DE102007037736B4

DE102007037736B4 - Dorn oder Dornstange für ein Rohrherstellungsverfahren und Verwendung solch eines Dorns oder solch einer Dornstange

Info

Publication number: DE102007037736B4
Application number: DE200710037736
Authority: DE
Inventors: Klaus Flaake; Erich Bartel; Dr. Potthoff Heinrich; Ali Bindernagel
Original assignee: Kocks Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Kocks Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: RU2008132886A; CN101439362B; CN101439362A; IT1393746B1; RU2516018C2; DE102007037736A1; ITRM20080446A1

Abstract

Dorn oder Dornstange für ein Rohrherstellungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß – ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Molybdän-Werkstoff besteht, der einen Molybdän-Anteil von 75 Gew.-% oder mehr aufweist, und/oder – ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Hartstoff besteht, und – das aus dem Molybdän-Werkstoff, und/oder aus dem Hartstoff-Werkstoff bestehende Bauteil hülsenförmig ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dorn oder eine Dornstange für ein Rohrherstellungsverfahren, sowie eine Verwendung solch eines Dorns oder solch einer Dornstange.
Rohrherstellungsverfahren verwenden Dorne oder Dornstangen im Innern des Rohres als Verformungswerkzeug. Dieses muß den von den äußeren Werkzeugen erzeugten Kräften standhalten, ohne sich zu verformen.
Aus DE 489 432 ist eine Chrom, Nickel und Molybdän enthaltende Stahllegierung für Walzdorne bekannt, die neben den üblichen möglichst geringen Beimischungen von Phosphor und Schwefel etwa folgende Zusammensetzung hat: 0,33 C, 0,16 Si, 0,20 Mn, 0,46 Cr, 1,69 Mo und 4,18 Ni.
Aus der DE 696 17 797 T2 ist es bekannt, einen Piercing-Stopfen bereitzustellen, der einen Hauptkörper aufweist, welcher aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung oder einem warmfesten Stahl hergestellt wird und an dessen Oberfläche eine harte Schicht ausgebildet wird. Die harte Schicht ist aus einem der Materialien hergestellt worden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Stellit, Keramiken, welche durch Hinzufügung von Wolframcarbid und Kobalt zu Stelliten werden, sowie Keramiken, welche durch Hinzufügen einer Verbindung, bzw. Mischung von Chrom oder Carbon, bzw. Kohlenstoff zu Stellit werden. Die harte Schicht an der Oberfläche verhindert gemäß DE 696 17 797 T2 den Anstieg der Oberflächentemperatur, sodass ein Piercing-Stopfen mit einem Hauptkörper aus Molybdän, einer Molybdän-Legierung oder einem warmfesten Stahl eine längere Lebensdauer im Verhältnis zu Piercing-Stopfen ohne eine derartige Oberflächenschicht hat.
Aus DE 198 07 602 C1 ist es bekannt, einen Lochdorn aus einem Werkstoff mit mindestens 50% Legierungsbestandteil aus Molybdän zu verwenden und diesen Lochdorn während des Walzens und in den Walzennebenzeiten nicht zurückzukühlen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Dorn oder eine Dornstange mit verbesserten Eigenschaften und eine Verwendung solch eines Dorns oder solch einer Dornstange vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch einen Dorn oder eine Dornstange gemäß des Anspruchs 1 und durch eine Verwendung solch eines Dorns oder solch einer Dornstange gemäß Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, für einen Teil des Dorns oder der Dornstange einen Molybdän-Werkstoff oder einen Hartstoff einzusetzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht zumindest ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Molybdän-Werkstoff besteht, der einen Molybdän-Anteil von 75 Gew.-% oder mehr, insbesondere bevorzugt von 80 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 85 Gew.-% oder mehr und besonders bevorzugt von 90 Gew.-% oder mehr aufweist. Bezüglich der Anforderungen an den Werkstoff eines Dorns oder einer Dornstange ist ein solcher Molybdän-Werkstoff vorteilhaft.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht zumindest ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Werkstoff, der einen Titan-Anteil von 0,4 Gew.-% oder mehr, einen Zirconium-Anteil von 0,07 Gew.-% oder mehr und einen Kohlenstoff-Anteil von 0,005 bis 0,05 Gew.-% aufweist. Insbesondere bevorzugt weist der Molybdän-Werkstoff einen Titan-Anteil von 0,5 Gew.-% oder mehr, einen Zirconium-Anteil von 0,08 Gew.-% oder mehr und einen Kohlenstoff-Anteil von 0,01 bis 0,04 Gew.-% auf.
In einer ergänzenden oder alternativen Ausführungsform besteht ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Hartstoff. Insbesondere bevorzugt besteht zumindest ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem metallischen Hartstoff (Hartmetall), insbesondere aus einem Hartmetall, das einen Wolframcarbid-Anteil von 70 Gew.-% oder mehr aufweist. Das Hartmetall kann einen Kobalt-Anteil von 2,5 Gew.-% oder mehr aufweisen.

Insbesondere bevorzugt weist das Hartmetall eine der nachfolgend wiedergegebenen Zusammensetzungen auf:

WC [Gew-%]	Co [Gew-%]	Ni [Gew-%]
71–76	24–29
77–82	18–23
83–86	14–17
86–87	13–14
87–91	9–13
91–94	6–9
73	27
80	20
85	15
86,5	13,5
88	12
89	11
90	10
90,5	9,5
90,5	2,6	6,9
92	8
93	7
94	6

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht zumindest ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem nicht-metallischen Hartstoff, beispielsweise aus Diamant, einem Kubischen Bornitrid, einem Borcarbid, einem Siliciumcarbid, einem Korund oder einem Siliciumnitrid.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das aus dem Hartstoff bestehende Bauteil eine Beschichtung aufweist. Dadurch kann der Hartstoff vor einem Angriff durch das Kupfer geschützt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Beschichtung Titan, Aluminium und Stickstoff auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist nur ein Teil des Dorns, bzw. der Dornstange aus dem Molybdän-Werkstoff, bzw. aus dem Hartstoff-Werkstoff. Insbesondere bevorzugt ist ein auswechselbares Teil des Dorns, bzw. der Dornstange aus dem Molybdän-Werkstoff, bzw. dem Hartstoff-Werkstoff.
Das aus dem Molybdän-Werkstoff, bzw. aus dem Hartstoff-Werkstoff bestehende Bauteil ist hülsenförmig ausgebildet. Dadurch läßt es sich einfach handhaben und erlaubt es, die Aufnahme dieses Bauteils an dem Dorn, bzw. der Dornstange einfach zu gestalten. Außerdem läßt sich ein hülsenartiges Bauteil einfach herstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hülse an einem Ende eine Verjüngung auf. Diese Verjüngung unterstützt den Formgebungsprozeß bei der Rohrherstellung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse auf ein Trägerelement aufgeschoben. Dies erlaubt ein besonders einfaches Austauschen der Hülse und einen besonders einfachen Aufbau der Aufnahme an dem Dorn, bzw. der Dornstange.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägerelement einen Absatz auf, an dem die Hülse endseits anliegt. Durch diesen Absatz kann die Hülse gut positioniert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägerelement endseits eine Bohrung auf, die entlang der Längsachse des Trägerelements verläuft und in die ein Spreizelement eingetrieben ist. Durch das Spreizelement kann das Trägerelement aufgeweitet werden, so daß die Hülse durch Reibung an dem Trägerelement gehalten wird. Besonders bevorzugt
sind die Form der Innenseite der Hülse und der Außenseite des Trägerelements sowie der Bohrung und des Spreizelements derart aufeinander abgestimmt, daß bei eingetriebenem Spreizelemente die von dem Trägerelement in Umfangsrichtung auf die Hülse wirkenden Druckkräfte über die Kontaktfläche zwischen Trägerelement und Hülse gleichmäßig verteilt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine konische Hülse zwischen das Trägerelement und die Hülse eingeschoben. Besonders bevorzugt sind die Form der Innenseite der Hülse und der Außenseite des Trägerelements sowie der konischen Hülse derart aufeinander abgestimmt, daß bei eingeschobener Hülse die von der konischen Hülse in Umfangsrichtung auf die äußere Hülse wirkenden Druckkräfte über die Kontaktfläche zwischen der konischen Hülse und der äußeren Hülse gleichmäßig verteilt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben das Trägerelement und die Hülse und insbesondere bevorzugt auch das Spreizelement und die konische Hülse den gleichen Ausdehnungskoeffizienten. Dadurch wird verhindert, daß sich der Verbund zwischen Hülse und Trägerelement löst oder die Hülse durch eine größere Ausdehnung der in ihr angeordneten Bauelemente stark belastet wird.
Der erfindungsgemäße Dorn, bzw. die erfindungsgemäße Dornstange sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass bei einem Dorn oder einer Dornstange mit einem hülsenförmig ausgebildeten Bauteil aus dem Molybdän-Werkstoff, bzw. aus dem Hartstoff-Werkstoff das hülsenförmige Bauelement und ein Trägerelement, auf das das Bauteil aufgeschoben wird, sowie ein möglicherweise des weiteren vorgesehenes Spreizelement, des in das Trägerelement eingetrieben wird, aus Werkstoffen bestehen, die den gleichen Ausdehnungskoeffizienten haben. Damit bleiben die erzeugten Radialspannungen auch bei Temperaturerhöhungen gleich.
Der erfindungsgemäße Dorn und die erfindungsgemäße Dornstange werden bevorzugt zum Herstellen von Kupferrohren, insbesondere bevorzugt zum Elongieren, aber auch beispielsweise zum Lochen verwendet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dornstange in einer geschnittenen Seitenansicht;
2 die Ausführungsform gemäß 1 mit einem in die Bohrung des Trägerelements eingetriebenen Spreizelement in einer geschnittenen Seitenansicht,
3 die Ausführungsform gemäß 1 mit einer Darstellung der beim Einschieben des Spreizelements in das Trägerelement wirkenden Kräfte in einer geschnittenen Seitenansicht und
4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dornstange in einer geschnittenen Seitenansicht.
In 1 ist das vordere Ende einer Dornstange 1 dargestellt. Die Dornstange 1 weist ein als zum Teil hohlgebohrte Innenstange ausgebildetes Trägerelement 2 auf, auf des eine Hülse 3 aufgeschoben ist. Die Hülse 3 besteht aus einem Molybdän- oder einem Hartstoff-Werkstoff. Endseits weist die Hülse 3 eine Verjüngung 4 auf. Das Trägerelement 2 weist eine Auskragung 5 auf und bildet dadurch einen Absatz, an dem die Hülse 3 endseits anliegt. Über diese Auskragung werden beim Walzen axiale Kräfte in das Trägerelement eingeleitet. Das Trägerelement weist ferner eine Bohrung 6 auf, in die ein Spreizelement eingeführt werden kann.
2 zeigt das in die Bohrung 6 eingeführte Spreizelement 7. Durch das Spreizelement 7 wird das Trägerelement 2 aufgeweitet und übt in Umfangsrichtung eine Druckkraft auf die Innenseite der Hülse 3 aus. Dadurch entsteht eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Hülse 3 und dem Trägerelement 2.
3 zeigt, dass das Aufbringen einer axialen Kraft zum Einschieben des Spreizelements 7 eine plastische Verformung des Spreizelements bewirkt, so dass Radialkräfte von dem Spreizelement 7 auf das Trägerelement 2 und vom Trägerelement 2 auf die Hülse 3 ausgeübt werden. Das Spreizelement 7 ist so ausgebildet, dass es länger ist als die Bohrung 6 des Trägerelements 2 (Delta L). Wird nun durch einen Stößel 9 eine Axialkraft auf das Spreizelement 7 ausgeübt, so vollzieht es eine plastische Verformung und übt dabei Radialkräfte auf das Trägerelement 2 aus. Dadurch wird bewirkt, dass die auftretenden hohen Radialkräfte ohne Spiel in das Trägerelement 2 und die Hülse 3 eingeleitet werden.
Die in der 4 dargestellte Ausführungsform weist in dem Trägerelement 2 keine Bohrung auf. In dieser Ausführungsform ist eine konische Hülse 8 zwischen die äußere Hülse 3 und das Trägerelement 2a eingebracht. Am Ende des Trägerelements 2a ist eine Mutter 9 aufgeschraubt. Die Form der Innenseite der Hülse 3 und der Außenseite des Trägerelements 2a sowie der konischen Hülse 8 sind derart aufeinander abgestimmt, daß bei in die konische Hülse 8 eingeschobenem konischen Trägerelement 2a die von der konischen Hülse 8 auf die äußere Hülse 3 wirkenden Druckkräfte über die Kontaktfläche zwischen der konischen Hülse 8 und der äußeren Hülse 3 gleichmäßig verteilt sind.

Claims

Dorn oder Dornstange für ein Rohrherstellungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß – ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Molybdän-Werkstoff besteht, der einen Molybdän-Anteil von 75 Gew.-% oder mehr aufweist, und/oder – ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Hartstoff besteht, und – das aus dem Molybdän-Werkstoff, und/oder aus dem Hartstoff-Werkstoff bestehende Bauteil hülsenförmig ausgebildet ist.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Werkstoff besteht, der einen Molybdän-Anteil von 80 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 85 Gew.-% oder mehr und insbesondere bevorzugt von 90 Gew.-% oder mehr aufweist.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Werkstoff besteht, der einen Titan-Anteil von 0,4 Gew.-% oder mehr, einen Zirconium-Anteil von 0,07 Gew.-% oder mehr und einen Kohlenstoff-Anteil von 0,005 bis 0,05 Gew.-% aufweist.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem Werkstoff besteht, der einen Titan-Anteil von 0,5 Gew.-% oder mehr, einen Zirconium-Anteil von 0,08 Gew.-% oder mehr und einen Kohlenstoff-Anteil von 0,01 bis 0,04 Gew.-% aufweist.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem metallischen Hartstoff besteht.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall einen Wolframcarbid-Anteil von 70 Gew.-% oder mehr aufweist.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall einen Kobalt-Anteil von 2,5 Gew.-% oder mehr aufweist.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall einen Wolframcarbid-Anteil von 85–93 Gew.-% Wolfram und einen Kobalt-Anteil von 7–15 Gew.-% aufweist.
Dorn oder Dornstang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Dorns oder der Dornstange aus einem nicht-metallischen Hartstoff besteht.
Dorn oder Dornstange nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Hartstoff bestehende Bauteil eine Beschichtung aufweist.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Titan, Aluminium und Stickstoff aufweist.
Dorn oder Dornstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse an einem Ende eine Verjüngung aufweist.
Dorn oder Dornstange nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse auf ein Trägerelement aufgeschoben ist.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement einen Absatz aufweist und die Hülse endseits an dem Absatz anliegt.
Dorn oder Dornstange nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement endseits eine Bohrung aufweist, die entlang der Längsachse des Trägerelements verläuft und in die ein Spreizelement eingetrieben ist.
Dorn oder Dornstange nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine konische Hülse zwischen das Trägerelement und die Hülse eingeschoben ist.
Verwendung eines Dorns oder einer Dornstange nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zum Herstellen von Kupferrohren, insbesondere zum Elongieren und zum Lochen.