EP2233224B1

EP2233224B1 - Verfahren zur Kaltumformung von Metallrohren

Info

Publication number: EP2233224B1
Application number: EP20100002995
Authority: EP
Inventors: Manfred Blaich
Original assignee: Konig Metall & Co KG GmbH
Current assignee: Konig Metall & Co KG GmbH
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-03-22
Also published as: DE102009003690A1; EP2233224A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kaltumformung von Metallrohren mithilfe einer linearen Umformungseinheit, bei dem das umzuformende Metallrohr zwischen zwei Walzschlitten derart rotierbar gelagert wird, dass das Metallrohr bei einer gegenparallelen Verschiebung der Walzschlitten durch eine an einem der Walzschlitten angeordnete Walzleiste eine Verformung erfährt.
Ein derartiges Verfahren zur Kaltumformung von Metallrohren ist bereits aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 05 038 A1 vorbekannt. Hierbei ist es vorgesehen, ein umzuformendes, rohrförmiges Werkstück beidseitig mithilfe eines Dorns zu halten und mittels einer Ebenenparallelführungsvorrichtung zwischen zwei jeweils mit einem Walzkeil versehenen Querwalzwerkzeugen zu halten und in geeigneter Weise zu führen.
Die britische Patentschrift GB 393,101 , ebenso wie die US-Patentschrift US 4,787,229 befassen sich näher mit der Ausgestaltung der im Wälzverlauf ansteigenden Walzkeile. Ferner lehrt die deutsche Auslegeschrift 1 189 514 A1 die Verwendung einer Profilwalze für die Profilierung von Ringen, welche auf einen massiven Dorn aufgenommen und sodann mit einem Außenprofil versehen werden. Dies erfolgt ebenfalls in einem linearen Verfahren, in welchem das Werkstück rotierend zwischen zwei Walzschlitten aufgenommen ist und diese gegenparallel zueinander verschoben werden.
Darüber hinaus ist es im Stand der Technik bekannt, derartige Verfahren an Vollmaterial durchzuführen. Soweit eine Verformung an einem Rohrstück vorgenommen werden soll, so bietet sich im Stand der Technik bislang die Möglichkeit an, ein vergütetes Rohr mit einer so genannten Bearbeitungstrommel zu bearbeiten, mit der es auch bisher möglich ist, eine Verformung eines auch vergüteten Metallrohrs vorzunehmen. Hierbei besteht der Nachteil darin, dass zu einem Zeitpunkt jeweils lediglich ein einziges Werkstück mit der Bearbeitungstrommel bearbeitet werden kann. Dies ist, insbesondere bei größeren zu fertigenden Stückzahlen, relativ unbefriedigend.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein zu den bekannten Verfahren zur Kaltumformung von Metallrohren alternatives, vorteilhaftes Verfahren zu schaffen, durch welches den Metallrohren eine Verformung zugefügt werden kann, bei dem es weder erforderlich ist, eine Einzelbearbeitung jedes einzelnen Werkstücks vorzunehmen, noch der Kaltumformung weitere Arbeitsschritte nachfolgen zu lassen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere sinnvolle Verfahrensausgestaltungen können den nachfolgenden Unteransprüchen entnommen werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Metallrohre im Wege der Kaltumformung in eine lineare Umformungseinheit eingespannt werden, also rotierbar um eine Drehachse gelagert werden, welche zwischen zwei Walzschlitten angeordnet ist. Im Zuge eines Walzvorgangs werden sich die beiden Walzschlitten gegenparallel aufeinander zu bewegen, sich gegenseitig auf diesem Wege überstreichen und bis zu einem Anschlag weiterfahren, derart, dass sich das Werkstück zu jedem Zeitpunkt zwischen den beiden Walzschlitten befindet. Auf wenigstens einem der Walzschlitten ist dabei eine Walzleiste mit einer Profilierung angeordnet, deren Kaliber sich während des Walzvorganges in das Werkstück eindrückt und hierbei die Umformung vornimmt. Ein derartiges Verfahren kann auch und insbesondere mit hochvergüteten Stahlrohren, insbesondere mit so genannten "Tenaris"-Rohren, durchgeführt werden, so dass eine nachfolgend durchgeführte Vergütung der so entstehenden Endprodukte nicht mehr erforderlich ist. Ebenfalls ist es möglich, zwischen den Walzschlitten mehrere Werkstücke gleichzeitig parallel zueinander rotierend zu halten, so dass eine gleichzeitige Bearbeitung einer ganzen Reihe von Werkstücken möglich ist.
Konkret ist ein derartiges Metallrohr auf einer rotierbaren Dornstange aufzunehmen, welche das Werkstück in einer definierten Position zwischen den Walzschlitten hält. Durch die rotierbare Lagerung der Dornstange und des Metallrohrs auf der Dornstange ist eine gleichmäßige Einprägung der Verformung in das Metallrohr gewährleistet.
Hierbei kann mit Vorteil die Dornstange zweiteilig ausgeführt sein, so dass ein erster Teil auf einer Seite in das Metallrohr eingeführt wird, während der zweite Dornstangenabschnitt von der anderen Seite her das Metallrohr gegenhält.
Um die Genauigkeit der Anformung einer Sicke oder einer Durchmesserverringerung zu verbessern, kann der ohnehin in das Werkstück einragende Dorn in Bezug auf sein Außenmaß derart ausgestaltet sein, dass das Außenmaß dem gewünschten Innenmaß der Verformung entspricht. Hierdurch wird einerseits verhindert, dass die Verformung durch das Kaliber der Walzleiste zu tief gerät, andererseits wird dafür gesorgt, dass das Material, welches durch die Verformung verdrängt wird, nicht notwendigerweise dahingehend ausweicht, dass eine zu starke Umformung in Richtung des Rohrzentrums zu befürchten ist.
Einer gleichermaßen zu befürchtenden zu starken Ausdünnung des Metallrohrs kann dadurch begegnet werden, dass gleichzeitig während des Walzvorgangs die Dornstangenabschnitte aufeinander zu bewegt werden. Hierdurch wird ein Druck auf die Gesamtanordnung derart ausgeübt, dass das Metallrohr seiner Länge nach gestaucht wird, wodurch der Verformung aus der Längserstreckung des Rohres zusätzliches Material zugeführt wird. Die zu befürchtende Ausdünnung ist dadurch wirkungsvoll vermieden.
Der Vertrieb der Dornstangenabschnitte aufeinander kann hierbei insbesondere mithilfe eines mechanischen Vortriebs, insbesondere eines Spindelvortriebs, eines elektromechanischen oder eines hydraulischen Vortriebs erfolgen, welche die hierfür benötigte Kraft aufbringen können.
Um ohne Weiteres mehrere Werkstücke gleichzeitig bearbeiten zu können, kann - wie bereits angesprochen - eine Anordnung mehrerer Dornstangen parallel zueinander zwischen den beiden Walzschlitten vorgesehen sein.
Im Hinblick auf die die Verformung vornehmenden, Kaliber aufweisenden Walzleisten ist es vorgesehen, eine derartige Walzleiste auf beiden Walzschlitten anzuordnen, so dass eine gleichzeitige beidseitige Verformung des Metallrohrs erfolgt. Es ist jedoch durchaus möglich, lediglich auf einem Walzschlitten eine derartige Walzleiste vorzusehen. Soweit auf beiden Walzschlitten eine derartige Walzleiste vorgesehen ist, so sind diese derart auszugestalten, dass sowohl die gegenläufige Bewegungsrichtung der Walzschlitten, als auch die gegenüberliegende Anordnung der Kaliber berücksichtigt ist.
Erfindungsgemäß werden während des Walzvorgangs die Walzschlitten, deren Walzleisten ein konstant hohes Kaliber aufweisen, unter Beibehaltung der Flächenparallelität aufeinander zu zu bewegt. Durch diese Aufeinanderzubewegung wird praktisch in gleicher Weise eine zunehmende Verformung vorgesehen, wobei es gegen Ende des Walzvorgangs ebenfalls möglich ist, einen konstanten Druck in der gewünschten Verformungstiefe aufrecht zu erhalten, indem die Walzschlitten in dieser Position bei konstantem Abstand gehalten werden.
Grundsätzlich ist es hierbei möglich, den kompletten Walzvorgang ein- oder mehrmals vorzunehmen, abhängig von den Ergebnissen des jeweils vorhergehenden Walzvorgangs.
Das Prinzip des Walzvorgangs wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels/näher erläutert, welches nicht unter den Wortlaut des Anspruches 1 fällt,
Es zeigen

Figur 1: eine lineare Umformungseinheit mit ei- nem eingelegten Metallrohr, am Ende des Bearbeitungsvorgangs, in einer seitli- chen Schnittdarstellung
Figur 2: die lineare Umformungseinheit gemäß Fig. 1 in einer seitlichen Schnittdar- stellung, wobei die Ausgangsstellung der Walzschlitten dargestellt ist,
Figur 3: die lineare Umformungseinheit gemäß Fig. 1 in einer seitlichen Schnittdar- stellung, wobei die Endstellung der Walzschlitten dargestellt ist, sowie

Figur 4: eine mögliche Walzleiste in einer per- spektivischen Darstellung von schräg oben.

Fig. 1 zeigt eine lineare Umformungseinheit 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung, wobei der Schnitt auch eines der eingelegten Werkstücke, nämlich ein Metallrohr 12 mittig durchgreift. Das Metallrohr 12 ist auf eine Dornstange 6, 6' aufgenommen, welche in zwei Dornstangenabschnitte 6, 6' unterteilt ist. Die beiden Dornstangenabschnitte 6, 6' stellen die Drehachse 11 für das Metallrohr 12 dar, um welche sich das Metallrohr 12 während eines Walzvorgangs dreht. Das Metallrohr 12 ist während eines Walzvorgangs umgeben von zwei Walzschlitten 3, 4, welche jeweils mit einer Anordnung von Schienen 7 über eine entsprechende Schienenführung 8 mit einem Walzgerüst 2, welches im Wesentlichen die Umformungseinheit 1 nach außen begrenzt, geführt sind. Hierbei ist es jeweils möglich, etwa den oberen Walzschlitten 3 aus der Zeichenebene heraus zu verschieben und gleichzeitig den unteren Walzschlitten 4 in die Zeichenebene hinein, also gegenparallel zum oberen Walzschlitten 3, zu bewegen. Das hierbei zwischen den beiden Walzschlitten 3, 4 eingeklemmte Metallrohr 12 macht hierbei eine Rotation mit, so dass letztlich die an den Walzschlitten 3, 4 angeordneten Walzleisten 5 kontinuierlich über den kompletten Umfang des Metallrohrs 12 geführt werden. Die Walzleisten 5 weisen hierbei ein Kaliber 16 auf, dessen Höhe mit zunehmendem Walzfortschritt ansteigt, so dass eine zunehmende Verformung 14 des Metallrohrs 12 an den hierfür vorgesehenen Stellen erfolgt.
Um eine im Bereich der Verformungen 14 zu erwartende Ausdünnung des Materials zu verhindern, ist im Bereich zumindest eines der Dornstangenabschnitte 6, 6' ein Spindelvortrieb 9 vorgesehen, welcher während des Bearbeitungsvorgangs eine Stauchung des Metallrohrs 12 vornimmt und somit dem Verformungsbereich des Metallrohrs 12 zusätzliches Material aus der Längserstreckung des Metallrohres 12 zuführt. Ein Antrieb 10 sorgt für eine gleichmäßige Rotation der Dornstange 6, 6'.
Fig. 2 zeigt die Umformungseinheit 1 in ihrer Ausgangsposition, also in einer Position, in der sämtliche Kaliber 16 der Walzleisten 5 vollständig eben sind, also das Metallrohr 12 flächig eben zwischen den Walzschlitten 3, 4 eingespannt ist. In dieser Position ist zu erkennen, dass die Dornstangen 6, 6' in ihrem innen liegenden Bereich eine Dornspitze 13 kleineren Außenumfangs aufweisen, deren Außenumfang dem gewünschten Innenumfang der Verformung 14 entspricht. Die Umformungseinheit 1 wird also lediglich eine Verformung 14 bis zum Außenumfang der Dornspitze 13 vornehmen können. Eine Abschnürung des Metallrohres 12 ist damit vermieden. Gleichzeitig kann auch die weitere Form der Dornspitze 13 die gewünschte Form der Verformung 14 weiter unterstützen.
Aus der gezeigten Position heraus wird sich der obere Walzschlitten 3 auf den Betrachter zu, also aus der Zeichenebene heraus bewegen, während sich der untere Walzschlitten 4 in die Betrachtungsebene hinein begibt.
Fig. 3 zeigt schließlich die Umformungseinheit 1 in ihrer Endstellung, in welcher die Walzleiste 5 mit ihrem Kaliber 16 die größtmögliche Verformung 14 in das Metallrohr 12 eingeprägt hat. Im konkreten Fall wird auf der Seite des Dornstangenabschnitts 6 eine Verformung 14 vorgenommen, während auf der Seite des Dornstangenabschnitts 6' eine Schnauzenöffnung 15 geformt wird. Die ansonsten über den Fortschritt des Walzvorgangs anwachsende Kaliberhöhe wird in diesem Endbereich über einen Zeitraum hinweg gehalten, so dass eine Materialentspannung und eine damit zu erwartende Rückverformung vermieden wird.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Walzleiste 5 mit einem über die Länge der Walzleiste 5 ansteigenden Kaliber 16. In einem ersten Abschnitt ist das Kaliber 16 vollkommen eben, steigt dann kontinuierlich an und weist schließlich in einem Endabschnitt 17 eine konstante Höhe auf, welche zur Haltung des Enddrucks auf die dem Metallrohr 12 zugefügten Verformungen 14 vorgesehen ist.
Vorstehend ist somit ein Verfahren zur Kaltumformung von Metallrohren beschrieben, welches das Hinzufügen von Verformungen in ein derartiges Metallrohr ermöglicht, weitere Nachbearbeitungsschritte wie eine spanende Bearbeitung oder eine Warmumformung vermeidet und eine hohe Produktionsrate durch mehrere parallele mögliche Werkstücke begünstigt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Umformungseinheit
2: Walzgerüst
3: Oberer Walzschlitten
4: Unterer Walzschlitten
5: Walzleiste
6,6': Dornstange
7: Schiene
8: Schienenführung
9: Spindelvortrieb
10: Antrieb
11: Drehachse
12: Metallrohr
13: Dornspitze
14: Verformung
15: Schnauzenöffnung
16: Kaliber
17: Endabschnitt

Claims

Verfahren zur Kaltumformung von Metallrohren (12) mithilfe einer linearen Umformungseinheit (1), bei dem das umzuformende Metallrohr (12) zwischen zwei Walzschlitten (3,4) derart rotierbar gelagert wird, dass das Metallrohr (12) bei einer gegenparallelen Verschiebung der Walzschlitten (3,4) durch wenigstens eine an einem der Walzschlitten (3,4) angeordnete Walzleiste (5) eine Verformung (14) erfährt,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Walzleiste (5) ein Kaliber (16) konstanter Höhe aufweist, wobei die gegenparallele Verschiebung der Walzschlitten (3,4) mit einer Annäherungsbewegung unter Beibehaltung der Flächen parallelität überlagert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallrohr (12) auf einer rotierbaren Dornstange (6) aufgenommen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dornstange (6) zweiteilig ausgeführt ist, wobei jeweils ein Dornstangenabschnitt (6,6') in eines der beiden Enden des Metallrohrs (12) eingeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenmaß wenigstens eines Dornstangenabschnitts (6,6') dem gewünschten Innenmaß der Verformung (14) entspricht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dornstangenabschnitte (6,6') während eines Walzvorgangs aufeinander zu getrieben werden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vortrieb der Dornstangenabschnitte (6,6') mittels eines mechanischen Vortriebs, insbesondere eines Spindelvortriebs (9), eines elektromechanischen oder eines hydraulischen Vortriebs erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dornstangen (6,6') parallel zueinander zwischen zwei Walzschlitten (3,4) vorgesehen sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein Walzschlitten (3,4) wenigstens eine Walzleiste (5) aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Walzschlitten (3,4) Walzleisten (5) aufweisen, wobei die Walzleisten (5) jeweils paarweise zueinander geformt sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherung der Walzschlitten (3,4) nach Erreichen der gewünschten Verformungstiefe endet.