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Verfahren zum Auswalzen von Rohren aus hartem Metall auf einem Pilgerschrittwalzwerk
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auswalzen von Rohren aus hartem
Metall auf einem Pilgerschrittwalzwerk unter gleichzeitiger Verringerung der Wandstärke
und des Durchmessers in kaltem Zustand und ohne Zwischenglühungen unter Verwendung
eines sich verjüngenden Dornes, nach dessen Spitze hin das Metall beim Auswalzen
verschoben wird. Verfahren dieser Art haben sich in neuester Zeit wegen ihrer großen
Vorteile eingeführt, die besonders in dem Fortfall der Zwischenglühungen selbst
bei sehr weitgehender Verringerung der Wandstärke und des Durchmessers und in der
Erzielung eines sehr günstigen Gefüges bestehen. Auch die Genauigkeit der ausgewalzten
Rohre, selbst bei dünnen Wandungen, ist sehr beachtenswert. Zweck der Erfindung
besteht darin, diese Genauigkeit noch weiter zu steigern.
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Der Erfindung gemäß wird das Auswalzen des bei der Bearbeitung formschlüssig
festgehaltenen Werkstücks so abgestuft, daß durch das Zusammenspiel der exzentrischen
Arbeitsflächen der Walzwerkzeuge und des verjüngten Dornes die Neigung der Wand
des sich verjüngenden Rohres gegen die Achse des verjüngten Dornes beim Beginn des
Auswalzens am stärksten ist, dann also, vorteilhaft aber wiederum stufenweise, abnimmt
und dadurch eine sich vor den Walzwerkzeugen aufwerfende Metallwelle vermieden wird.
Der Arbeitswiderstand während des Auswalzens wird auf diese Weise auf ein Mindestmaß
verringert, was zur Folge hat, daß die Genauigkeit und Gleichmäßigkeit des Querschnittes
und des Durchmessers so wenig wie möglich durch Erschütterungen oder Spannungen
und Entspannungen in dem Werkstück und dem Werkzeuge beeinträchtigt wird. Solche
störenden Erscheinungen sind sonst gerade beim Kaltpilgern von hartem Metall, wenn
auch in kleinen Ausmaßen, infolge des großen Widerstandes, den das harte Metall
in kaltem Zustand der Bearbeitung entgegensetzt, immer zu erwarten. Der Fortfall
der Bugwelle, die den Arbeitswiderstand erhöht, einerseits und das formschlüssige
Festhalten des Werkstückes während des Auswalzens, das die gleichmäßige Durchführung
des gewollten Minderungsvorganges sichert, anderseits hat den erhöhten Grad der
Genauigkeit zur Folge.
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Vorteilhaft wird zur weiteren Sicherung einer gleichmäßigen Wandstärke
die an sich bekannte Verstellbarkeit des verjüngten Dornes in axialer Richtung benutzt,
um bei praktisch unvermeidlichen Abweichungen (durch Verschleiß, aber auch bei anfänglicher
Benutzung der Maschine) die Beziehung zwischen dem verjüngten Dorn und den Arbeitsflächen
der Walzwerkzeuge in der gewollten Weise beizubehalten. Da das Werkstück während
der Bearbeitung unverrückbar feststeht, läßt sich dies mittels des einstellbaren
verjüngten Dornes . mit Sicherheit erreichen.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung weiter erläutert.
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Abb. z zeigt rein schematisch und beispielsweise eine Maschine zur
Ausführung des Verfahrens und Abb.2 eine Einzelheit des Gel triebes. Es ist hierbei
eine neuerdings für das
Kaltpilgern von Rohren in Aufnahme gelangte
Ausführungsform angenommen worden, bei der das Auswalzen mit Hilfe von Walzsektoren
mit exzentrischer Arbeitsfläche durchgeführt wird, deren Achsen in einem hin und
her gehenden Schlitten gelagert sind, so daß sich die exzentrischen Arbeitsflächen
auf dem während ihrer Bearbeitung festgestellten Werkstück abwälzen.
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a ist der an seinem vorderen Ende, dem Kopf, verjüngte Dorn, und b
ist das rohrförmige Werkstück. Die Walzsektoren c und d sind mit ihren Achsen e
und f drehbar in einem Schlitten g gelagert. Dieser wird vön einer Kurbel h aus
hin und her bewegt. Zum schrittweisen Vorschub des Werkstückes b dient die Gewindespindel
i und die Gewindemutter k, die mit einer das 'Werkstück b umfassenden Spannmuffe
l verbunden ist. Während der Bearbeitung des Werkstückes durch die Walzsektoren
c und d wird das Werkstück b durch die Spannmuffe l unverrückbar festgehalten.
Nach jedem. Walzschritt wird das Werkstück b auf dem feststehenden Dorn a vorgeschoben.
Der Halter Ara des Dornes ist aber mit .einer Stellschraube n verbunden, die eine
Änderung der axialen Einstellung des Dornes a zu dem Werkstück b ermöglicht. Das
Hinundherschwingen der. Walzsektoren c und d beim Hinundhergehen des Schlittens
g wird dadurch herbeigeführt, daß der Walzsektor c, wie es bei Abb. 2 ersichtlich
ist, mittels eines Zahnkranzes in eine ortsfest angebrachte Zahnstange o eingreift,
während, was aus Abb. 2 nicht ohne weiteres ersichtlich ist, der entsprechend schmalere
Zahnkranz des anderen Walzsektors d mit dem Zahnkranz des Walzsektors c zusammenarbeitet.
Die Spannmuffe l ist, nebenbei bemerkt, mit dem Rohr drehbar, da dieses zuweilen
auch gedreht werden muß. Diese Schilderung einer Ausführungsform der Maschine, die
an sich bekannt ist, dient aber nur der Erläuterung.
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Der Erfindung gemäß soll nun so verfahren werden, daß sich unmittelbar
an den exzentrischen Arbeitsflächen x und y der Walzsektoren c und d aus
dem Werkstück b kein Werkstoff wellenartig aufwirft. In Abb. 3 und q. ist
in größerem Maßstab der vordere Teil des Dornes a und des Werkstückes
b in zwei verschiedenen Arbeitsstufen (Anfang und Ende der Bearbeitung durch
die Walzsektoren) wiedergegeben. Schematisch ist auch die Grundlinie z der exzentrischen
Arbeitsfläche des einen Walzsektors c angedeutet, ebenso die allmähliche fortschreitende
Verengung des Kalibers. An die exzentrisch verlaufende Grundlinie z schließen sich
nach beiden Seiten konzentrische Linien z', z" an. Das verjüngte Ende des
Dornes a besteht aus drei Stufen x, 2, 3. Die Stufen haben Kegelflächen derart,
daß die Kegelwinkel fortschreitend abnehmen, die Neigung der Kegelerzeugenden zu
der Achse in Stufe r also am größten ist. Die exzentrische Grundlinie z der Arbeitsfläche
des Walzsektors ist entsprechend ausgebildet; sie entspricht den verjüngten Stufen
r und 2 sowie dem ersten Teil der verjüngten Stufe 3 des Dornes, während die zylindrische
Strecke z' dem vorhergehenden, noch zylindrischen Teil .des Dornes und die zylindrische
Strecke z" dem, wie später noch dargelegt wird, etwa in der Mitte der verjüngten
Dornstufe 3 sich abhebenden fertigen Rohr mit der gewollten Wandstärke entspricht.
Bemerkt sei noch, daß in den Abb. 3 und q. für die Querabmessungen des Dornes und
des Werkstückes ein größerer Maßstab als für die Längenabmessungen gewählt worden
ist, um den Unterschied in den Stufen deutlicher erkennbar zu machen.
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Beim Beginn des Arbeitshubes (Abb. 3) ist das rohrförmige Werkstück
b auf dem Dorn a so vorgeschoben, daß über der Stüfe z des Dornes ein Hohlraum
verbleibt, der nun zunächst beim Abwälzen der exzentrischen Arbeitsfläche des Walzsektors
a.llmählich zugedrückt wird, wobei das Werkstück gleichzeitig eine Verlängerung
erfährt, ohne daß sich Werkstoff aus dem Werkstück vor dem Walzsektor aufwirft.
Wenn nur der Durchmesser, nicht aber auch die Wandstärke des Werkstückes vermindert
würde, so würde sich dieser Vorgang in derselben Weise weiter vollziehen. Die Verhältnisse
sind aber so gewählt, daß auch bei der gleichzeitig beabsichtigten und erreichten
Verringerung der Wandstärke sich bei dem weiteren Abwälzen der exzentrischen Arbeitsflächen
kein Werkstoff vor den Walzsektoren aufwirft. Damit wird erreicht, daß trotz der
Kaltbearbeitung und trotz der Härte des Metalles sowie trotz der in einem Arbeitsgang
ohne Zwischenglühung zu erzielenden sehr weitgehenden Minderung (stets über 40%,
aber auch über 80°/a und weiter) die Bemessung der Wandstärke besonders genau und
gleichmäßig ausfällt, weil in Verbindung mit dem unverrückbaren Festhalten des Werkstückes
während der Bearbeitung die Erschütterungen sowie die Spannungen und Entspannungen
in Werkstück und Werkzeug verhindert oder doch auf das Mindestmaß beschränkt werden.
Der verringerte Arbeitswiderstand ist natürlich aber auch schon an sich von Vorteil
für das Verfahren und die Maschine. Wenn die exzentrische Grundlinie z der Arbeitsfläche
sich ganz abgewälzt hat, was etwa in der Mitte der letzten Dornstufe 3 der Fall
ist, so ist die Verringerung beendigt, und das Werkstück hebt sich nun (Abb. q.)
als fertiges zylindrisches Rohr von der kegeligen Dornstufe 3 ab.
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Man kann aber -die genaue Einhaltung der Wandstärke auch stets unter
Beobachtung halten und, falls sich bei Inbetriebnahme der Maschine oder bei Verschleiß
der Werkzeuge
Abweichungen zeigen, mittels der Stellschrauben den
Dorn a in der Längsrichtung stets in der erforderlichen Beziehung zu den Werkzeugen,
d. h. zu den exzentrischen Arbeitsflächen der Walzsektoren, erhalten, wodurch dann
in Verbindung mit dem unverrückbaren Festhalten des Werkstückes in der Arbeitslage
die gewollte Wandstärke auch trotz der sonst möglichen praktischen Abweichung gewährleistet
bleibt.
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In Abb. 5 ist schematisch, aber bei gleichem '.Maßstab für die Längen-
und Querabmessungen, angedeutet, daß jeder Punkt der Walzsektoren bei der Berührung
mit dem Werkstück sich in der Nähe der Kehrstelle einer Zykloide bewegt: Die Bahn,
auf der sich der Punkt dem Werkstück b nähert, ist in ausgezogenen Linien, die Bahn,
auf der er sich von dem Werkstück entfernt, in punktierten Linien dargestellt. Man
sieht, daß die Bahnen der dem Werkstück sich nähernden Punkte zunächst stärker gegen
die Achse des Werkstückes geneigt sind und sich bei fortschreitendem Auswalzen immer
steiler zu der Achse stellen. Somit ist die Schubkomponente beim Beginn des Auswalzens
verhältnismäßig groß, was in Verbindung mit der hier vorhandenen stärksten Neigung
der Kegelfläche des Dornes (Stufe T) sich besonders günstig auf den Fluß des Werkstoffes
auswirkt, wie es den Anforderungen der Praxis entspricht, während gegen Schluß der
Bearbeitung für die hier vorhandene Feinbearbeitung die geringere Schubkomponente
von Vorteil ist. Die Kehrspitzen der Zykloiden liegen auf einer bestimmten Linie,
die stets genau in derselben Beziehung zu dem Werkstück b bleibt, da dieses während
der Bearbeitung formschlüssig festgehalten wird, also nicht ausweichen kann. Der
dargestellte Verlauf der Kehrstellen der Zykloiden gilt natürlich nur für die Grundlinie
des Kalibers, die ja aber auch in erster Linie für den Vorgang der Verformung entscheidend
ist.
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Statt das Werkstück unverrückbar festzuhalten, kann man zur Erzielung
derselben Wirkung auch umgekehrt das Werkstück während der Bearbeitung hin und her
bewegen, während die Walzsektoren um ortsfeste Achsen schwingen. Das ist in einer
beispielsweisen Ausführungsform durch Abb. 6 schematisch angedeutet. Auf einer ortsfest
gelagerten Welle sitzt die Doppelkurbel r, s, die einerseits einen Schlitten t hin
und her bewegt und anderseits den Walzsektor d hin und her schwenkt. Dieser überträgt
seine Bewegung -durch eine Verzahnung auf den anderen Walzsektor c. An dem Schlitten
t ist die Dornstange a befestigt und auch die Spindel i angebracht, die durch
die Mutter k und das Spannfutter L mit dem Werkstück bin Verbindung steht.
Durch dieses Getriebe ist formschlüssig die Berührung zwischen dem Werkstück b und
den exzentrischen Arbeitsflächen, der Walzsektoren c und d gesichert. Auf diese
Formschlüssigkeit kommt es an, die auf andere Weise bei der vorhin beschriebenen
Ausführungsform durch das unverrückbare Festhalten des Werkstückes während der Bearbeitung
ebenfalls erreicht ist. Ohne den Formschluß können während der Bearbeitung Abweichungen
in der relativen Lage zwischen Werkstück und Werkzeug stattfinden, welche die Präzision
beeinträchtigen können.