Verfahren zum Strecken von metallischen Hohlkörpern über einen Dorn und zur. Durchführung dieses Verfahrens bestimmte Walzkaliberreihe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strecken von metallischen Hohlkörpern, insbeson dere von nahtlosen Rohren, über einen Dorn und eine zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmte,
aus losen oder angetriebenen Walzen bestehende Walz- kaliberreihe.
Bei einem bekannten, vielfach angewendeten Verfahren wird eine Anzahl von Kalibern benötigt, die gleichgross oder grösser als der Streckungsfaktor ist, das heisst als das Verhältnis der Länge des ge streckten Werkstückes zu seiner ursprünglichen Länge. Die; Durchlässe der bei diesem Verfahren verwendeten Kaliber nähern sich weitgehend der kreisrunden Form;
doch finden in den einzelnen Kalibern nur kleine Streckungen statt, um das Ent stehen von Graten an den Walzenfugen zu vermei- den. Die Anzahl von Kalibern, die heute in Stoss- bänken verwendet werden, ist seitdem etwas geringer geworden, doch entspricht sie immer noch annähernd dein Streckungsfaktor und ist in Rohrwalzwerken,
praktisch unverändert geblieben, das heisst immer noch grösser als der Streckungsfaktor. Das Verlan gen, das gewichtsmässige Ausbringen an Rohren so wie deren Länge immer mehr zu steigern, die Her stellungskosten dabei immer mehr zu senken, erfor dert neue Methoden, um diesen Forderungen Genüge leisten zu können.
Bekannt sind auch Verfahren, bei welchen meh rere, Kaliber verwendet werden, deren Walzen konvexe oder gerade Profile besitzen, in welchen grössere Einzelstreckungen erreicht werden können als in Kalibern, deren Walzen durchaus konkave Profile haben; doch gilt dies nur dann bzw. nur so laige, als das Verhältnis der Wandstärke des Werk stückes zum Dorndurchmesser gross genug ist.
Da aber die Wandstärke - und daher auch die genannte Verhältnisziffer - in jedem Kaliber einer Kaliber reihe ständig abnimmt, wird die Streckfähigkeit sol cher Kaliberreihen unbefriedigend, und es stellen sich, hiervon abgesehen, auch sonstige Nachteile ein.
Es ist auch wohlbekannt, dass die Gratbildungs- gefahr der Steigerung der Streckungen in den Kali bern von Kaliberreihen der bisherigen Praxis wegen der zu gross werdenden Breitung eine Grenze setzt.
Dies gilt auch bezüglich solcher bekannter Ver fahren, bei welchen, mehrere drehversetzte Kaliber üblicher Walzenzahlen je Kaliber verwendet werden, die aus Walzen bestehen, bei denen einerseits durch von konkaven, insbesondere zur Werkstückachse konzentrischen, gegebenenfalls gegen ihre Enden erweiterten Mittelabschnitten ausgeübte,
radialgerich- tete Walzkräfte an überwiegenden Teilen des Werk stückumfanges die Wandstärke abgestreckt wird, und bei denen anderseits der Werkstoff unter Mitbetei- ligung der breitenden Kaliberwirkung an den rest lichen, um die Walzenfugen herum gelegenen Teilen des Werkstückes dort Längsrippen bildet, wo die konkaven Mittelabschnitte der Walzen über je einen Wendepunkt in konvexe Abrundungen übergehen.
Zum Unterschied von den bekannten Verfahren der bisherigen Praxis, bei welchen bei zu grossen Streckungen Werkstoff als Breitung in die Walzen fugen einquillt, schafft die Erfindung ein Verfahren, das gestattet, einen erheblichen Teil der in Ent stehung begriffenen Breitung in den Längsstreckungs- vorgang einzubeziehen und dadurch das schädliche Anwachsen der Breitung zu verhindern.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass in den vor Erreichung der Fertigwandstärke am Werk- stückumfang oder an Teilen desselben liegenden Kalibern. einerseits die mindestens näherungsweise zur Werkstückachse konzentrischen konkaven Mittel- abschnitte der Walzen in den sich folgenden n Ka libern der genannten Art so weit in das Werkstück zum Eindringen gebracht werden,
dass der aus der Verhältniszahl solsn - nämlich aus dem Verhältnis der kleinsten Wandstärke so des in das erste dieszr einander folgenden Kaliber eintretenden Werkstückes zur kleinsten Wandstärke s" des aus dem raten dieser Kaliber austretenden Werkstückes - errechnete Durch- schnittswert
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mindestens <B>1,26</B> beträgt,
ferner dass die von den Wendepunkten ausgehenden nichtkonkaven End abschnitte der Walzen im Falle von-konzentrischen Mittelabschnitten mit ihren den Mittelabschnitten zugekehrten Enden bis zur gleichen Tiefe in das Werkstück eindringen wie die Mittelabschnitte selbst und im Falle von vom Konzentrischen etwas nach aussen abweichenden konkaven Mittelabschnitten beinahe bis zur gleichen Tiefe eindringen wie die grösste Eindringtiefe der konkaven Mittelabschnitte,
und dass anderseits die zwischen den Mittelabschnit ten benachbarter Walzen liegenden Werkstückteile samt den an diesen Teilen in Bildung begriffenen Rippen durch von den Endabschnitten benachbarter Walzen innerhalb des Eintrittsumrisses des Werk stückes ausgeübte und sich zu einer zentrisch ge richteten Resultierenden ergänzende schräggerichtete Walzkräfte, unter teilweisem Abführen in Längs richtung der durch Bzeitung anfallenden Werkstoff menge,
innerhalb des jeweiligen Eintrittsumrisses ab- gestreckt werden.
Das Verhältnis der kleinsten Eintrittswandstärke zur kleinsten Austrittswandstärke des Werkstückes kann in allen der sich folgenden Kaliber der ge nannten Art grundsätzlich gleich gross wie der be reits erwähnte Durchschnittswert
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sein, welch letzterer Wert erfindungsgemäss min destens 1,26 beträgt. In der Praxis ist diese theore tische Möglichkeit jedoch kaum zu verwirklichen,
noch weniger aufrechtzuerhalten. Die Kaliber sind im muhen Warmwalzbetrieb niemals 100 % ig genau; auch nutzen sich die Walzen der Kaliber wie auch der Dorn ungleichmässig ab.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bestimmte Kaliberreihe mit mehreren gegeneinander drehversetzten Kalibern mit losen oder angetriebenen Walzen, welche einen konkaven, mindestens näherungsweise zur Werkstückachse kon zentrischen sowie durch zwei Wendepunkte begrenz ten, überwiegenden 1\4ttelbereich und beiderseits davon je einen von dem Wendepunkt ausgehenden, nichtkonkaven,
zur Walzenstirnseite hinstrebenden Endabschnitt aufweisen, zeichnet sich erfindungs gemäss dadurch aus, dass der Kleinstabstand des Mittelabschnittes von der Dornachse höchstens das 0,83fache des kleinsten Umrissabstandes des in das Kaliber eintretenden Werkstückes von der Dorn- achse plus dem 0,17fachen des Dornhalbmessers be trägt,
und daS die Endabschnitte, ausgehend von den Wendepunkten in konvexem oder konvexem mit anschliessendem geradem oder völlig geradem Verlauf zu dem Eintrittsumriss des Werkstückes und zur Walzenfugenmittellinie hinstreben, wobei zwei benachbarte Endabschnitte einen im Querschnitt keilartigen Raum begrenzen.
Das Profil der Walzen in den Kalibern zur Aus übung des erfindungsgemässen -Verfahrens besteht also aus einem überwiegenden Mittelabschnitt, der mindestens näherungsweise zur Werkstückachse kon zentrisch ist, das heisst in diesem Zusammenhang,
dass er entweder ganz auf dem in das Kaliber ein geschriebenen Kreis liegt oder von diesem von der Mitte gegen die Enden des Mittelabschnittes gening- fügig nach aussen abweichende konkave Gestalt hat, und aus zwei nichtkonkaven Endabschnitten, die an die Wendepunkte darstellende Enden des Mittel abschnittes angeschlossen sind.
Die Enden der Mittel abschnitte stellen Wendepunkte dar, weil die in diesen Punkten an die Mittelabschnitte jeweils anzulegende Tangente erkennen lässt, dass der Mittelabschnitt an der einen und der am betreffenden Wendepunkt angeschlo,ssenie Endabschnitt an .der antdern Seite der Tangente liegt und somit das Walzenprofil im be treffenden Wendepunkt die Richtung wechselt.
Die von den Wendepunkten ausgehenden Endabschnitte dringen bis zur gleichen Tiefe in das Werkstück ein wie die anschliessenden konzentrischen Mittel abschnitte bzw. bis zu einer unbedeutend geringeren Tiefe wie die anschliessenden konkaven Mittel abschnitte eindringen. Die Endabschnitte streben, von den Wendepunkten ausgehend, sowohl dem je weiligen EintrittsumrIss des Werkstückes als auch der jeweils benachbarten Fugenmittellinie zu.
Dabei ist unter Eintrittsumriss der Umriss des in die Kaliber jeweils eintretenden Werkstückes zu verstehen, und unter Fugenmittellinie eine radiale Gerade, die in der Mitte der Walzenfuge zwischen den jeweils benachbarten Kaliberwalzen liegt.
Die Endabschnitte der Walzenprofile sind vorteil haft möglichst schmal, aber auch nicht zu schmal, damit die am Werkstück zwischen den benachbarten Endabschnitten benachbarter Walzen entstehenden kleinen Rippen nicht zu steile Flanken erhalten, die im folgenden winkelversetzten Kaliber nicht leicht niederwalzbar wären.
Das Werkstück wird zwischen den benachbarten Endabschnitten, innerhalb des jeweiligen Eintrittsumrisses des Werkstückes, durch von den Endabschnitten ausgeübte, schräggerichtete Walzkräfte von beiden Seiten her einer Walzung unterworfen, durch welche ein hinreichender Teil der in Bildung begriffenen Breitung aus der Quer richtung nach der Längsrichtung des Werkstückes abgedrängt wird, was zur Wirkung hat,
dass die zwischen den benachbarten Endabschnitten ent stehenden Längsrippen so gering bleiben, dass die selben trotz höchster Längsstreckungen des Werk stückes nicht bis an den jeweiligen Eintrittsumriss des Werkstückes heranwachsen. Dies bedeutet, dass an den Walzenfugen, auch in Kalibern der üblichen Walzenzahlen je Kaliber, Einzüge entstehen, was gerade das Gegenteil einer Gratbildungstendenz dar stellt.
Durch die besagte Walzung zwischen den benach barten Endabschnitten erfahren die starken Längs streckungen des Werkstückes eine weitere Erhöhung; auch wird das Werkstück gegenüber den Walzen fugen an den Dorn angepresst, wodurch dort das Ent stehen der bekannten Abhebungen vom Dorn ver hindert wird.
Die Ausbildung des Walzenprofils der erfindungs gemässen Kaliber ist am günstigsten, wenn die Mittel- abschnitte derselben konzentrisch zur Werkstück längsachse verlaufen. Doch können noch immer günstige Resultate erreicht werden, wenn die Mittel abschnitte der Walzen vom Konzentrischen etwas nach aussen abweichend konkav gestaltet sind und die Wendepunkte, von welchen die Endabschnitte ausgehen, um höchstens ein Viertel des Unterschiedes zwischen der kleinsten Eintrittswandstärke und der kleinsten Austrittswandstärke des Werkstückes ausser halb des in das jeweilige Kaliber eingeschriebenen Kreises liegen.
In den Kalibern zur Ausübung des erfindungs-. gemässen Verfahrens können die erreichbaren, sehr grossen Kaliberstreckungen trotz sinkender Wand stärke unverändert gross bleiben, obwohl die Ver hältnisziffer der Wandstärke zum Dorndurchmesser in stärkeren Schritten absinkt, wenn in den Kalibern gleichgrosse Streckungen ausgeübt werden.
Daher ist das erfindungsgemässe Verfahren hervorragend ge eignet, die grosse Wandstärke von Werkstücken in wesentlich weniger reinen Streckkalibern als in der bisherigen Praxis auf seine vorfertige Wandstärke zu verringern, nämlich auf eine Wandstärke, die un mittelbar vor Erreichung der Fertigwandstärke des Werkstückes liegt, die an Werkstückumfang oder an Teilen desselben im Fertigrundkaliber bzw. im Vor rundkaliber hergestellt wird.
In jedem der einander folgenden Kaliber entsteht eine ausserordentlich ge ringe Breitung, so dass in diesen Kalibern, das Volu menverhältnis des in Längsrichtung verdrängten Werkstoffes zu dem als Breitung in Querrichtung verdrängten Werkstoff bedeutend günstiger als in bisher angewandten: Kalibern der Praxis ist. Dieses Volumenverhältnis ist in Kalibern, die aus 5 bis 7 Walzen gebildet sind, am günstigsten;
auch bilden sich in diesen Kalibern stärkere Einzüge als in Kali bern, die aus weniger Walzen bestehen.
Trotz einer scheinbaren Ähnlichkeit dürfen die Kaliber der erfindungsgemässen Kaliberreihe keines wegs mit den hier im einleitenden vierten Absatz der Beschreibung erwähnten, der Gratbildungsgefahr aus gesetzten bekannten Kalibern verwechselt werden, weil die letzteren keineswegs jene besonderen Merk male aufweisen, welche die erfindungsgemässe Kali- berreihe kennzeichnen.
Dass die Merkmale verschie den sein müssen, folgt auch aus der Tatsache, dass in den Kalibern der erfindungsgemässen Kaliberreihe, auch wenn dieselben eine der üblichen Walzenzahlen besitzen, die Gratbildungsgefahr auch bei höchsten Streckungen vollkommen ausgeschaltet ist.
Es wurde bereits bemerkt, dass die Kaliber im rauhen Warmwalzbetrieb niemals 100%ig genau sind, und dass sich die Walzen der Kaliber wie auch der Dorn im Betrieb ungleichmässig abnützen, so dass gewisse Massabweichungen vom Sollwert der Ab messungen der Kaliber der erfindungsgemässen Ka- liberreihe unvermeidlich sind, die eine gewisse To leranz erfordern. Die Abnahmebedingungen für naht lose Rohre sehen für Massabweichungen, z.
B. bei warmgewalzten Rohren, unter anderem eine plus- Toleranz von<B>15%</B> für L7berschreitung der Wand stärke vor. Das erfindungsgemässe Merkmal für den Kleinstabstand der Mittelabschnitte der Kaliber- walzen von der Dornachse hat daher vorzugsweise mit Rücksicht auf mögliche Massabweichungen iii einzelnen Kalibern eine um höchstens 51'0 geringere Abnahme der Wandstärke zuzulassen,
als der durch- schnittlichen Abnahme der Wandstärke bei dem ge ringsten Durchschnittswert von 1,26 entspricht, welch unbedeutender Unterschied dann ohnehin durch die übrigen Kaliber zumindest ausgeglichen wird.
Die erwähnte eventuelle unbedeutende Verringerung der Abnahme der Wandstärke in einzelnen der Kaliber ist jedoch auch aus dem Grunde zulässig, weil die Streckungen in den betreffenden Kalibern bei ausser ordentlich geringer Breitung immer noch grösser sind als in den Kalibern der bisherigen Praxis und weil sich infolge der geringen Breitung Einzüge an den Walzenfugen bilden, eine Erschzinung,
die das ge naue Gegenteil einer Gratbildungstendenz bedeutet. Die Errechnung des Durchschnittswertes
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kann im Betrieb einfach und schnell erfolgen, wäh rend die Ermittlung und Kontrolle des Verhältnisses der jeweiligen kleinsten Eintrittswandstärke zur kleinsten Austrittswandstärke in jedem einzelnen der einander folgenden Kaliber der erfindungsge- mässen Kaliberreihe zeitraubend und den Betrieb aufhaltend wäre.
An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert: Fig. 1 zeigt ein Dreiwalzenkahber, Fig. 2 ein Sechswalzenkaliber. Das Dreiwalzenkaliber der Fig. 1 hat mit voller Linie gezeichnete Walzen mit einem Profil, das aus einem zur Werkstückachse konzentrisch konkaven Mittelabschnitt f -f und aus an seine beiden, Enden angeschlossenen, dem Umriss c des eintretenden Werkstückes zustrebenden,
konvexen Endabschnitten f-g besteht. Der Dorn ist mit<I>b</I> bezeichnet. Der Um-. riss des fertigen Rohres ist nicht eingezeichnet.
Die Fig. 1 zeigt vergleichsweise auch zwei Kali ber des Standes der Technik: Dabei liegen mit ge- brochener Linie angedeutete, konkav geformte Walzen. m, deren Profilhalbmesser grösser ist als der Halbmesser des eintretenden Werkstückes und deren Profilendpunkte am Eintrittsumriss liegen, sowie drei mit strichpunktierter Linie -gezeichnete Walzen n, deren Profil nur konvex geformt ist,
mit End- punkien am Eintrittsumriss des Werkstückes.
Die" Walzen e greifen mit ihren Mittelabschnitten tief in das Werkstück ein, und stellen an Überwiegen- den Teilen seines Umfanges eine gleichmässige kleinste Wandstärke von weniger als 0,83 der Wand stärke des eintretenden Werkstückes her, während ihre Endabschnitte das Werkstück innerhalb des.
Eintrittsumrisses gleichfalls weitgehend bearbeiten, was aus der grösseren Werkstoffverdrängung durch die Endabschnitte am besten, ersehen werden; kann. Die Walzen e verdrängen bei der Walzung insgesamt wesentlich mehr Werkstoff als die Walzen<I>m</I> oder<I>n</I> und erzeugen daher eine viel grössere Streckung als die letzteren.
Die im Bereich der Endabschnitte der benachbarten Walzen e wirkenden, schräggerichteten Walzkräfte 1 bis 4. pressen den Werkstoff an den Dorn an und verhüten dadurch das Entstehen der bekannten örtlichen Abhebungen;
sie unterwerfen den Werkstoff im, Bereich der benachbarten End abschnitte, samt jenen der entstehenden Rippen, einer Streckung, durch die ein. Teil der anfallenden Breitang in. Längsrichtung abgeführt wird. Dadurch finden die Rippen-, auch bei höchsten Streckungen, innerhalb des Eintrittsumrisses des Werkstückes, ohne denselben zu erreichen, genügend Raum, wo durch die Gefahr einer Gratbildung vollkommen ausgeschlossen ist.
Im. Gegensatz hierzu können die Streckungen in Kalibern mit rein konkaven Rollenprofilen, wie z. B. jene der Walzen m, wegen der Gratbildungsgefahr nicht über eine gewisse;
Grenze gesteigert werden, weil an den Walzenenden eine Walzung innerhalb des Eintrittsumrisses kaum geleistet wird und die Voraussetzungen nicht gegeben sind, dass ein ger nügender Teil der in Bildung begriffenen Breitang in Längsrichtung abgeführt wird, um das Entstehen von Graten auszuschliessen.
Nach Eindringen des Werkstückes in das aus den Walzen e gebildete Kaliber steht je ein Teil der Mantelfläche der benachbarten Walzenden mit den Flanken der entstehenden Rippen in Berührung;
diese Walzenenden üben während der Walzung, von beiden Seiten her, in jedem Punkt der BerÜhrungs- fläche schräggerichtete Walzkräfte auf den Werk stoff der Rippen aus.
Diese Kräfte pflanzen sich im Werkstoff fort und leisten entlang ihres Weges, das heisst in jedem Punkt ihrer Kraftlinien, Verformungs- arbeit, durch die diese Kräfte fortschreitend verrin- gert werden.
Die 2n jedem Punkt der Kraftlü'eni wir- kende Kraft besitzt Komponenten in der Längs-, in der Querrichtung und in zentrischer Richtung auf den Dorn.
In der Fig. 1 sind als Beispiel vier Kraft linien 1-1, 2-2, 3-3 und 4-4 angedeutet sowie die Richtung .der Kraftkomponenten an den Punkten 1, 2, 3 und 4 der Endabschnitte.
Die Schrägfläche, die sich an der zwischenliegenden Fugenmittellinie schneiden, ergänzen sich zu zentrisch gerichteten Resultierenden. Um die Figur nicht zu sehr zu kom plizieren, ist im Innern des Werkstoffes nur je ein einziger Punkt im Verlauf der Kraftlinie 2-2 durch die Richtung der dort abgegebenen Kraft angedeutet.
Die Fig. 2 veranschaulicht ein Sechswalzenkaliber mit dem darin. gewalzten Werkstück, das bereits in einem ähnlichen Kaliber vorher gewalzt worden ist. In der Zeichnung ist a das im Kaliber bearbeitete Werkstück und b der in diesem befindliche Dorn. Der Umriss des in das Kaliber eintretenden Werk stückes ist mit gebrochener Linie c angedeutet.
Das Werkstück tritt mit einem Umriss in das Kaliber ein, der an insgesamt überwiegenden Umfangsteilen kreis runde Gestalt hat. Der Umriss des fertigen Rohres ist mit strichpunktierter Linie d angedeutet. Das Profil der Walzen e besteht aus dem kreisbogen förmigen Mittelabschnitt<B>f</B> -f, der mit der Werkstück achse im wesentlichen konzentrisch ist. Die End punkte f der Mittelabschnitte liegen innerhalb des Eintrittsumrisses des Werkstückes.
An die Endpunkte der Mittelabschnitte schliessen sich die vorzugsweise konvex gestalteten Endabschnitte f <B>-g</B> an, die dem Eintrittsumriss und den Walzenfugenmittellinien zu streben.. Die Figur zeigt, dass sich zwischen den be nachbarten Walzenenden kleine, leicht abwalzbare Rippen h innerhalb des Eintrittsumrisses bilden, die nicht bis an den Eintrittsumriss heranreichen.
Unter den in der Zeichnung dargestellten Verhältnissen ist die Querschnittsverminderung des Werkstückes im dargestellten Kaliber so bedeutend., dass im Kaliber eine Längsstreckung von etwa 120% stattfindet. Die konvexe Ausbildung der Endabschnitte ist deshalb am vorteilhaftesten,
weil die entstehenden Rippen bei dieser Ausbildung am kleinsten werden und weil die konvexe Ausbildung auch dem Entstehen der be kannten örtlichen Abhebungen vom Dorn am besten entgegenwirkt. Doch können die an die Mittel abschnitte angeschlossenen konvexen Endabschnitte auch in gerades Profil übergehen.
Unter Umständen können die Endabschnitte überhaupt gerades Profil haben und mittels kleiner Abrundungen, oder auch ohne solche, über Wendepunkte an die Mittel abschnitte angeschlossen sein.
Bemerkt wird noch, dass die Breitang in den Kalibern der erfindungsgemässen Kaliberreihe, bei gleichgrossen Streckungen, aber verschiedenen Wahen- zahlen der Kaliber, verschieden gering ist.
Doch ist die Breitang in jedem Falle klein genug, dass sich an den Walzenfugen Einzüge bilden, welche die Grat bildungsgefahr ausschliessen. Die Einzüge sind in den Kalibern, die aus, 5 bis 7 Walzen gebildet sind - in:
welchen Kalibern sich auch bei sonstiger Profil- gestalt der Walzen Einzüge bilden - grösser als in Kalibern, die aus weniger Walzen bestehen.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird in verhältnismässig wenig Kalibern eine grosse Längs streckung erreicht, wobei das Werkstück ringsum weitestgehend gleichmässig bearbeitet wird und die begleitende Breitung so gering ist, dass infolge der entstehenden Einzüge an den Walzenfugen - auch in Kalibern mit den üblichen Walzenzahlen - die Gefahr der Gratbildung vollkommen vermieden wird.
Diese durch das erfindungsgemässe Verfahren er reichbaren Vorteile stellen einen bedeutenden tech nischen Fortschritt gegenüber den bekannten Ver fahren des Standes der Technik dar.
Auch in bestehenden Anlagen zur Streckung von Hohlkörpern über den Dorn können bei Anwendung der Erfindung namhafte Fortschritte erreicht werden, wenn die bisher verwendeten Kaliber ganz oder teil weise durch Kaliber der erfindungsgemässen Kaliber reihe ersetzt werden. Beachtliche Fortschritte wer den aber auch dann noch erreicht, wenn einzelne nicht erfindungsgemäss ausgebildete Kaliber vor, nach oder die erfindungsgemässe Kaliberreihe unter brechend innerhalb derselben verwendet werden.
Die Kaliber der erfindungsgemässen Kaliberreihe können auch auf mehrere Bearbeitungseinrichtungen verteilt zur Anwendung gelangen.