DE10108861A1

DE10108861A1 - Drawing press manufacturing process involves pressing ball-cap outer shape to bottom of block

Info

Publication number: DE10108861A1
Application number: DE2001108861
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Nickel; Theodor Schmitz; Hans-Juergen Schluessel; Alexander Borowikow; Holger Blei
Original assignee: V&M Deutschland GmbH
Current assignee: Vallourec Deutschland GmbH
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: DE10108861B4

Abstract

The manufacturing process, using a drawing press, involves heating a cast block to deforming temperature and making a hollow block, which is then drawn using a drawing mandrel and drawing ring. For making the hole in the block, a ball-cap outer shape is pressed against the block bottom (6). so that its flanks follow the function of a branch of a parabola. In the subsequent flow forming, a drawing mandrel (12) with an end region which corresponds to a ball cap (18) is used.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zieh-Press-Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Hohl körpers mit Boden oder eines nahtlosen Rohres aus Stahl im Abmessungsbereich von 200 bis 1550 mm Außendurchmesser und einer Wanddicke von 20 bis 250 mm gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a pull-press method for producing a seamless hollow body with bottom or a seamless steel tube in the dimension range of 200 to 1550 mm outer diameter and a wall thickness of 20 to 250 mm according to the preamble of claim 1.

Das bekannte Zieh-Press-Verfahren ist beispielsweise im Stahlrohr-Handbuch, 10. Auf lage (Oktober 1987), Vulkan-Verlag, Seite 138-140 und im Firmenprospekt der Man nesmannröhren-Werke (Seamless Hollow Bodies for High-Pressure Engineering, ma nufactured by the Pierce and Draw Process, Issue Feb. 1972) veröffentlicht. Bei diesem im Jahre 1899 von Heinrich Ehrhardt entwickelten Verfahren wird ein Gussblock, heutzu tage kann dies auch ein Stranggussblock sein, in einem Tiefofen auf Umformtemperatur erwärmt und nach Einsetzen in eine Matrize einer vertikalen Lochpresse mittels eines Lochdomes zu einem Hohlblock mit einem kegelstumpfartig ausgebildeten Boden ge presst. Nach dem Ausstoßen aus der Matrize wird der Hohlblock abgestreckt, indem er mittels eines in den Hohlblock eingeschobenen Ziehdomes durch mindestens einen, im Regelfall mehrere, im Durchmesser sich verkleinernde Ziehringe gestoßen wird. Je nach Werkstoff und Anzahl der Züge kann es erforderlich sein, zwischen zwei aufeinander folgenden Zügen eine Nacherwärmung vorzusehen.The known pull-press method is, for example, in the steel tube manual, 10th location (October 1987), Vulkan-Verlag, page 138-140 and in the company brochure of Man nesmannröhren-Werke (Seamless Hollow Bodies for High-Pressure Engineering, ma manufactured by the Pierce and Draw Process, Issue Feb. 1972). With this Process developed by Heinrich Ehrhardt in 1899 becomes a cast block, today days, this can also be a continuous casting block, in a deep furnace at the forming temperature heated and after insertion into a die of a vertical hole press using a Lochdomes ge to a hollow block with a truncated cone-shaped bottom pressed. After being ejected from the die, the hollow block is stretched by: by means of a dome inserted into the hollow block by at least one, in Usually several drawing rings with a smaller diameter are pushed. Depending on Material and number of moves may be required between two on top of each other to provide reheating for the following trains.

Den Skizzen auf Seite 7 und 8 des genannten Firmenprospektes ist zu entnehmen, dass die äußere Kontur des angepressten Bodens einem Kegelstumpf entspricht. Dies hat zur Folge, dass nach einem Abstrecken, beispielsweise über mehrere Ziehringe, sich eine Querschnittskonfiguration im Bodenbereich einstellen kann, bei der der Durchmesser des zylindrischen Teiles des Hohlblockes in etwa dem Durchmesser der stirnseitig angepressten geraden Bodenfläche entspricht. Bei einer solchen Konstellation ist nicht auszuschließen, dass der in den Hohlblock eingeschobene Ziehdorn beim nächsten Ziehring den Boden durchstößt oder die Kräfte so stark ansteigen, dass die Presskraft der Ziehpresse nicht mehr ausreicht, um den Hohlblock durch den nächst kleineren Ziehring zu stoßen.The sketches on pages 7 and 8 of the company brochure mentioned show that the outer contour of the pressed bottom corresponds to a truncated cone. This has to Consequence that after stretching, for example over several drawing rings, one Can set cross-sectional configuration in the bottom area at which the diameter of the cylindrical part of the hollow block approximately the diameter of the front pressed straight floor surface corresponds. With such a constellation is not rule out that the mandrel inserted in the hollow block at the next Drawing ring pierces the floor or the forces increase so much that the pressing force the drawing press is no longer sufficient to move the hollow block through the next smaller one Push ring.

Diesem Umstand hat man bisher dadurch Rechnung getragen, dass kurz vor Erreichen dieses Zustandes der Hohlblock von der Ziehlinie genommen und unter eine separate Schmiedepresse gelegt wurde. Mit Hilfe dieser Schmiedepresse wurde der Bodenbe reich beigehalten, oder anders ausgedrückt: eine dickwandige Angel angeformt. Da der Hohlblock sich bei diesem Prozess stark abkühlt, ist nach diesem Beihalteprozess eine Nacherwärmung von mindestens 60 Minuten erforderlich.So far, this fact has been taken into account by shortly before reaching this state the hollow block is taken from the drawing line and under a separate one Forging press was placed. With the help of this forging press, the Bodenbe keep rich, or in other words: a thick-walled hinge is formed. Since the Hollow block cools down strongly in this process is one after this holding process Post-heating required for at least 60 minutes.

Nachteil dieser Verfahrensweise ist zum einen die Unterbrechung der Fertigung mit einem einhergehenden Zeitverlust sowie der Energieverbrauch für das lange Nacher wärmen. Zum anderen besteht die Gefahr des Verschmiedens, d. h. dass die Mittel achse der angeschmiedeten Angel nicht mit der Mittelachse des Hohlblockes fluchtet. Dies führt dann zu starken Exzentrizitäten im Hohlblock, die unter Umständen den Ausschuss des Teiles bedeuten können. In jedem Falt wird aber der spätere Bearbei tungsaufwand erheblich erhöht und erschwert.The disadvantage of this procedure is the interruption of production an associated loss of time and the energy consumption for the long after to warm. On the other hand, there is a risk of forging, i.e. H. that the means axis of the forged hinge is not aligned with the central axis of the hollow block. This then leads to strong eccentricities in the hollow block, which under certain circumstances can Can mean scrap of the part. In each fold, however, the later processing is done maintenance costs significantly increased and made more difficult.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zieh-Press-Verfahren der gattungsgemäßen Art anzu geben, mit dem die zuvor geschilderten Nachteile vermieden werden.The object of the invention is to initiate a pull-press method of the generic type give, with which the disadvantages described above are avoided.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnen den Merkmaien des Patentanspruches 1 gelöst.This task is based on the generic term in conjunction with the solved the Merkmaien of claim 1.

Nach der Lehre der Erfindung wird beim Lochen an den Blockboden eine kugelkappen förmige Außenkontur angepresst, wobei die Flanken der Außenkontur einen Parabelast darstellen. Beim nachfolgenden Abstrecken des Hohlblockes wird ein Ziehdorn mit ei nem Endbereich verwendet, der einer Kugelkappe entspricht. According to the teaching of the invention, a ball cap is used when punching on the block bottom shaped outer contour pressed, the flanks of the outer contour a parabolic load represent. During the subsequent stretching of the hollow block, a mandrel with egg used end area that corresponds to a spherical cap.

Die vorgeschlagene Verfahrensweise hat den Vorteil, dass der bisher erforderliche Zwischenschritt des Beihaltens des Bodens entfallen und die Nacherwärmung sich auf eine übliche Zeit von 20 Minuten statt bisher 60 Minuten reduziert. Außerdem wird die Gefahr eines Bodendurchreißens oder eines Steckers vermieden. Die Produktivität wird mit diesem Verfahren erheblich gesteigert und es wird eine signifikante Menge an Energie eingespart.The proposed procedure has the advantage that the previously required The intermediate step of maintaining the floor is omitted and the reheating begins reduced the usual time from 20 minutes to 60 minutes. In addition, the Avoid danger of tearing through the ground or a plug. Productivity will Using this procedure increases significantly and it becomes a significant amount Energy saved.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der zylindrische Lochdom mit einer konkav eingezogenen Stirnfläche und einem scharfkantigen Übergang zwischen Mantellinie und Stirnfläche versehen ist. Diese Ausbildung erleichtert den Materialfluss beim Lochen und die gewünschte Anformung der kugelkappenförmigen Außenkontur des Bodens des Hohlblockes.It has proven to be advantageous if the cylindrical perforated dome has a concave retracted face and a sharp-edged transition between the surface line and End face is provided. This training facilitates the material flow when punching and the desired shape of the spherical cap-shaped outer contour of the bottom of the Hollow block.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll der Radius der Kugelkappe des Zieh dornes in einem bestimmten Verhältnis zum Radius des Hohlblockbodens stehen, damit während des Ziehens beim Strecken des Bodens durch den radialen Materialfluss eine Mindest-Wanddicke eingehalten wird, die größer ist als die für ein Bodenreißen kritische Wanddicke. Vorzugsweise soll das genannte Verhältnis ≦ 0,75 sein. Eine weitere Ver besserung beim Ziehprozess wird dadurch erreicht, dass auf der Kugelkappe des Zieh domes in unterschiedlich, senkrecht zur Mittelachse liegenden Durchmesserebenen umlaufende Ausnehmungen mit einer Tiefe im Bereich von 10-50 mm angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen als Hohlkehle ausgebildet.According to a further feature of the invention, the radius of the ball cap of the drawing thorns are in a certain ratio to the radius of the hollow block floor, so while pulling while stretching the floor through the radial flow of material Minimum wall thickness is observed, which is greater than that critical for tearing the floor Wall thickness. The said ratio should preferably be ≦ 0.75. Another ver Improvement in the drawing process is achieved by using the ball cap of the drawing domes in different diameter planes, perpendicular to the central axis circumferential recesses with a depth in the range of 10-50 mm are arranged. The recesses are preferably designed as a fillet.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung von einer in Prinzipskizzen dargestellten Verfahrensweise. Es zeigen:Further features, advantages and details of the invention result from the following description of a procedure shown in schematic diagrams. It demonstrate:

Fig. 1a Lochen zum Hohlblock nach neuer Verfahrensweise Fig. 1a punching to the hollow block according to a new procedure

Fig. 1b Einschieben des Ziehdomes mit Kugelkappe in den Hohlblock Fig. 1b insertion of the dome with ball cap in the hollow block

Fig. 1c Abstrecken Fig. 1c stretching

Fig. 2 einen halbseitigen Querschnitt einer Matrize mit neuer Mantellinienkontur Fig. 2 shows a half-sided cross section of a die with a new surface line contour

Fig. 3a im Längsschnitt den Endbereich eines Ziehdomes mit Kugelkappe Fig. 3a longitudinal section of the end portion of a drawing mandrel with spherical cap

Fig. 3b Schnitt A-A in Fig. 3a FIG. 3b section AA in Fig. 3a

In den Fig. 1a-1c ist die vorgeschlagene Verfahrensweise im einzelnen dargestellt. Fig. 1a zeigt den ersten Arbeitsschritt - Lochen des zuvor auf Umformtemperatur er wärmten Blockes - mittels einer vertikalen Lochpresse. Die Hauptbestandteile der Loch presse sind ein Lochdom 2, eine Matrize 3, die in einem Matrizenhalter 4 angeordnet ist, sowie ein unten in der Matrize 3 angeordneten Auswerfer 5. Der Auswerfer 5 dient zum Ausschieben des fertiggepressten Hohlblockes 1. Charakteristisch für den hier venwen deten Lochdom 2 ist die konkave Ausnehmung 8 im Stirnflächenbereich und der scharf kantige Übergang 9 von der Stirnfläche 13 zur Mantellinie 10 des Lochdornes 2. Die Einzelheiten der konstruktiven Gestaltung der Matrize 3 sind in Fig. 2 erläutert. Das Zusammenwirken der vorgeschlagenen Form der Matrize 3 und des Lochdomes 2 be wirkt die Erzeugung einer bestimmten Außenkontur 11 des Bodens 6. Wie in Fig. 1b zu erkennen ist, entspricht die Außenkontur 11 des Bodens 6 einem Parabelast.The proposed procedure is shown in detail in FIGS. 1a-1c. Fig. 1a shows the first step - punching the block previously heated to the forming temperature - by means of a vertical punch press. The main components of the hole press are a hole dome 2 , a die 3 , which is arranged in a die holder 4 , and an ejector 5 arranged at the bottom in the die 3 . The ejector 5 is used to push out the pressed hollow block 1 . Characteristic of the perforated dome 2 used here is the concave recess 8 in the end face area and the sharp-edged transition 9 from the end face 13 to the generatrix 10 of the piercing mandrel 2 . The details of the structural design of the die 3 are explained in FIG. 2. The interaction of the proposed shape of the die 3 and the perforated dome 2 be the generation of a certain outer contour 11 of the bottom 6th As can be seen in Fig. 1b, the outer contour 11 of the bottom 6 corresponds to a parabolic load.

Der so erzeugte Hohlblock 1 wird durch wenigstens einen Ziehring 7 gestoßen und dafür in den Hohlblock 1 ein Ziehdom 12 mit einem als Kugelkappe 18 ausgebildeten Endbe reich eingeschoben. Die näheren Einzelheiten sind in den Fig. 3a und 3b erläutert. Das Ergebnis eines ersten Abstreckstiches zeigt Fig. 1c. Die vorgepresste Bodenform 6 des Hohlblockes 1 bildet zusammen mit dem Ziehdorn 12 einen Boden 6', der in etwa einer Halbkugel entspricht. Diese Form ist besonders geeignet, um ein Abstrecken durch weitere Ziehringe ohne Gefahr eines Bodenreißens oder eines Steckers zu ermöglichen.The hollow block 1 produced in this way is pushed through at least one drawing ring 7 and, for this purpose, a drawing dome 12 is inserted into the hollow block 1 with an end portion designed as a spherical cap 18 . The further details are explained in FIGS . 3a and 3b. The result of a first ironing stitch is shown in FIG. 1c. The pre-pressed bottom shape 6 of the hollow block 1 forms, together with the drawing mandrel 12, a bottom 6 'which corresponds approximately to a hemisphere. This shape is particularly suitable to allow stretching by further drawing rings without the risk of tearing the floor or a plug.

In Fig. 2 ist in einem halbseitigen Querschnitt der Bodenbereich einer erfindungsgemäß ausgebildeten Matrize 3 dargestellt. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass der Über gangsabschnitt 16 vom zylindrischen Abschnitt 14 zum Boden 15 einem Parabelast ent spricht, dessen Parameter sich aus den konkreten Matrizenabmessungen ergeben. Der Übergangsabschnitt 16 schließt sich zum Boden 15 hin in Form einer Tangente an, wäh rend der Anschluss zum zylindrischen Abschnitt 14 unter einem Winkel α erfolgt. Dieser Winkel α beträgt vorzugsweise 28-35 Grad. Charakteristisch ist auch noch das Verhält nis des Durchmessers D1 des Bodens 15 zum Durchmesser D2 des zylindrischen Ab schnittes 14 der Matrize 3. Dieses Verhältnis sollte ≦ 0,5 sein. Der Schnittpunkt 17 zwischen dem Übergangsabschnitt 16 und dem zylindrischen Abschnitt 14 definiert eine Höhe H, die vorzugsweise in einem Bereich von 160 bis 320 mm liegt und eine Funktion des Verhältnisses Matrizendurchmesser D₂ zum Lochdorndurchmesser darstellt. In Fig. 2 in a half side cross section of the bottom portion of a die 3 formed according to the invention is shown. This is characterized in that the transition section 16 speaks from the cylindrical section 14 to the bottom 15 ent a parabolic load, the parameters of which result from the specific die dimensions. The transition section 16 adjoins the floor 15 in the form of a tangent, while the connection to the cylindrical section 14 takes place at an angle α. This angle α is preferably 28-35 degrees. The ratio of the diameter D1 of the base 15 to the diameter D2 of the cylindrical portion 14 of the die 3 is also characteristic . This ratio should be ≦ 0.5. The intersection 17 between the transition section 16 and the cylindrical section 14 defines a height H, which is preferably in a range from 160 to 320 mm and represents a function of the ratio of the die diameter D ₂ to the punch mandrel diameter.

Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit der Herstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ziehdornes 12 mit einer im Endbereich 19 angeordneten Kugelkappe 18. Um den vor handenen Bestand an Ziehdomen auch für das neue Verfahren nutzen zu können, wird an den konisch ausgebildeten Endbereich 19 eine Kugelkappe 18 befestigt. Dabei geht der konisch ausgebildete Endbereich 19 nahezu absatzlos in die Kugelkappe 18 über. Die Kugelkappe 18 weist einen Zapfen 20 auf, der mit einer Nut 21 versehen ist. In diese Nut 21 greifen zwei Bolzen 22, 22' ein, die mit Schrauben 23 und Verschlussteilen 24 gehalten sind. Erfindungsgemäß sind auf der Kugelkappe 18 in verschiedenen, senk recht zur Mittelachse 25 stehenden Durchmesserebenen Ausnehmungen 26 angeord net. Vorzugsweise sind diese als Hohlkehlen ausgebildet. Fig. 3 is a possibility of producing a drawing showing the mandrel 12 designed according to the invention with a arranged in the end region 19 ball cap 18. In order to be able to use the existing number of draw domes for the new method, a spherical cap 18 is attached to the conically shaped end region 19 . The conically shaped end region 19 merges into the spherical cap 18 almost without a step. The ball cap 18 has a pin 20 which is provided with a groove 21 . Two bolts 22 , 22 ′ engage in this groove 21 and are held with screws 23 and locking parts 24 . According to the invention, recesses 26 are arranged on the spherical cap 18 in various vertical planes perpendicular to the central axis 25 . These are preferably designed as fillets.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Hohlblock
hollow block

22

Lochdorn
piercer

33

Matrize
die

44

Matrizenhalter
die holder

55

Auswerfer
ejector

66

Boden des gelochten Hohlblockes
Bottom of the perforated hollow block

66

' Boden des abgestreckten Hohlblockes
'' Bottom of the stretched hollow block

77

Ziehring
drawing ring

88th

Ausnehmung Stirnfläche Lochdom
Recess face face dome

99

Übergang Stirnfläche - Mantellinie Lochdom
Transition from the end face to the perforated surface line

1010

Mantellinie Lochdom
Shell line hole dome

1111

Außenkontur Boden des Hohlblockes
Outer contour bottom of the hollow block

1212

Ziehdorn
mandrel

1313

Stirnfläche Lochdom
Face of the hole dome

1414

zylindrischer Abschnitt der Matrize
cylindrical section of the die

1515

Boden der Matrize
Bottom of the die

1616

Übergangsabschnitt
Transition section

1717

Schnittpunkt Übergangsabschnitt - zylindrischer Abschnitt
Intersection transition point - cylindrical section

1818

Kugelkappe Ziehdorn
Ball cap mandrel

1919

Endbereich Ziehdorn
End area of drawing mandrel

2020

Zapfen Kugelkappe
Spigot ball cap

2121

Nut
groove

2222

, .

2222

' Bolzen
' Bolt

2323

Schraube
screw

2424

Verschlussteil
closing part

2525

Mittelachse
central axis

2626

Ausnehmungen
recesses

Claims

1.Draw-press process for producing a seamless hollow body with a bottom or a seamless tube made of steel in the dimension range from 200 to 1550 mm outside diameter and a wall thickness of 20 to 250 mm, in which a casting block or a continuous casting block is heated to the forming temperature and by means of a Die and a cylindrical punch mandrel pressed to the hollow block with the bottom and then stretched to the final dimension by means of a drawing mandrel inserted into the hollow block and at least one drawing ring, depending on the material and number of trains between two successive trains, reheating may be necessary and then the base piece remains on the hollow block or is separated after cooling, characterized in that a spherical cap-shaped outer contour is pressed onto the block bottom ( 6 ) when punching to form the hollow block, the flanks of the outer contour following the function of a parabolic load and that in the following paragraph stretching the hollow block thus formed, a mandrel ( 12 ) is used with an end region which corresponds to a spherical cap ( 18 ).

2. Pull-press method according to claim 1, characterized in that the cylindrical punch ( 2 ) is provided with a concave recess ( 8 ) in the end face area and a sharp-edged transition between the surface line ( 10 ) and the end face ( 13 ).

3. pull-press method according to claim 1, characterized in that between the cylindrical shaft of the drawing dome ( 12 ) and the spherical cap ( 18 ) a conical in the direction of the spherical cap tapering section ( 19 ) is provided, which almost without paragraph in the Ball cap ( 18 ) passes over.

4. pull-press method according to claim 1 and 3, characterized in that the radius of the spherical cap ( 18 ) of the drawing dome ( 12 ) in relation to the radius of the perforated piece base is selected so that during the drawing while stretching the bottom through the radial Material flow a minimum wall thickness is adhered to, which is greater than the critical wall thickness for a floor crack.

5. Pull-press method according to claim 4, characterized in that the ratio of the radius of the spherical cap ( 18 ) of the dome ( 12 ) to the radius of the perforated piece bottom is ≦ 0.75.

6. pull-press method according to claims 3-5, characterized in that on the ball cap ( 18 ) of the drawing dome ( 12 ) in different, perpendicular to the central axis lying diameter planes circumferential recesses ( 26 ) are arranged.

7. Pull-press method according to claim 6, characterized in that the recesses ( 26 ) are designed as a fillet.