchtlich sein muß* Typischerweise liegt diese Länge im Grö ßenor dnungs bereich vorn fünf- oder mehrfachen des Innendurchmesser des ungezogenen Rohres. Es ist auch deutlich, daß die feste Geometrie des

vorderen, mittleren und hinteren Abschnitts des Stopfen nicht nur eine einfache und billige Konstruktion ergibt, sondern auch Form und Größe des wichtigen Rinqrauns 2 5 besser konstant und vorhersagbar werden läßt, woraus sich 5 offenstichtliche Vorteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit und Bestirambarkeit der Druckverhältnisse in diesem Ringraum und hinsichtlich der Eeherrschbarkeit des Ziehvorgangs im ganzen ergeben.

Die erfindungsgemäße Konstruktion, aufgrund derer sich ein höherer Schmiermitteldruck im Ringraum 25 unmittelbar am Anfang des Berührungsbereiches zwischen Stopfen und Rohrinnenwandung einstellt, ist nxcht nur dann von Nutzen, wenn es sich bei dem Schmiermittel um Seife oder Fett handelt, das vor dem Ziehen als Oberflächenbelag auf die Rohrinnenwandung aufgebracht worden ist, sondern auch dann, wenn das Schmiermittel auf andere Weise zugeführt wird, beispielsweise durch Schwerkraftwirkung oder unter einen Förderdruck durch das offene Ende des ungezogenen Rohres eingeleitet wird* Zusätzlich zu den bereits erläuterten Vorteilen haben Versuche auch gezeigt, daß bei einem gegebenen Ziehvorgang die erforderliche mechanische Ziehspannung geringer ist. Es sollte aber auch berücksichtigt werden, daß eine weitere Folge der Anwendung der Erfindung zur Steigerung des Wertes von h₄, also der ölfilmdicke im Berührungsbereich, über den Normalwert darin liegt, dai3 die Oberfläche der Innenwandung des gezogenen Rohres zwar einen annehmbarer, Glanz hat, manchmal jedoch ein etwas stumpferes Aussehen als beim herkömmlichen Ziehen über Stopfen hat, bei welchem der Wert von h₄ kleiner ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Rohrziehen über Stopfen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stopfen mit einem vorderen Abschnitt mit sanft konvex gekrümmter Mantelfläche, einem mittlerem Abschnitt mit achsparalleler, sich kontinuierlich an die Mantelfläche des vorderen Abschnitts anschließender Mantelfläche und einem hinteren Abschnitt beträchtlicher axialer Länge verwendet wird, dessen maximaler Querschnitt wesentlich größer als der Querschnitt des mittleren Abschnitts, aber etwas kleiner als der Lichtquerschnitt des ungezogenen Rohres ist, und daß während des Ziehvorgangs Schmiermittel in die Bohrung des ungezogenen Rohres zugeführt wird, wobei das Schmiermittel durch die Relativbewegung zwischen Rohr und Stopfen beim Ziehvorgang durch den Ringspalt zwischen dem ungezogenen Rohr und dem hinteren Stopfenabschnitt in den Ringraum zwischen der Rohrinnenwandung, dem mittlerem Stopfenabschnitt und dem vorderen Ende des hinteren Stopfenabschnitts hineingezogen und in diesem Ringraum wegen der durch die Relativbewegung zwischen Rohr und Stopfen bedingten hydrodynamischen Wirkung auf einem höheren Druck als dem Umgebungsdruck gehalten wird.

2. Stopfen für das Rohrziehen über Stopfen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen aufweist:

a) einen vorderen Abschnitt (18) mit sanft konvex

gekrümmter Mantelfläche (22), die am Beginn des Ziehvorgangs mit der Rohrinnenwandung zusammenwirkt,

b) einen mittleren Abschnitt (20) mit achsparalleler Mantelfläche (21), die sich kontinuierlich an die Mantelfläche (22) des vorderen Abschnitts (18) anschließt, wobei der Querschnitt des mittleren Abschnitts (20) dem Lichtquerschnitt des gezogenen Rohres entspricht und die Mantelfläche (21) des mittleren Abschnitts beim Ziehvorgang mit der Rohrinnenwandung zusammenwirkt, und

c) einen hinteren Abschnitt (24) beträchtlicher axialer Länge, dessen maximaler Querschnitt wesentlich größer als der Querschnitt des mittleren Abschnitts (20), jedoch etwas kleiner als der Lichtquerschnitt des ungezogenen Rohres ist, so daß ein axial langer Ringspalt (26) zwischen diesem hinteren Abschnitt (24) und dem ungezogenen Rohr verbleibt.

3. Stopfen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Stopfenabschnitte (18, 20, 24) zusammen einen einstückigen Stopfenkörper bilden.

4. Stopfen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den drei Stopfenabschnitten (18, 20, 24) mindestens zwei Abschnitte als gesonderte Bauteile ausgebildet, jedoch fest miteinander verbunden bzw. verbindbar sind.

5. Stopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt (24) eine achsparallele Mantelfläche hat.

6. Stopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt (24) eine abgestufte Form hat.

7. Stopfen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt (24) einen zu seinem hinteren Ende stufenförmig kleiner werdenden Querschnitt hat.

8. Stopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt (24) sich zu seinem hinteren Ende hin konisch verjüngt.

9. Stopfen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt (24) einen vorderen Bereich mit achsparalleler Mantelfläche und einen hinteren, sich verjüngenden Bereich aufweist,

10. Stopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er an einer Haltestange (9) befestigt bzw. befestigbar ist, die ihn während des Ziehvorgangs axial festlegt.

11. Stopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (18) eine geschoßartig geformte Spitze hat.

12. Stopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Mantelfläche (22) des vorderen Abschnitts (18) in einer die Ziehachse enthaltenden Ebene groß gegenüber dem Innendurchmesser des gezogenen Rohres ist_o