-
Verfahren zur Herstellung-von nahtlosen Metallrohren Es ist vielfach
angestrebt worden, nahtlose Metallrohre durch Ziehen oder Walzen auf einem Dorn.
von der Luppe ausgehend in einer Hitze mit einer geringen Wandstärke unter einer
Werkstoffquerschnittsverminderung bis zu 1/15, mindestens aber 1/5 des Querschnittes
der Luppe herzustellen, doch gelang es bisher- bei harten Metallen, wie Eisen, nicht,
brauchbare Ergebnisse zu erzielen.
-
Da eine so weitgehende Querschnittsverminderung eine verhältnismäßig
große, den Nenner des Querschnittsverminderungsbruches übersteigende Anzahl von
hintereinandergeschalteten Streckwerkzeugen erfordert, so ist die im Werkstoff hervorgerufene
Beanspruchung eine sehr bedeutende. Der in den gewöhnlichen starren Ziehringen auftretende
hohe Reibungswiderstand, der durch ,den Druck des am Boden der Rohrluppe angreifenden
Zieh- oder Stoßdornes überwunden werden -muß, darf im kleinsten Querschnitt des
Werkstückes, also in der Nähe des Werkstückbodens, nicht die Bruchgrenze erreichen,
was der in einem Arbeitsgang erreichbaren größten Querschnittsverminderung eine
enge Grenze setzt.
-
Es ist bekannt, zur Verminderung der Reibung die Ziehkaliber aus losen
Rollen zusammenzusetzen, aber auch dabei sollte das auf dem Dorn sitzende Werkstück
in einem Arbeitsgang bloß- eine einzige Ziehstufe durchsetzen, so daß ein dünnwandiges
Rohr nur durch wiederholte Bearbeitung auf der Ziehbank hergestellt werden konnte.
-
Ferner ist es bekannt, das Werkstück auf der gleichen Ziehbank zwei
aus losen Rollen gebildete Ziehkaliber hintereinander in einem Arbeitsgang durchsetzen
zu lassen, doch erhält dabei das zweite Kaliber eine derartige Form, daß hier bloß
die im ersten Kaliber entstandenen Rippen abgeflacht werden und das Rohr ohne weitere
Wandstärkenverminde= rung vom Dorn gelockert wird.
-
Um den Widerstand der aus Rollen gebildeten Ziehkaliber herabzusetzen,
werden gemäß einem weiter bekanntgewordenen Vorschlag die Rollen der Kaliber durch
Abrollen dei- durch das Werkstück mitgenommenen Streckkaliber auf Laufbahnen der
Streckbank in Drehung versetzt. - Da aber die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen
durch den Vorschub des Werkstückes gegeben ist, so darf der Unterschied der lichten
Durchmesser der verschiedenen Kaliber nur gering sein. Es läßt sich auch in dieser
Weise keine große Querschnittsverminderung in einem Arbeitsgang erreichen.
-
Es ist ferner bekanntgeworden, die Rollen der Streckkaliber, durch
die das Werkstück mittels des Dornes hindurchgezogen wird, durch ein Zahnradgetriebe
zwangläufig anzutreiben, so daß der Vorschub des Werkstückes sowohl durch den angetriebenen
Dorn als
auch durch- die angetriebenen Rollen der Streckkaliber-
bewirkt wurde, weshalb man annahm, daß- es gelingen müßte, in einem Arbeitsgang
eine weit größere Streckung zu erzielen als bis dahin. Dabei tritt jedoch im Kaliber
ein so hoher Druck auf, daß das Metall tief in die Spalte zwischen den Rollen "gedrückt
wird und die infolgedessen auftretende Rippenbildung neue Schwierigkeiten auftauchen
läßt. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten sind eine Anzahl der verschiedensten
Vorschläge gemacht worden. Nunmehr gelangte die Erkenntnis zum Ausdruck, daß. es
unmöglich sei, in einem einzigen Streckkaliber eine weitgehende Querschnittsverminderung
durchzuführen, selbst wenn das Kaliber aus Rollen gebildet ist, die einen möglichst
kleinen Diuchmesser erhalten, und sowohl die Rollen als auch der Dorn besonders
zwangläufig angetrieben werden, sondern daß es nötig sei, eine größere Anzahl von
Streckkalibern hintereinanderzuschalten, deren zwangläufiger Antrieb -jedoch beibehalten
worden ist. Dabei ergibt sich aber die Schwierigkeit, daß die Rdllen der verschiedensten
Streckkaliber mit verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben werden müssen, die
der jeweiligen Kalibergröße und dem in den verschiedenen Kalibern, auftretenden
Streckungsgraden angepaßt werden müssen, so daß für ein jedes der in großer Zahl
anzuwendenden Streckkaliber besondere Wechselgetriebe einzubauen wären, was zu weitgehenden
baulichen Verwicklungen führen würde, die die praktische Verwendung dieses Vorschlages
ausschließen.
-
Deshalb sollte versucht werden, ob man den zwangläufigen Antrieb der
Rollen der Streckkaliber nicht umgehen kann. Gemäß einem bekanntgewordenen dahingehenden
Vorschlag sollten nur die Rollen eines jeden zweiten Ziehkalibers einen zwangläufigen
Antrieb erhalten, die Rollen der dazwischenliegenden Leeren jedoch durch das Werkstück
mitgenommen werden.
-
Zuletzt finden sich auch gänzlich antriebslose Rollen mehrerer hintereinandergeschalteter
Streckleeren - vor. Die Anordnung gemäß diesem Vorschlag ist jedoch eine solche,
daß während des Hauptstreckungsvorganges das Werkstück strangpressenartig durch
einen besonderen-Preßkolben aus einem geschlossenen Zylinder um den in bezug auf
den vorwärts getriebenen Werkstoff ruhenden Dorn durch das Kaliber gepreßt wird.
Außerdem sind die Rollen mit ihren äußeren Flächen gegen feste Ziehringe gestützt,
so daß sie sich während des Pressens nicht frei bewegen können, also im Streckkaliber
keine rollende Reibung entstehen kann. Im übrigen sind die Verhältnisse der Rollendurchmesser
zu den Kaliberöffnungen nicht derart gewählt, daß die angestrebte Wirkung erzielt
werden könnte, auch wenn eine Bremsung der Rollen durch die festen Ziehringe nicht
stattfinden würde.
-
Es sollte also die Aufgabe gelöst werden, nahtlose Rohre aus Hartmetallen,
insbesondere Eisen, von der Rohrluppe ausgehend bis zur üblichen Gasrohrwandstärke
in einem Arbeitsgang zu strecken, indem das von einem Dorn getragene glühende Werkstück
durch eine größere Anzahl hintereinandergeschalteter, aus antriebslosen Rollen gebildeter
Streckkaliber hindurchgezwängt wird. Da nun hierbei die für das Strecken beanspruchte
Kraft allein durch den am Boden der Rohrluppe angreifenden Dorn auf das Werkstück
übermittelt wird, so müßte, in dem Falle, wenn die in einem Arbeitsgang auszuführende
Gesamtquerschnittsverminderung eine so große ist, daß die hierzu samt der zur Überwindung
des Reibungswiderstandes der StreckkalibererforderlichenKraft imkleinsten Querschnitt
des Werkstückes eine die Zerreißgrenze überschreitende Beanspruchung erzeugen würde,
ein Reißen des Werkstückes im gefährlichen Querschnitt eintreten. Die Beanspruchung
des gefährlichen Querschnitts läßt sich praktisch nicht dadurch beliebig vermindern,
daß man die Abstände, in denen die Streckkaliber aufeinander folgen, so weit vergrößert,
daß von der zur Ausführung der angestrebten Gesamtquerschnittsverminderung erforderlichen
großen Anzahl der Streckkaliber jeweilig nur eines oder nur einige gleichzeitig
auf das Werkstück einwirken. Es müßte nämlich dabei die Streckbank eine so große
Länge erhalten, daß Ausführungsschwierigkeiten für die Streckbank entstehen würden.
Außerdem würde auch, weil die Geschwindigkeit des Werkstückes nicht beliebig gesteigert
werden kann, während der für das Durchsetzen der ganzen Streckkaliberreihe beanspruchten
Zeit das Werkstück vor der Beendigung der Bearbeitung unter die für die Bearbeitung
erforderliche Temperatur abkühlen. Das Mittel, die durch die Streckkaliber dem Durchtritt
des Werkstückes entgegengesetzten Widerstände dadurch herunterzudrücken, daß die
Streckkaliber aus möglichst kleinen Rollen gebildet werden, genügt allein nicht,
um eine so weitgehende Entlastung des gefährlichen Querschnittes des Werkstückes
herbeizuführen, daß man auf den äußeren Antrieb der Rollen bzw. eines Teils derselben
gänzlich verzichten könnte.
-
Zur gänzlichen Vermeidung von angetriebenen Rollen wurde nur vorgeschlagen,
hinter oder zwischen den Ziehkalibern, deren Rollen im engsten Querschnitt höchstens
den dol)-pelten Durchmesser besitzen als das betreffende
Kaliber,
auch solche Kaliber vorzusehen, die eine erhöhte Reibung erzeugen, und zwar dadurch,
daß der Durchmesser dieser Kaliberrollen größer als derjenige der übrigen Rollen
ist und im engsten Querschnitt etwa -das 1,5- bis 4fache des Kaliberdurchmessers
beträgt.
-
Es hat sich nun herausgestellt, daß nicht sämtliche Kaliberanordnungen
diesen Zweck erfüllen, deren Rollendurchmesser unterhalb der obigen Grenzwerte von
höchstens dem 2fachen des Kaliberdurchmessers' am größten Kaliber und für einzelne
sogenannte Reibungskaliber zwischen dem 1,5- bis 4fachen des Kaliberdurchmessers
liegen, und daß es nicht gleichgültig ist, in welcher Reihenfolge die Rollen verschiedenen
Durchmessers aufeinander folgen.
-
Die Schwierigkeiten, die durch die Zugbeanspruchung des Werkstückes
entstehen, und die Notwendigkeit, besondere Maßnahmen zur Verminderung dieser Beanspruchung
zu treffen, kommen selbstverständlich nur dann in Betracht, wenn es sich darum handelt,
in einem Arbeitsgang eine möglichst weitgehende Werkstoffquerschnittsverminderung,
etwa auf mindestens 1/5 bis i/15 und noch darunter, zu erzielen, wobei der reziproke
Wert der Querschnittsverminderung Strekkungsfaktor genännt werden soll. Die günstigsten
Verhältnisse sowohl bezüglich de,r Baulänge der Stoßbank als auch bezüglich des
Kraftbedarfes ergeben sich, wenn man die zu leistende Streckung mit der geringstmöglichen
Zahl von Kalibern auszuführen trachtet, also je Kaliber eine Strekkung von etwa
2o °/a bis zu 25 °/o in bezug auf den jeweiligen Eintrittsquerschnitt des Werkstoffes
bewirkt.
-
Für eine Gesamtstreckung auf 1/5 des Werkstoffquerschnittes werden
mindestens 6, für eine Streckung auf 1/1o mindestens 12 und für eine Streckung auf
1/15 mindestens 15, d. h. mindestens eine dem Streckungsfaktor gleiche Anzahl von
hintereinandergeschalteten Rollenkalibern erforderlich sein.
-
Gemäß der Erfindung kommt es nun darauf an, daß der Rollendurchmesser
(stets an der tiefsten Stelle der Mulde, also am kleinsten Durchmesser der Rollen
gemessen) im größten Kaliber mindestens das o,3fache und im kleinsten Kaliber höchstens
das 2,Sfache des betreffenden lichten Kaliberdurchmessers beträgt und das Verhältnis
zwischen Rollendurchmesser und Kaliberdurchmesser vom größten Kaliber gegen das
kleinste Kaliber zu stufenweise wächst.
-
Bei der Herstellung von Rohren von unter etwa loo mm Durchmesser -mit
der üblichen Gasrohrwandstärke (etwa 2 bis 3 mm) soll gemäß der Erfindung der Rollendurchmesser,
der innerhalb der obigen Grenzen am größten Kaliber kleiner als der lichte Durchmesser
des Kalibers ist, gegen das kleinste Kaliber stufenweise bis auf eine über der lichten
Weite dieses Kalibers liegende Größe wachsen. Die tatsächliche Größe der Rollen
des kleinsten Kalibers wird innerhalb des Wertes d : D, wobei D der
lichte Durchmesser des Kalibers und d der Durchmesser der Rollen dieses Kalibers
ist, zweckmäßig möglichst klein, jedoch genügend groß genommen, damit das Verhältnis
in Abstufungen, die den weiter unten zu erläuternden Anforderungen .entsprechen
müssen, gegen das größte, also erste Streckungskaliber verkleinert werden kann,
ohne daß es den praktisch nicht überschreitbaren Grenzwert erreicht, der entsprechend
dem Rohrdurchmesser bis zu 0,3 # D gewählt werden kann; d. h. mit wachsendem
Rohrdurchmesser kann das Verhältnis sich der Zahl 0,3 nähern.
-
Bei der Streckung einer Rohrluppe von zog mm Durchmesser mit einem
Dorn von 49 mm Durchmesser auf 55 mm äußeren Durchmesser wurden mit beispielsweise
fünfzehn hintereinandergeschalteten Kalibern, bei denen im kleinsten, also fünfzehnten
Kaliber
= 1,36 und im ersten, also größten Kaliber
= 0,72 betrug, gute Ergebnisse erzielt.
-
Für die Wahl der Größe des Durchmessers der Rollen der einzelnen Kaliber
bzw. der Abstufungen der Verkleinerung der Rollendurchmesser sind die auf Grund
der Zeichnung erläuterten Erwägungen maßgebend.
-
Fig. i ist ein schematischer Längsschnitt durch die Kaliber einer
Stoßbank.
-
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eines der Kaliber in größerem Maßstab.
-
Der Dorn b mit dem Durchmesser do, welcher die an ihrem einen Ende
c geschlossene Rohrluppe a mit dem Anfangsdurchmesser Da trägt, wird mit der Geschwindigkeit
v in der Richtung des beigefügten Pfeiles durch die hintereinandergereihten Kaliber
K1 bis Kn gestoßen. Dabei soll der ursprüngliche Querschnitt
des Werkstückes auf den Querschnitt
gestreckt werden. In der Zeichnung sind bloß das erste und die drei letzten Kaliber
dargestellt, doch beträgt die Kaliberzahl je nach der Streckung 6 bis 16 und darüber.
-
Die Kaliber K1 bis Kn sind aus losen, also nicht angetriebenen Rollen
zusammengestellt, die mit ihren Mulden das Werkstück möglichst
vollständig
umschließen. Als Rollendurchmesser d gilt der am Boden der Mulde gemessene, also
kleinste Durchmesser der Rolle. Der von dem durch die Achsen der Rollen des letzten
Kalibers Kn gehenden Querschnitt n-n bis zum geschlossenen Ende c der Rohrluppe
reichende Abschnitt wo des Werkstückes bewegt sich mit der Geschwindigkeit V des
Dornes in der Vorschubrichturig, so daß im Querschnitt n-n kein Geschwindigkeitsunterschied
zwischen Dorn und Werkstoff vorliegt. Da durch eine Steigerung des Rollendurchmessers
(bei gleichem Streckungsverhältnis des Querschnittes 0" _ i, mit dem das Werkstück
in das Kaliber Kn eintritt, auf den Werkstoffquerschnitt Qn, mit dem es aus diesem
Kaliber austritt) der auf das Werkstück senkrechte Druck und damit der Anpressungsdruck
des Werkstoffes an den Dorn gesteigert werden kann, läßt sich dadurch die Reibung
zwischen Werkstück und Dorn so weit steigern, daß der Boden des Werkstückes vom
Druck des Stoßdornes z. T. entlastet und somit nur ein Teil der Zugbeanspruchung
des Werkstoffes von dessen Boden auf den Querschnitt n-n übertragen wird. Infolge
der durch das Kaliber Kn erzeugten Streckung fließt der Werkstoff mit der Geschwindigkeit
s" entgegengesetzt zur Vorschubrichtung des Dornes nach rückwärts, so daß der Werkstoff
zwischen dem letzten und vorletzten Kaliber Kn und K"-, sich in der Vorschubrichtung
mit der Geschwindigkeit h-s" bewegen wird. Während nun die durch die Rollen des
letzten Kalibers Kn erzeugte Anpressung des Werkstoffes an den Dorn beliebig auch
so groß sein kann, daß der Werkstoff vollständig an den Dorn gebunden wird, ist
dies im vorletzten Kaliber K"-, unzulässig, so daß in diesem die Rollen im Verhältnis
zum Kaliberdurchmesser D" _ I einen kleineren Durchmesser erhalten müssen als im-
letzten Kaliber, d. h. es muß
sein. Dadurch wäre also der Durchmesser der Rollen des vorletzten Kalibers nach
oben begrenzt. Die Begrenzung nach unten wird durch die vorhergehenden Kaliber K"
_ , bis K1 bestimmt, einerseits dadurch, daß für die Rollen sämtlicher vorhergehenden
Kaliber die Forderung besteht, daß das Verhältnis
beim jeweils vorhergehenden Kaliber kleiner sei als für das in der Vorschubrichtung
nachfolgende Kaliber, daß aber dieses Verhältnis
bis zum ersten Kaliber K1 nicht unter o,5 oder im äußersten Fall nicht unter o,3
sinken darf. Andererseits wird der Rollendurchmesser nach unten auch dadurch begrenzt,
daß die Reibungskraft zwischen dem Werkstoff und dem Dorn zwar nicht so groß sein
darf, daß ein Rückfließen mit der Geschwindigkeit s" verhindert wird, immerhin aber
unterhalb dieser Grenze möglichst groß sein soll, um eine teilweise Entlastung des
Werkstückes von der durch den Stoßdorn erzeugten Zugbeanspruchung herbeizuführen.
-
In dem Abschnitt w. zwischen den Kalibern K"-, und K"-, wird der Werkstoff
infolge der durch das Kaliber' K"-, hervorgerufenen Streckung mit der Geschwindigkeit
s"-, nach rückwärts gedrängt, so daß sich der Werkstoff unter den Rollen des Kalibers
K,2 mit einer Geschwindigkeit in der Vorschubrichtung bewegt, die um s" + s" _ I
geringer ist als die Vorschubgeschwindigkeit V des Dornes. Der Durchmesser d" _2
der Rollen des Kalibers K" _z muß demnach genügend klein sein, damit die durch den
Anpressungsdruck des Werkstoffes an den Dorn entstehende Reibung das Rückfließen
des Werkstoffes nicht hindert und daß sich die Rollen des Kalibers mit der Umfangsgeschwindigkeit
V- (s" + s"_ I) drehen können. Es müssen jedoch die Rollen mit Rücksicht auf die
nach rückwärts (entgegengesetzt zur Vorschubrichtung) folgenden größeren Kaliber
so groß als möglich gewählt werden, um die durch die Anpressungsreibung am Dorn
bewirkte teilweise Entlastung des Werkstoffes von der Zugbeanspruchung herbeizuführen,
und um eine- weitere Verminderung des Verhältnisses
gegen die nach rückwärts folgenden größeren Kaliber bis zum ersten Kaliber K1 ohne
Unterschreitung der unteren Grenze zu ermöglichen.
-
Trotz der stufenweisen Verkleinerung des Verhältnisses -
von
> i (höchstens 2,5) auf < i (nicht unter 0,3) erfährt die absolute
Größe des Rollendurchmessers keine zu weitgehende Verkleinerung, weil ja der Wert
D vom kleinsten Kaliber K" gegen das größte Kaliber K1 stufenweise wächst. Ein anderer
Umstand, der es ermöglicht, den Rollendurchmesser in bezug auf die Rollen des nächstkleineren
Kalibers nicht zu weitgehend verkleinern zu müssen, liegt darin, daß der im Kaliber
zugelassene radiale Druck bei größerer Stärke der Werkstoffschicht größer sein kann
als in einer dünneren Werkstoffschicht, ohne den Rückfluß des Werksto@ffes unter
den Rollen so weit zu bremsen, daß eine Stauung in der dem nächstkleineren Kaliber
zugeführten Werkstoffschicht eintritt. Die Steigerung des Anpressungsdruckes mit
wachsender Schichtstärke des Werkstoffes ist aber auch erforderlich, um
durch
eine größere Wandstärke des Werkstoffes hindurch die erwünschte Reibung zwischen
Werkstoff und Stoßdorn zu erzeugen.
-
Dadurch, daß für das kleinste Kaliber Kn der Rollendurchmesser nicht
so. groß genommen ist, daß durch den Druck der Rollen der Werkstoff in die Spalte
zwischen die Rollen gezwängt wird und das Verhältnis zwischen Rollendurchmesser
und Kaliberdurchmesser gegen die größeren Kaliber zu stufenweise verkleinert wird,
wird in keinem Kaliber ein so hoher Druck entstehen, daß der in die Spalte zwischen
den Rollen gedrückte Werkstoff so starke Rippen bilden würde, daß sie im nächsten
Kaliber nicht ohne Überwalzung ausgeglichen würden; andererseits aber ist der Anpressungsdruck
zwischen Werkstoff und Stoßdorn genügend, damit dieser die Zugbeanspruchung des
Werkstoffes, die durch die Kraft erzeugt wird, welche erforderlich ist, um die Streckung
- von dem Anfangsquerschnitt
(D,'-dä) auf den Endquerschnitt
(D'-d,') herbeizuführen, auf sämtliche Kaliber 'verteilt -dem Werkstück vermittelt,
damit in keinem Querschnitt des Werkstückes eine die Reißgrenze des Werkstoffes
überschreitende Beanspruchung eintreten kann. Für die absolute Größe des Durchmessers
der Rollen eines Kalibers liegt aber eine Toleranz vor, die derjenigen Kraft entspricht,
die zur Stauung des Werkstoffes in dem Abschnitt erforderlich ist, der zwischen
dem betreffenden und dem nächstfolgenden kleineren Kaliber liegt. Innerhalb dieser
Toleranz kann man bei einer genügend großen Anzahl von Kalibern in einzelnen Kalibern
vom günstigsten . Wert des Verhältnisses
abweichen, damit man aus baulichen Rücksichten in zwei oder mehreren nebeneinanderliegenden
Kalibern Rollen.isqit gleich großen Durchmessern verwenden° kann.
-
Endlich' ist noch `zu bemerken, daß unter den obenerwähnten ersten
und letzten Kalibern stets bloß Streckkaliber zu verstehen sind, d. h. Kaliber,
die ein wirkliches Strecken bewirken und nicht anderen Zwecken, wie etwa zum Glätten
des Rohres oder dessen Lockern vom Dorn, dienen.