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Verfahren und Walzwerk zur Herstellung von Hohlblöcken aus
Vierkantingots zur Erzeugung nahtloser Rohre
Der Rohstoff fürdie Herstellung nahtloser Rohrebestehtaus Ingots oder aus Knüppeln von rundem oder viereckigem Querschnitt.
Der erste Arbeitvorgang, den dieser Vollblock üblicherweise erfährt, ist das Lochen, welches auf dem Mannesmann-Schrägwalzwerk bei rundem Vormaterial oder auf der Stempellochpresse nach Ehrhardt bei vierkantige Vormaterial durchgeführt wird. Das Lochen im Schrägwalzwerk bedingt ein Vormaterial von höchster metallurgischer Qualitätauf Grund der hohen Beanspruchungenan der Oberfläche des Blockes und an der Innenseite des Hohlblockes, so dass der runde Vorblock meistens vorgewalzt und geschält wird.
Bei Verwendung von runden, von unten her gegossenen Ingots ist die Ausbringung an Halbzeug niedrig, sei es wegen der Giessfehler an der Oberfläche oder unter der Gusshaut, sei es wegen der Poren, EinschlUsse und Segregationen im Querschnitt des Ingots. Diese nicht leicht auszuschaltenden Fehler geben beim Schräglochen sehr oft Anlass zum Entstehen von Rissen in den Oberflächen des Hohlblockes. Das Vormaterial muss infolgedessen von guter metallurgischer und physikalischer Qualität sein und ist dementsprechend sehr teuer.
Aus diesem Grunde hat sich die Röhrenherstellungstechnik auf das Lochen von quadratischen bzw. runden Ingots auf Pressen durch einen Lochstempel eingestellt. Die Innenwand dieser gelochten Hohlblöcke ist fehlerfrei und glatt auch bei Verwendung von gewöhnlichem Stahl, wie z. B. Thomasstahl, u. zw. insbesondere dann, wenn mit einer Streckung von 20 bis 30 % gelocht wird. Allerdings ergeben sich bei diesem Arbeitsvorgang mit zunehmendem Lochdurchmesser verschiedene Nachteile, welche sich ungünstig auf das Endprodukt auswirken und welche im folgenden angeführt seien :
1.
Während des Fliessens des Stahles an die Wand der Lochmatrize wird der mitgeführte Zunder vom Stahl abgedrückt und bildet oft schädliche Riefen auf der Oberfläche des Hohlblockes, welche dann bei der weiteren Verarbeitung Anlass zu Oberfl1tchenfehlern des Rohres geben.
2. Gegen Ende des Lochens, ungefähr bei 2/3 des Eindringens des Lochstempels, wird der restliche Teil des Vierkantingots zu einem runden Querschnitt aufgestaucht, so dass die zum Lochen benötigte Kraft sich bis auf das Doppelte erhöht, was zu überdimensionierten Pressen und zu kostspieligem und gefährlichem Abnutzen des Lochkopfes und der Lochmatrize führt.
3. Die Stempellochung ist nie vollständig und der Boden (das Ende) des gelochten Blockes muss anschliessend mit Stahlverlust abgeschnitten werden oder im Schrägwalzwerk durchgelocht werden, wobei leicht Aussen-und Innenrisse auftreten, welche Materialverluste am fertigen Produkt hervorrufen.
4. Der gelochte Stahlkörper hat eine konische Form, welche sich als ungünstig für die Weiterverarbeitung erweist.
5. Das Einführen des Ingots in die Lochmatrize, der Austritt des Hohlblockes aus derselben sowie das Abziehen des Dornes an derselben Seite der Lochmatrize bedingen einen erheblichen Zeitaufwand, welcher den Arbeitsrhythmus und infolgedessen die Stückfolge begrenzt.
6. Der feste Lochkopf, welcherschon infolge derangeführten Umstände stark beansprucht wird, bleibt während des Austretens des Hohlblockes aus der Matrize und während des Abziehens des Dornstempels aus dem Hohlkörper in Berührung mit dem warmen Material ; er wird sehr heiss und verlangt eine bestimmte Abkühlungszeit, welche den Arbeitsrhythmus begrenzt ; er reisst sehr leicht und muss deshalb sehr oft gewechselt werden.
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7. Die äussere Metallschicht des Hohlblockes kühlt sich, durch Berührung mit der kalten Lochmatrize rasch ab, so dass der Hohlkörper eine Zwischenerwärmung erhalten muss, bevor eine WeiteiverarbeLEung stattfinden kann.
Alle diese Nachteile, welche eine starke Verminderung des Ausbringens und eine Erhöhung der Verarbeitungskosten bedingen, werden durch die Erfindung beseitigt. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von runden Hohlkörpern aus Vierkantingots oder Vierkantknüppeln im warmen Zustand besteht nämlich darin, dass der Ingot durch eine axiale Druckkraft, die kleiner ist als der Druckverformungswiderstand des Gesamtquerschnittes des Ingots, mit dem vorderen Ende durch eine Zentrierflihrung gegen eine Vorspitze eines feststehenden Locbstopfens, welcher im Rundkaliber eines angetriebenen Walzenpaares zentriert ist, gestossen wird, wobei ein Vorloch gebildet und der Ingot aufgeweitet wird und dass der vorgelochte Vierkantingot durch weiteres Vorstossen dem Angriff der Walzen ausgesetzt wird,
durch welche er über dem eigentlichen Lochstopfen grösseren Durchmessers zu einem runden, zylindrischen Hohlblock gleichzeitig mit dem an der Vorspitze weiter fortschreitenden Vorlochprozess und kontinuierlich ausgewalzt wird.
Die Bildung des Vorloches durch die Vorspitze mittels des axialen Druckes und das anschliessende Stopfenwalzen des Werkstückes beim Vorrücken durch die Kaliberwalzen über den Lochstopfen mit grösserem Durchmesser ist ein gleichzeitiger und kontinuierlicher, kombinierter Verformungsvorgang, welcher mit "Presslochwalzen" bezeichnet wird.
Zwischen der Vorspitze und dem eigentlichen Walzstopfen befindet sich ein kurzer, zylindrischer Teil, welcher das Vorrücken des Werkstückes ohne weiteres Ansteigen der Druckkraft ermöglicht, damit nach dem Greifen die Kaliberwalzen an denvier Werkstlickkanten eine genügende Kontaktfläche für die Durchführung der anschliessenden Verformung zu runder Form und grösserer lichter Weite des Werkstückes aufbauen können. In jedem Falle ist der grösste Querschnitt der Vorspitze etwa ein Fünftel oder weniger des ganzen Querschnittes des Vierkantingots. Dieses Verhältnis der Querschnitte ist ungefähr dasselbe, welches zwischen dem spezifischen Druckverformungswiderstand und dem spezifischen Lochverformungs- widerstand bei freier Lochung durch eine Dornspitze bei gleicher Temperatur besteht.
Der grösste Quer-
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falls das Walzkaliber flach-oval anstatt kreisrund ist.
Die Erfindungbetrifft ferner auch ein Presslochwalzwerk zur Durchführung des Verfahrens, welches aus einem in Richtung der Ingotachse vor-und zurückbewegbaren Druckstempel, aus einer Zentiierführuag, die den Vierkantingot koaxial zum Druckstempel führt, aus einem Paar angetriebener, ein koaxial zum' Druckstempel stehendes Rundkaliber bildender Walzen und aus einem dem Druckstempel entgegengestellten, feststehenden Lochstopfen besteht, welcher in denRundkaliber derWalzen ragt und koaxial ur Achse des Druckstempels und zur Zentrierführung angeordnet ist und welcher entgegen der Ingot- Vorschubrichtung in einer noch vor dem Angriffsbereich der Walzen gelegenen Vorspitze endigt.
Weitere Merkmale des Gegenstandes der Erfindungwerden im folgenden anHand der Zeichnungen erläutert, welche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung darstellen. Hiebei zeigt Fig. 1
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Kaliberwalzen an den vier Werkstückkante angelangt ist. Fig. 4 ist ein Längsschnitt des Piesslochwalz- werkes und des Werkstückes während des kombinierten und gleichzeitigen Vorlochungs-und Stopfenwalzvorganges. Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 4 beim Greifen des Walzenkaliber auf den Werkstückkanten. Fig. 6 ist ein Querschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4 durch den maximalen Stopfendurchmesser im Walzenzentrum.
Fig. 7 zeigt ein Detail im Längsquerschnitt des Druckplungers, Fig. 8 zeigt dasselbe Detail am Ende des Durchlochungsvorganges und Fig. 9 ist ein Längsschnitt des Press-
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stopfen c"', d die Lochstopfenstange und l ein Paar angetriebener Walzen mit Rundkaliber.
DerWalzvorgang geht folgendermassen vonstatten : Bei Beginn des Vorganges (Fig. 9) befindet sich der Vierkantingot L in Eintrittsstellung in die Zentrierführung b. Er wird dann unter Vorschubdruck durch den Druckstempel a zu den Walzen hin bewegt. Das Vorlochen ist in den Fig. 1 und 2 ersichtlich und dasGreifen der Werkstückkanten durch die Kallberwalzen in den Fig. 3 und 4. Auf der Strecke entsprechend dem
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zylindrischen TeU e"des Lochstopfens zwischen den Querschnitten nach den Fig. 3 und 5 baut sich eine ausreichende Kontaktfläche zwischen Kaliberwalzen und Werkstück auf, u. zw. unter konstantem Vor- schubdruck von m Dmckstempel a her, wobei kein Ansteigen des Lochungswiderstandes eintritt.
Zwischen dem Querschnitt V-V und dem Querschnitt VI-VI erzeugt die Greifkraft der angetriebenen Kaliberwalzen l die weitere Verformungsarbeit zur Rundung desWerkstückes L und zur Aufweitung des Loches, so dass ein. Hohlblock E entsteht.
Aus den Fig. 7 und 8 ist ersichtlich, dass der Druckstempel a einen Inneren Plunger k aufweist, welcher mit der Stirnfläche des Druckplungers bündig ist, bis diese Stirnfläche gegen Ende des Pressloch- Walz-Vorganges an der Vorspitze c'angelangt ist.
Nun wird der Innenplunger k mittels des Bundes n der Zugstange m, welche starr mit dem Innenplunger k verbunden ist, durch den in fixer Lage sich befindenden Anschlag o am weiteren Vorgehen gehindert, während sich der Druckstempel a weiterhin bis auf einen geringen Abstand dem Walzenkaliber nähert. Die Vorspitze kann so in den freien zentralen Raum des Druckstempels eindringen und den Ingot vollends durchlochen.
Nach vollständiger Durchlochung des Ingots wird die Stopfenhaltestange d in die Position nach Fig. 9 zurückgezogen. Der Lochstopfen c fällt hiebei ab, um gekühlt und durch einen frischen Stopfen ersetzt zu werden. Der Hohlkörper wird seitlich ausgeworfen, währenddessen ein neuer Ingot L in die Zentrierführung eingebracht und die Stopfenhaltestange mitStopfen indieArbeitsposition nachFig. l gebracht wird.
Anstatt des dreiteiligen Lochstopfens c'-c"-c"'kal1nauchein dem jeweiligen Vorgang allfällig besser entsprechender konischer Stopfen verwendet werden.
Anstatt der festen Zentrierführung kann auch ein System von aufeinanderfolgenden, mit vier V-förmigen Rollen versehenen Käfigen zur Führung und Zentrierung des Vierkantblockes Verwendung finden.
Während des Aufweitens (Aufwölbens) des Ingots unter der Wirkung der Vorspitze vor dem Angreifen der Duowalzen wird der Walzzunder durch Aufspritzen von Druckwasser entfernt.
Ausser der Beseitigung der anfangs angeführten Nachteile der üblichen Lochpressen und Lochschräg- walzwerke bietet das Presslochwalzwerk gemäss der Erfindung noch den Vorteil, Hohlkörper verschiedener Dimensionen von einer einzigen Ausgangsdimension des Vollblockes, lediglich durch Auswechseln des Lochstopfens und der Kaliberwalzen, herstellen zu können.
Die Hauptvorteile bilden die hohe St ! 1ckleistung pro Stunde, die geringe Abnützung der Werkzeuge, die gute Qualität der Hohlblöcke, die genau zylindrische Form und die vollständige Durchlochung des Hohlblockes sowie die Ausschaltung einer Zwischenglühung infolge der geringen Abkühlung der Aussenschicht des Hohlkörpers.
PATENTANSPRÜCHE :
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durch gekennzeichnet, dass der Ingot durch eine axiale Druckkraft, die kleiner ist als der Druckverformungswiderstand des Gesamtquerschnittes des Ingots, mit dem vorderen Ende durch eine Zentrierführung gegen eine Vorspitze (c') eines feststehenden Lochstopfens, welcher im Rundkaliber eines angetriebenen Walzenpaares zentriert ist, gestossen wird, wobei ein Vorloch gebildet und der Ingot aufgeweitet wird, und dass der vorgelochte Vierkantingot durch weiteres Vorstossen dem Angriff der Walzen ausgesetzt wird, durch welche er über dem eigentlichen Lochstopfen (c"') grösseren Durchmessers zu einem runden, zy- lindrischen Hohlblock gleichzeitig mit dem an der Vörspitze (c')
weiter fortschre1tenden Vorlochprozess und kontinuierlich ausgewalzt wird.