DE4333284C2 - Verfahren zum Herstellen eines Hohlblockes aus Metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlblockes aus Metall gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Bei der Herstellung nahtloser Rohre beispielsweise nach dem Rohrkontiverfahren wird in einer ersten Umformstufe aus dem auf Umformtemperatur erwärmten Block mittels Schrägwalzverfahren ein Hohlblock gewalzt. Allen für das Lochen angewandten Schrägwalzverfahren ist gemeinsam, daß die Achsen zweier gleichsinnig drehender Walzen eine Neigung zur Walzgutachse haben und im Walzspaltbereich ein Innenwerkzeug angeordnet ist. Dieses Innenwerkzeug besteht aus einem auf einer Stange aufgesteckten oder mit einer Stange verbundenen Lochdorn, dessen Oberfläche hinsichtlich Verschleiß und Temperaturbeständigkeit besonders behandelt ist. In vielen Anwendungsfällen wird die Stange am anderen freien Ende in einem axial verschiebbaren Widerlager gehalten.

Für eine reproduzierbare und stabile Fertigung ist es notwendig, daß der Durchmesser und die Wanddicke des Hohlblockes innerhalb eines Fertigungsloses möglichst wenig von den vorgegebenen Sollwerten abweichen. Weiterhin ist es notwendig, innenfehlerfreie Hohlblöcke im Hinblick auf die Qualität der Innenoberfläche der fertigen Rohre zu walzen. Der Walzspalt und damit die Wanddicke lassen sich beim Schrägwalzen innerhalb des Arbeitsfeldes beliebig einstellen. Vereinfacht ausgedrückt besteht die Form der Walzen aus einem Doppelkegel und die Form des Lochdornes aus einem Kegelstumpf. Dadurch kann wie in Fig. 1 gezeigt, ein größerer oder kleinerer Walzenabstand durch Verfahren des Lochdornes in Richtung Walzwerkeinlaufseite bzw. in Gegenrichtung so ausgeglichen werden, daß sich immer der gleiche Walzspalt einstellt.

Die damit entstehenden unterschiedlichen Stellungen des Lochdornes beeinflussen jedoch den Durchmesser des Hohlblockes und die Innenfehlerrate. Da der erwärmte Block einen vorgegebenen Durchmesser aufweist, bewirkt das Auffahren der Walzen in Kombination mit dem axialen Verfahren des Lochdornes in Richtung Einlaufseite, daß die Strecke zwischen erster Blockberührung mit den Walzen und der Lochdornspitze kleiner wird. Diese Strecke wird freie Einzugslänge genannt. Beim Verfahren von Walze und Lochdorn in die jeweils umgekehrte Richtung wird die freie Einzugslänge größer. Diese Strecke dient dazu, die Kraft aufzubringen, um den drehenden Block über den Lochdorn zu schieben. Ist die Strecke zu klein, dann reicht die Kraft nicht aus, der Block bleibt stehen.

Durch die systembedingte schraubenlinienförmige Bewegung des Blockes wird das Innere des Blockes auf dieser Strecke wechselnden Spannungsbelastungen ausgesetzt. Unter den Walzen steht der Kern unter Druck, um 90 Grad gedreht dazu jedoch unter Zug. Diese wechselnde Beanspruchung wird als Friemeln bezeichnet. Zu starkes Friemeln führt zu Aufreißungen des Kerns und damit zu Innenfehlern.

Gegenüber der Soll-Einstellung bewirkt demnach ein Verschieben des Lochdornes in Richtung Auslaufseite bedingt durch die größere Einzugslänge und das damit verbundene Friemeln möglicherweise Innenfehler, der Durchmesser des Hohlblockes wird größer, die Gefahr von Anwalzproblemen nimmt ab. Für die Gegenrichtung ergeben sich die umgekehrten Effekte, also mehr Sicherheit gegen Innenfehler, ein kleinerer Hohlblock-Durchmesser, die Gefahr von Anwalzproblemen wächst.

Dadurch, daß der Lochdorn durch den Walzdruck und die Temperatur der Blöcke extremen Belastungen ausgesetzt ist, ist es bei Hochleistungsschrägwalzwerken notwendig von Stich zu Stich den Lochdorn zu wechseln. Dies geschieht dadurch, daß entweder nur der Lochdorn gewechselt wird und die Lochdornstange bleibt die selbe. Eine andere Möglichkeit ist, daß sich mehrere Stangen, die jeweils fest mit einem Lochdorn verbunden sind, in Umlauf befinden, also Lochdorn mit Stange zusammen von Stich zu Stich wechseln. Fest ist die Verbindung Lochdorn-Lochdornstange nur in axialer Richtung. Ansonsten kann sich der Lochdorn frei auf der ihn aufnehmenden Stangenspitze drehen. Die letztgenannte Möglichkeit ist Gegenstand der Erfindung. Die jahrelangen Beobachtungen haben nun gezeigt, daß nach etwa zwei bis drei Stichen, bei denen sich auf dem Lochdorn eine sogenannte Kappe bildet, die Länge des Lochdornes selbst nahezu konstant bleibt. Was sich verändert ist aber die Länge der den Lochdorn tragenden Stange. Dies hängt damit zusammen, daß an der Anschlagfläche zwischen Lochdorn und Stange Verschleiß auftritt, da der Werkstoff des Lochdornes wesentlich härter ist als der der Stange. Die andere Verschleißstelle betrifft die Lagerung der Stange im Widerlager. Hinzu kommen die herstellbedingten individuellen Längenabweichungen in der Stangenlänge, die bei Längen um 10 m bereits mehrere Millimeter betragen können. Das Problem besteht nun darin,daß der Verschleiß nur ganz langsam fortschreitet und der Zeitpunkt nicht genau feststellbar ist, ab der wievielten Walzung die Verschleißrate in Verbindung mit der herstellbedingten Längenabweichung so hoch ist, daß die sich daraus ergebende Längenänderung zu einer unzulässigen Änderung der Positionierung des Lochdornes im Walzspalt führt.

Ein Verfahren zur Einstellung der Lage des Lochdorns ist aus der gattungsbildenden DE 30 03 053 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird beim Austritt des Rohres aus dem Walzspalt der Außendurchmesser und die Wanddicke des Rohres gemessen und die Walzenstellung bestimmt. Die Einstellung der Lage des Dornkopfes in bezug auf den Walzspalt wird in Abhängigkeit vom gemessenen Außendurchmesser und der Wanddicke bei Beibehaltung der Walzenstellung nach einem Vergleich mit vorgegebenen Sollwerten eingestellt. Zur Überprüfung der Lage dem Dornes im Walzspalt wird die Längenänderung der Stange unter Last durch einen in der Dornstange befindlichen gekühlten Meßstab im Vergleich zu einem Meßgerüst oder innerhalb des Widerlagers gemessen. Die während des Walzvorganges auftretenden Lageänderungen des Dornes werden erfaßt und durch Verfahren der Widerlagerhalterung korrigiert. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Lageänderung des Dornes aufgrund einer Nullpunktsverschiebung unter Last vorgenommen wird ohne vorher den Nullpunkt, d. h. die eigentliche Stangenlänge zu kennen.

aus der JP 61-3608 A ist bereits bekannt, den Durchmesser, die Wanddicke und den Streckgrad der gewalzten Hohlblöcke zu messen, die Meßwerte den umlaufenden Innenwerkzeugen (Lochdorn mit Stange) individuell zuzuordnen und daraus Einstellungskorrekturen abzuleiten. Diese Methode hat den Nachteil, daß Durchmesserkorrekturen immer eine Stellungskorrektur des Lochdornes bewirken, was im Hinblick auf den eingangs beschriebenen Zusammenhang Rückwirkungen auf die Innenfehlergefahr sowie die Anwalzsicherheit hat. Wird nur die Wanddicke ausgeregelt bleibt der Nachteil, daß im Grund die Information fehlt, wo der Lochdorn mit seiner Spitze genau steht und ob diese Stellung der Soll-Stellung entspricht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen eines Hohlblockes aus Metall mittels Schrägwalzen anzugeben, bei dem unabhängig von den Betriebsbedingungen reproduzierbar die vorgegebenen Soll-Abmessungen und eine fehlerfreie Innenoberfläche einhaltbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet.

Da das Innenwerkzeug vor dem Einlegen in die Walzlinie eine definierte Position haben muß, geschieht dies vorteilhaft bei diesem Positionieren mittels eines geeigneten Wegmeßsystems für den Positionierzylinder, welcher das Innenwerkzeug gegen einen Anschlag positioniert. Über die jetzt individuell bekannte Länge des Innenwerkzeuges kann das Widerlager individuell so verfahren werden, daß die Spitze des Lochdornes bei allen in Umlauf befindlichen Innenwerkzeugen immer die gleiche Position im Walzwerk hat. Im Regelfall wird dies der Soll-Position entsprechen. Sind Abweichungen im Durchmesser vorhanden, die eine Korrektur erforderlich machen, dann werden alle Innenwerkzeuge um den gleichen Betrag in ihrer Stellung vom Soll-Wert abweichen. Der Wanddickenabgleich wird dann grundsätzlich durch die individuelle Korrektur der Walzenanstellung gemacht, wobei diese Korrekturen durch den anfänglich, genannten geringen Verschleiß der Lochdorne in ihren individuellen Unterschieden klein ausfallen.

Anhand eines fiktiven Beispieles und einer Übersichtsskizze (Fig. 1, 2) wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Gewalzt werden soll aus einem Stahlblock der Abmessung 175 mm aus einem unlegierten Kohlenstoffstahl beispielsweise S35 ein Hohlblock mit der Abmessung 178×11,0 mm. Dazu wird ein Schrägwalzwerk der üblichen Bauart mit einer in einem axial verfahrbaren Widerlager festgehaltenen Lochdornstange verwendet, die einen Durchmesser von 135 mm und eine Ausgangslänge von 11,0 m aufweist. Bei diesem Beispiel befinden sich 15 Stangen im Umlaufverfahren. Der mit der Stange verbundene Lochdorn ist konventionell kegelstumpfförmig mit einer Gesamtlänge von 350 mm, die sich nach den ersten Walzungen auf etwa 349 mm verkürzt. Nach weiteren Walzungen ist der Verschleiß der Stange an den beiden zuvor genannten Anschlagflächen, d. h. am Lochdorn und am Widerlager erheblich und beträgt zusammen mit der herstellbedingten Längenabweichung der Stange von 4 mm ca. 7 mm. Damit weicht die Länge des Systems Stange plus Lochdorn um minus 8 mm vom Soll-Maß ab. Werden die übrigen den Hohlblock beeinflussenden Parameter einmal außer achte gelassen, dann muß aufgrund dieses Meßwertes das vermessene nunmehr zum Einsatz kommende Innenwerkzeug = Stange mit Lochdorn um 8 mm nach vorne geschoben werden. Dieser Verschub kann überlagert werden, falls infolge einer unzulässigen Durchmesserabweichung eine Korrektur der Position des Innenwerkzeuges erforderlich ist.

Fig. 1 zeigt in einer Längsansicht die wesentlichen Elemente eines Schrägwalzwerkes zum Herstellen eines Hohlblockes. Es besteht aus zwei gleichsinnig drehenden Walzen 1, 2, die die Form eines Doppelkegels aufweisen. Das Innenwerkzeug besteht aus einem auf einer Stange 6 aufgesteckten oder mit einer Stange 6 verbundenen Lochdorn 7.

Der die Abmessung und die Oberflächenqualität des zu walzenden Hohlblockes (hier nicht dargestellt) beeinflussende Walzspalt 8 ergibt sich aus dem Abstand 9 der beiden Walzen 1, 2 zueinander und der axialen Stellung des Lochdornes 7 in bezug auf die beiden Walzen 1, 2. Die sich ergebenden Probleme einer vom Idealzustand abweichenden axialen Stellung des Lochdornes 7 ist in der Beschreibungseinleitung ausführlich erörtert worden, so daß sich eine Wiederholung erübrigt. Zum besseren Verständnis ist mit einem Pfeil die Walzrichtung 10 angegeben.

Fig. 2 zeigt in Ergänzung zu Fig. 1 ebenfalls in einer Längsansicht die Einzelheiten der Befestigung der Stange 6, wobei die Größenverhältnisse in bezug auf die Walzen 1, 2 stark übertrieben sind. Die Stange 6 stützt sich am rückwärtigen Ende in einem verschiebbaren Widerlager 11 ab. Für den Fall, daß der Lochdorn 7 aufgesteckt ist, ergeben sich zwei Verschleißstellen 12, 13 für die Stange 6. im Falle eines mit der Stange 6 fest verbundenen Lochdornes 7, ergibt sich nur eine Verschleißstelle 13. Die die axiale Stellung des Lochdornes 7 im Walzbereich bestimmende Systemlänge 14 wird gerechnet von der Lochdornspitze 15 bis zum Anschlag 13 im Widerlager 11. Diese Systemlange 14 ist abhängig von der individuellen Länge des Lochdornes 7 und der Stange 6 sowie dem Grad des Verschleißes 12, 13. Um davon unabhängig eine reproduzierbare Positionierung des Lochdornes 7 im Walzbereich zu erreichen, ist das axial verfahrbare Widerlager 11 mit einem Positionierzylinder 16 verbunden. Dieser Zylinder 16 wird zum einen genutzt, um das Innenwerkzeug soweit aus dem Walzbereich zu verfahren, damit die Stange 6 gewechselt werden kann und zum anderen, um die Systemlänge konstant einzustellen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen eines Hohlblockes aus Metall ausgehend von einem auf Umformtemperatur erwärmten Block, der mittels Schrägwalzverfahren bei in einem Widerlager festgehaltenem aus Lochdorn und Stange bestehenden Innenwerkzeug gelocht wird und bei dem die wesentlichen Walzparameter - Anstellung der Walzen, Lochdornposition im Walzspalt - entsprechend dem Ergebnis der Messung des Durchmessers und der Wanddicke des gewalzten Hohlblockes eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren im Umlauf sich befindenden Innenwerkzeugen die Ist-Länge (14) des Innenwerkzeuges, d. h. Stange (5) plus Lochdorn (7) in der Positionierlinie vor dem Einlegen in die Walzlinie gemessen und der Unterschied der Ist-Länge (14) zum Zeichnungsmaß individuell durch ein gleich großes Verschieben des Widerlagers (11) ausgeglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Messung der Verfahrweg eines Positionierzylinders benutzt wird.