DE102007002228A1 - Method for preparing pipes with internal profiles, involves surrounding pipe from outside, by template, where rotating tool presses on pipe wall for producing different wall thickness wall areas in longitudinal direction of pipe - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren sowie Vorrichtungen zur Herstellung von innenprofilierten Rohren.The The invention relates to methods and devices for the production from internally profiled tubes.
Es besteht im Bereich der Stahlrohrverarbeitung ein Bedarf an Metallrohren, die eine gezielt eingestellte, über die Länge variable Wanddicke aufweisen. Die verdickten Bereiche dienen dabei in der Regel als Verstärkungen. Es ist Stand der Technik, dass Rohre mit über der Länge variablen Querschnitten aus speziell gewalzten bzw. geschweißten Blechen, so genannten Tailored Blanks, eingeformt werden. Tailored Blanks sind beispielsweise in ihren mittleren Bereichen dünner gewalzt worden bzw. sind als Patchwork Blanks aus Blechen unterschiedlicher Dicke zusammengesetzt, bei denen z. B. im mittleren Bereich ein dünneres Blech eingeschweißt wurde, um auf diese Weise ein Rohr mit dünnerer Wandung im mittleren Bereich und dickeren Endabschnitten herzustellen. Leider lassen sich Tailored Blanks mit kontinuierlichen Rohreinformungsverfahren nicht einformen. Die daher zum Einsatz kommenden diskontinuierlichen Rohreinformungsverfahren sind auf Grund ihrer langen Taktzeiten und der daraus resultierenden geringen Ausbringung relativ kostenintensiv. Die Werkzeuge, die bei der Rohreinformung zum Einsatz kommen, müssen zudem an die Wand der Geometrie der Tailored Blanks angepasst sein, so dass für jede Geometrieänderung der Tailored Blanks auch neue Werkzeuge angefertigt werden müssen.It there is a need in the field of tubular steel processing for metal pipes, the one targeted, over the length have variable wall thickness. The thickened areas serve here usually as reinforcements. It is state of the art to design tubes with over-length variable cross-sections specially rolled or welded sheets, so-called Tailored blanks, to be molded. Tailored blanks are for example thinner in their middle areas rolled or are different as patchwork blanks of sheets Thickness composed in which z. B. in the middle area thinner Welded sheet metal became, in this way, a pipe with a thinner wall in the middle Make area and thicker end sections. Sorry Tailored blanks with continuous tube injection processes do not mold. The therefore used discontinuous Tube injection methods are due to their long cycle times and the resulting low output relatively expensive. In addition, the tools used in tube molding must be used adapted to the wall of the geometry of the tailored blanks, so that for every geometry change The Tailored Blanks also new tools must be made.
Es zählt auch zum Stand der Technik, die Wanddicke bereichsweise durch Außendrückwalzen, d. h. durch inkrementelle Massivumformung zu reduzieren, bei welcher durch wälzende, materialverdrängende Werkzeuge eine Wanddickenänderung herbeigeführt wird. Bei diesem Verfahren wird ein Wälzkörper von außen gegen ein Vorrohr gedrückt, das sich innenseitig gegen einen Dorn abstützt. Der rotatorisch bewegte Hohlkörper wird dabei ausschließlich von außen umgeformt. Nachteilig bei der Herstellung eines Tailored Tubes, d. h. eines Rohrs mit unterschiedlichen Wanddicken in Längsrichtung, ist, dass die Rohrinnenseite glatt ist, während die Dickenunterschiede nur an der Außenseite ausgeprägt sind. Prinzipbedingt muss eine Umformmaschine zum Außendrückwalzen sehr biegesteif sein und wesentlich größer bauen als das umzuformende Werkstück, was einen hohen Materialeinsatz und Raumbedarf für die Umformmaschine erforderlich macht.It counts too to the prior art, the wall thickness partially by external compression rollers, d. H. reduced by incremental massive forming, in which by rolling, material- Tools a wall thickness change brought becomes. In this method, a rolling element is pressed from the outside against a front pipe, which is supported on the inside against a mandrel. The rotationally moving hollow body is exclusively from Outside reshaped. Disadvantageous in the production of a tailored tube, d. H. a pipe with different wall thicknesses in the longitudinal direction, is that the pipe inside is smooth while the thickness differences only on the outside pronounced are. Due to the principle, a forming machine must be used for external finish rolling be very rigid and build much larger than the reshaping Workpiece, which requires a high material usage and space requirements for the forming machine power.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von profilierten Rohren mit über der Länge variabler Wanddicke aufzuzeigen, das kontinuierlich durchgeführt werden kann und bei welchem die Außenseite des umgeformten Rohrs glatt bleibt. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt werden.Of these, The invention is based on the object, a method for the production of profiled tubes with wall thickness variable over the length, that is done continuously can be and where the outside of the formed pipe stays smooth. Furthermore, a device for carrying out the inventive method be shown.
Der verfahrensmäßige Teil dieser Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.Of the procedural part This object is achieved by the measures specified in claim 1 solved.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird in Patentanspruch 7 vorgeschlagen.A Apparatus for carrying out of the method is proposed in claim 7.
Die jeweils abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen des Erfindungsgedankens.The each dependent claims relate to advantageous developments of the inventive concept.
Der Grundgedanke des beanspruchten Verfahrens liegt darin, das Druckwalzen von innen durchzuführen, wobei als Ausgangsmaterial ein innen und außen glattes Rohr verwendet wird und wobei die Außenfläche des Rohrs im Ergebnis glatt bleibt.Of the The basic idea of the claimed method is the pressure rolling to do from the inside, using as the starting material an inside and outside smooth tube is and where the outer surface of the Pipe in the result remains smooth.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, ein umzuformendes Rohr außenseitig mit einer Matrize zu umgeben und in das Rohr ein sich drehendes Werkzeug einzuführen, welches zur Erzeugung von in Längsrichtung des Rohrs unterschiedlichen Wanddickenbereichen von innen walzend auf die Rohrwand drückt. Dabei soll die Wanddicke des Rohrs bereichsweise um wenigstens 5% reduziert werden, wobei sich das Rohr durch Materialverdrängung verlängert und wobei gleichzeitig die Außenseite des Rohrs in den innenprofilierten Bereichen glatt bleibt. Im Ergebnis soll das Rohr durch das Verfahren nur innenseitig profiliert werden, d. h. nicht bezüglich seines Außendurchmessers aufgeweitet werden. Der Innendurchmesser der Matrize entspricht daher bereits vor dem Innendrückwalzen dem Außendurchmesser des Rohrs.at the method according to the invention is provided, a reshaping tube on the outside with a die to surround and insert into the tube a rotating tool which for producing in the longitudinal direction rolling the tube from different inside wall thickness ranges presses on the pipe wall. In this case, the wall thickness of the pipe is partially reduced by at least 5% be, with the pipe lengthened by material displacement and at the same time the outside of the tube remains smooth in the internally profiled areas. In the result If the pipe is to be profiled by the process only on the inside, d. H. not regarding its outer diameter be widened. The inner diameter of the die corresponds therefore already before the internal press rolling the outer diameter of the pipe.
Das Innendrückwalzen der Rohre kann in mehreren Schritten erfolgen. Beispielsweise könnte mit jedem Schritt eine Wanddickenreduzierung von 10% der Ausgangswanddicke erfolgen, so dass die Wanddicke des Rohrs in einigen Längenabschnitten um z. B. 50% reduziert wird. Selbstverständlich können die Wanddickenreduzierungen über die Rohrlänge entsprechend den Anforderungen an das Rohr variieren, so dass beispielsweise in einem ersten Längenabschnitt eine Wanddickenreduktion von 20% und in einem weiteren Längenabschnitt eine Wanddickenreduktion von 40% erfolgt.The Internal pressure rollers The pipes can be made in several steps. For example, could with each step a wall thickness reduction of 10% of the initial wall thickness done so that the wall thickness of the tube in some lengths to z. B. 50% is reduced. Of course, the wall thickness reductions on the tube length vary according to the requirements of the pipe, so for example in a first length section a wall thickness reduction of 20% and in another length section a wall thickness reduction of 40% takes place.
Die signifikante Querschnittsveränderung grenzt das Innendrückwalzen von den bekannten Glattwalzverfahren ab, bei welchen an metallischen Werkstücken ohne Zerspanung glatte und verfestigte Oberflächen mit hohem Traganteil erzeugt werden. Beim Glattwalzen wird nur der Werkstoff an der Werkstückoberfläche plastisch verformt und das Rauheitsprofil eingeebnet. Beim Glattwalzen fließt unter den Druckspannungen Material aus den Erhebungen in die Vertiefungen. Der Grund der Vertiefungen wird dadurch angehoben, so dass es zu einem gleichmäßigeren Profil kommt. Während es beim Glattwalzen und den beim Glattwalzen verwendeten Werkzeugen nicht zu einer signifikanten Änderung des Innendurchmessers, insbesondere nicht zu einer eine Verlängerung des Rohrs bewirkenden Materialverdrängung kommt, wird dies bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angestrebt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist daher vorgesehen, dass ein Ende des Rohrs festgelegt ist, während das andere Ende in Längsrichtung verlagerbar ist, um eine Längenänderung während des Innendrückwalzens zu ermöglichen. Während des Innendrückwalzens bewegt sich das Rohr auch relativ zur Matrize, was auf die Materialverdrängung zurückzuführen ist.The significant change in cross section delineates the internal press rolls from the known finish rolling processes, in which smooth and consolidated surfaces with a high percentage of support are produced on metal workpieces without machining. During burnishing, only the material on the workpiece surface is plastically deformed and the roughness profile is leveled. When rolling smoothly flows under the compressive stresses material from the elevations into the wells. The bottom of the wells is thereby raised, resulting in a smoother profile. While it does not come to a significant change in the inner diameter of the smooth rolling and the tools used during burnishing, in particular not to an extension of the tube causing material displacement, this is the aim of the inventive method. In the method according to the invention is therefore provided that one end of the tube is fixed, while the other end is displaced in the longitudinal direction, to allow a change in length during the internal pressure rolling. During internal pressure rolling, the tube also moves relative to the die, due to material displacement.
Das Verfahren wird gemäß der Ausführungsform des Patentanspruch 2 mit Hilfe einer Matrize und eines Werkzeugs durchgeführt werden, wobei die Matrize und das Werkzeug einen konischen Ringspalt begrenzen, dessen Breite durch Relativverlagerung des Werkzeugs und/oder der Matrize in Längsrichtung des Rohrs veränderbar ist. Zum Innenprofilieren wird entweder das Rohr relativ zur Matrize bewegt oder aber die Matrize und selbstverständlich das Werkzeug, das den konischen Ringspalt innenseitig begrenzt, werden relativ zum Rohr bewegt. Durch Veränderung der relativen Lage des Werkzeugs gegenüber der Matrize kann die Breite des Ringspalts variiert werden, so dass in Längsrichtung des Rohrs unterschiedliche Wanddickenbereiche ausgebildet werden.The Method is according to the embodiment of claim 2 with the aid of a die and a tool carried out be with the die and the tool a conical annular gap limit its width by relative displacement of the tool and / or the die in the longitudinal direction of the tube changeable is. For internal profiling, either the tube is relative to the die moved or the die and of course the tool that the conical annular gap bounded inside, are moved relative to the pipe. By change The relative position of the tool relative to the die may be the width of the tool Annular gaps are varied so that different in the longitudinal direction of the tube Wall thickness ranges are formed.
Alternativ kann der Ringspalt zwischen der Matrize und dem Werkzeug auch zylindrisch ausgebildet sein, wobei zur Veränderung der Breite des Ringspalts ein im Durchmesser veränderbares Werkzeug zum Einsatz kommt. Die Wanddickenveränderung wird also nicht durch Verlagerung des Werkzeugs bzw. der Matrize in Längsrichtung des Rohrs, d. h. in Axialrichtung, sondern durch Veränderung des Werkzeugdurchmessers, d. h. eine Veränderung in Radialrichtung, bewirkt. Aufgrund der gleichzeitigen Drehung des Werkzeugs um seine Längsachse sowie durch Verlagerung des Werkzeugs in Längsrichtung des Rohrs erfolgt ein gezieltes, längenabschnittsweises Innendrückwalzen.alternative The annular gap between the die and the tool can also be cylindrical be formed, with the change the width of the annular gap a variable diameter tool used comes. The wall thickness change So it is not by displacement of the tool or the die longitudinal of the pipe, d. H. in the axial direction, but by changing the Tool diameter, d. H. a change in the radial direction, causes. Due to the simultaneous rotation of the tool around its Longitudinal axis as well by displacement of the tool in the longitudinal direction of the tube a targeted, lengthwise section Inside pressure rollers.
Bei diesem Verfahren ist das Werkzeug umfangsseitig mit mehreren Wälzkörpern ausgerüstet, die zum Innendrückwalzen gegen die Innenseite des Rohrs gedrückt werden. Die Veränderung des Durchmessers kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass sich die Wälzkörper auf zwei in Längsrichtung verlagerbaren und im Winkel zueinander stehenden, werkzeugseitigen Laufflächen des Werkzeugs abstützen, wobei der Abstand zwischen den Laufflächen zur Verlagerung der Wälzkörper nach radial außen verkleinert und zur Verlagerung der Wälzkörper nach radial innen vergrößert wird. Die Laufflächen bilden gewissermaßen einen Keil, der unter die Wälzkörper geschoben wird. Dadurch können die Wälzkörper in Radialrichtung angehoben oder auch abgesenkt werden, was den Durchmesser des Werkzeugs bestimmt.at In this method, the tool is peripherally equipped with several rolling elements, the for internal press rolling pressed against the inside of the tube. The change the diameter can be realized, for example, that the rolling elements on two in the longitudinal direction displaceable and at an angle to each other, tool side treads support the tool, wherein the distance between the running surfaces for the displacement of the rolling elements after radially outside reduced and enlarged radially inward for the displacement of the rolling elements. The treads form in a sense a wedge, which pushed under the rolling elements becomes. Thereby can the rolling elements in Radial direction raised or lowered, what the diameter of the tool.
Das Werkzeug ist insbesondere am Ende einer Dornstange angeordnet, die so ausgestattet ist, dass die von dem Ende der Dornstange entferntere Lauffläche an einem in Längsrichtung verlagerbaren Laufring angeordnet ist, der mittels eines sich parallel zu der Dornstange erstreckenden Schiebers verlagert wird. Wenn die Wälzkörper als Doppelkegelstümpfe ausgebildet sind und sich jeweils ein Kegelstumpf auf einer der Laufflächen abstützt, bilden die Laufflächen gewissermaßen einen Keil, der unter die Wälzkörper geschoben wird. Dadurch können die Wälzkörper in Radialrichtung angehoben oder auch abgesenkt werden, was den Durchmesser des Umformwerkzeugs in Radialrichtung verändert.The Tool is arranged in particular at the end of a mandrel, the is equipped so that the more remote from the end of the mandrel bar tread on a longitudinal displaceable race is arranged by means of a parallel to the mandrel bar extending slider is displaced. If the Rolling elements as Double truncated cones are formed and each have a truncated cone on one of treads supported, form the treads so to speak a wedge, which pushed under the rolling elements becomes. Thereby can the rolling elements in Radial direction raised or lowered, what the diameter of the forming tool changed in the radial direction.
Doppelkegelstumpfförmige Wälzkörper haben den Vorteil, dass über die linienförmige Berührung mit den Laufflächen relativ hohe Kräfte von den Laufflächen auf die Wälzkörper und damit auf das umzuformende Rohr übertragen werden können. Gleichzeitig erlaubt die kegelstumpfförmige Geometrie die Ausbildung sanfter Übergänge zwischen den Bereichen unterschiedlicher Wanddicke, so dass es zu keinen sprunghaften Wanddickenveränderungen kommt. Die Wanddickenveränderungen sind je nach Geometrie der Wälzkörper und je nach Innenkontur fließend ausbildbar, was hinsichtlich des Spannungsverlaufs im Rohr von Vorteil sein kann.Double frustoconical rolling elements have the advantage of that over the linear contact with the treads relatively high forces from the treads on the rolling elements and thus transferred to the tube to be formed can be. simultaneously allows the frustoconical Geometry the formation of smooth transitions between the areas of different Wall thickness, so that there are no sudden changes in wall thickness. The wall thickness changes are depending on the geometry of the rolling elements and depending on the inner contour flowing formable, which is advantageous in terms of the voltage curve in the pipe can be.
Theoretisch können beide Laufflächen relativ zueinander bewegt werden. Grundsätzlich ist es jedoch ausreichend, wenn nur eine der Laufflächen in Längsrichtung der Dornstange verschoben wird, während die andere Lauffläche in Axialrichtung festgelegt ist.Theoretically can both treads be moved relative to each other. In principle, however, it is sufficient if only one of the treads longitudinal the mandrel is displaced while the other tread in the axial direction is fixed.
Ein Schieber zum Verschieben der Lauffläche kann insbesondere als Schiebehülse ausgebildet sein, welcher einen Innendorn der Dornstange umgibt. Durch eine solche Schiebehülse wird auf den gesamten Laufring gleichmäßig über den Umfang verteilt eine Druckkraft ausgeübt, die gewährleistet, dass sich der Laufring nicht auf dem Innendorn verkeilt. Zudem muss der Innendorn keine Längsbohrung aufweisen, was ebenfalls eine kostengünstigere Werkzeuggestaltung ermöglicht.One Slide for moving the tread may be formed in particular as a sliding sleeve, which surrounds an inner mandrel of the mandrel bar. By such sliding sleeve is distributed evenly over the circumference on the entire raceway one Pressing force exerted, which ensures that the race does not get wedged on the inner mandrel. In addition, the must Inner mandrel no longitudinal bore have, which also a cheaper tool design allows.
Die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 7 umfasst zum einen eine das umzuformende Rohr außenseitig umgebende Matrize sowie zum anderen ein außenseitig mit Wälzkörpern besetztes Werkzeug, das unter einer Drehbewegung in das in der Matrize aufgenommene Rohr einbringbar ist. Das Werkzeug kann, wie zuvor beschrieben, von innen walzend auf die Rohrwand drücken, um in Längsrichtung unterschiedliche Wanddickenbereiche auszubilden.The device according to claim 7 comprises on the one hand a die to be formed around the outside surrounding die and on the other hand, a outside occupied with rolling elements, the under a rotational movement in the in the Die receiving tube is inserted. The tool can, as described above, roll rolling on the pipe wall from the inside in order to form different wall thickness regions in the longitudinal direction.
Wenn zwischen Matrize und Werkzeug ein konischer Ringspalt vorgesehen ist, kann die Breite des Ringspalts durch Relativverlagerung der Matrize gegenüber dem Werkzeug oder durch Relativverlagerung des Werkzeugs gegenüber der Matrize veränderbar gestaltet sein. Bei dieser Konfiguration können Wälzkörper mit Kegelrollen zum Einsatz kommen, die auf einer kegeligen Rollenbahn des Werkzeugs abgestützt sind.If provided between the die and tool a conical annular gap is, the width of the annular gap by relative displacement of the Matrix opposite the tool or by relative displacement of the tool relative to the Die changeable be designed. In this configuration, rolling elements with tapered rollers can be used come, which are supported on a tapered roller conveyor of the tool.
Da bei einem konischen Ringspalt eine Breitenveränderung des Ringspalts nur durch Verlagerung des Werkzeugs oder der Matrize in Axialrichtung des Rohrs möglich ist, kann bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung eine Veränderung der Breite des Ringspalts durch Veränderung des Außendurchmessers des Werkzeugs erfolgen. In diesem Fall kann der Ringspalt zylindrisch ausgebildet sein, da ausschließlich der Außendurchmesser des Werkzeugs maßgeblich für die Breite des Ringspalts ist. Ein solches Werkzeug kann, wie zuvor beschrieben, mit Wälzkörpern besetzt sein, die zum Innendrückwalzen an der Innenseite des Vorrohrs zur Anlage gelangen. Die Wälzkörper können sich auf in Längsrichtung verlagerbaren und im Winkel zueinander stehenden Laufflächen des Werkzeugs abstützen, wobei der Abstand zwischen den Laufflächen zur Verlagerung der Wälzkörper in Radialrichtung veränderbar ist, während sich das Werkzeug in dem Rohr dreht.There for a conical annular gap, a width change of the annular gap only by displacement of the tool or the die in the axial direction of the pipe possible is, in a further embodiment of the device a change of Width of the annular gap by change of the outside diameter of the tool. In this case, the annular gap can be cylindrical Be educated, since only the outside diameter of the tool for the Width of the annular gap is. Such a tool can, as before described, staffed with rolling elements be that for internal press rolling get to the inside of the front pipe to the plant. The rolling elements can become in the longitudinal direction displaceable and at an angle to each other running surfaces of the Support tool, the distance between the running surfaces for the displacement of the rolling elements in Radial direction changeable is while the tool rotates in the pipe.
Wie oben beschrieben, eignen sich bei im Durchmesser veränderbaren Werkzeugen insbesondere Wälzkörper, die als Doppelkegelstümpfe ausgebildet sind. Vorzugsweise ist die von dem Ende Dornstange entferntere Lauffläche an einem in Längsrichtung verlagerbaren Laufring angeordnet, der mittels eines sich parallel zu der Dornstange erstreckenden Schiebers verlagerbar ist. Der Schieber ist insbesondere als Schiebehülse ausgebildet, der einen Innendorn der Dornstange umgibt.As described above, are suitable for variable in diameter Tools in particular rolling elements, the as double-cone stumps are formed. Preferably, the mandrel bar is more distal from the end tread at a longitudinal direction displaceable race arranged by means of a parallel is displaceable to the mandrel bar extending slider. The slider is especially as a sliding sleeve formed, which surrounds an inner mandrel of the mandrel.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den
Zur
Umformung des Rohrs
Während des
Innendrückwalzens
werden die Wälzkörper
Während des
Herstellungsvorgangs wird das Rohr
Die
Ausführungsform
der
Über das
Werkzeug
Bei
den in den
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Rohrpipe
- 33
- Außenflächeouter surface
- 44
- Matrizedie
- 55
- Dornstangemandrel
- 66
- EndeThe End
- 77
- WerkzeugTool
- 88th
- Laufringrace
- 99
- Laufringrace
- 1010
- Laufflächetread
- 1111
- Laufflächetread
- 1212
- Wälzkörperrolling elements
- 1313
- Kegelstumpftruncated cone
- 1414
- Kegelstumpftruncated cone
- 1515
- Innenseiteinside
- 1616
- SchraubbundSchraubbund
- 1717
- Innendorninner mandrel
- 1818
- Schieberpusher
- 1919
- BundFederation
- 2020
- Wellenabsatzshaft shoulder
- 2121
- Vorrichtungcontraption
- 2222
- Matrizedie
- 2323
- WerkzeugTool
- 2424
- Rohrpipe
- 2525
- Ringspaltannular gap
- 2626
- Wälzkörperrolling elements
- 2727
- Rollenbahnroller conveyor
- 2828
- EndeThe End
- 2929
- Wellenmuttershaft nut
- 3030
- Innenseiteinside
- P1P1
- Pfeilarrow
- P2P2
- Pfeilarrow
- P3P3
- Pfeilarrow
- P4P4
- Pfeilarrow
- P5P5
- Pfeilarrow
- P6P6
- Pfeilarrow
- P7P7
- Pfeilarrow
- P8P8
- Pfeilarrow
- LL
- Längsrichtunglongitudinal direction
- WW
- Wanddickewall thickness
Claims (13)
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20131126 |