DE102010047868A1 - Hollow block manufacturing method, involves driving solid block in transportation zone in axial direction on mandrel, and rolling material such that material is expanded in circumferential direction and/or in axial direction - Google Patents
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B19/00—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
- B21B19/02—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
- B21B19/06—Rolling hollow basic material, e.g. Assel mills
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlblocks aus einem Block aus metallischem Material zur weiteren Verarbeitung zu einem nahtlosen Rohr, wobei ein Walzen des Materials über einem Lochdorn erfolgt. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlblocks.The invention relates to a method for producing a hollow block from a block of metallic material for further processing into a seamless tube, wherein a rolling of the material takes place over a piercer. Furthermore, the invention relates to an apparatus for producing a hollow block.
Bei der Herstellung nahtloser Rohre aus metallischem Werkstoff wird in einem Lochvorgang zunächst ein gegossener oder gewalzter Stahlblock zu einem dickwandigen Hohlkörper (Rohrluppe) ausgebildet. Dieser ersten Stufe des Lochprozesses schließt sich das Walzen in einem Schrägwalzwerk an.In the production of seamless tubes made of metallic material, a cast or rolled steel block is first formed into a thick-walled hollow body (tube blank) in a piercing process. This first stage of the piercing process is followed by rolling in a cross rolling mill.
Ein solches Walzverfahren in einem Planetenschrägwalzwerk ist beispielsweise aus der
Zum Lochen des metallischen Blocks sind das Pressen und das Schrägwalzen bekannt.For punching the metallic block, the pressing and the oblique rolling are known.
Nachteilig ist bei der Technik des Lochpressens die Beschränkung der Länge des eingesetzten Materials aufgrund der damit steigenden Exzentrizität. Außerdem ist hier ein zusätzlicher Streckwalzprozess erforderlich.A disadvantage of the technique of hole pressing, the limitation of the length of the material used due to the increasing eccentricity. In addition, an additional stretch rolling process is required here.
Auch das Lochen von Blöcken durch Schrägwalzen hat Nachteile: Bei diesem Verfahren handelt es sich um einen Walzvorgang, der zwischen zueinander geneigt stehenden Walzen mit gleichem Drehsinn stattfindet; hierbei bewirkt die Schräglage der Walzen eine axiale Bewegung des Hohlblockes. Um beispielsweise mit dem Zweiwalzen-Schrägwalzverfahren außerhalb der Umformzone eine freie Walzgutbewegung zu vermindern, kommen beim Schrägwalzlochen Führungsleisten bzw. -scheiben zum Einsatz, die den Walzspalt an den offenen Seiten begrenzen.The punching of blocks by means of oblique rolls also has disadvantages: this process is a rolling process which takes place between rolls which are inclined with respect to one another and have the same direction of rotation; Here, the skew of the rollers causes an axial movement of the hollow block. In order to reduce free rolling movement, for example, with the two-roll cross rolling method outside the forming zone, guide bars or slices are used in the obliquely rolling punching, which delimit the roll gap at the open sides.
Problematisch ist dabei allerdings, dass – um schädigungsfrei lochen zu können – an die Herstellung bestimmter austenitischer Stähle hohe Anforderungen bezüglich der Metallurgie, der Gefüge und der Seigerungsausbildung gestellt werden müssen, die nur aufwändig zu erfüllen sind. Außerhalb der Umformzonen kommt es durch den Werkstofffluss in Umfangsrichtung des Walzguts zu einer Biegewechselbeanspruchung, die bei diesen Stahlgruppen zu Rissbildungen führen kann.However, the problem here is that - in order to be able to perforate damage-free - to the production of certain austenitic steels high demands in terms of metallurgy, the structure and the Seigerungsausbildung must be made, which are only consuming to meet. Outside the forming zones, the material flow in the circumferential direction of the rolling stock causes bending stress, which can lead to crack formation in these steel groups.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlblocks aus einem Block sowie eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, den Lochvorgang mit geringerer Materialbelastung durchzuführen, d. h. es soll verhindert werden, dass es zu einer materialschädlichen freien Werkstoffbewegung während des Lochvorgangs kommt.The invention is therefore based on the object to provide a method for producing a hollow block of a block and a corresponding device, with which or with which it is possible to carry out the hole process with less material stress, d. H. It should be prevented that it comes to a material-damaging free material movement during the piercing process.
Die Lösung dieser Aufgabe durch Erfindung ist verfahrensgemäß gekennzeichnet durch die Schritte:
- a) Treiben des Blocks in einer Transportzone in axiale Richtung auf den Lochdorn durch Ausübung einer in axiale Richtung wirkende Kraft;
- b) Walzen des Materials durch mindestens zwei um den Umfang des Blocks herum angeordnete Walzen, so dass das Material gegen die radial außenliegende Oberfläche des Lochdorns gepresst wird und diesen kontaktiert, wobei das Walzen so erfolgt, dass das Material in Umfangsrichtung und/oder in radiale Richtung aufgeweitet wird, jedoch in axiale Richtung nicht gestaucht wird.
- a) driving the block in a transport zone in the axial direction of the piercer by exerting an axially acting force;
- b) rolling the material through at least two rollers arranged around the circumference of the block such that the material is pressed against and contacts the radially outer surface of the piercer, the rolling being such that the material is circumferential and / or radial Direction is widened, but is not compressed in the axial direction.
Die Schritte a) und b) laufen während der Herstellung eines Hohlblocks simultan ab.The steps a) and b) take place simultaneously during the production of a hollow block.
Durch das Walzen des Materials im Bereich des Lochdorns wird bevorzugt eine axiale Vorschubkraft auf das Material ausgeübt.By rolling the material in the region of the piercer, an axial feed force is preferably exerted on the material.
Beim Walzen des Materials wird mit Vorteil ein Walzspalt zwischen der radial äußeren Oberfläche des Lochdorns und den Walzen aufrecht erhalten, der sich in fortschreitende axiale Richtung radial vergrößert mit gleichzeitig abnehmender Wanddicke des Walzguts.During rolling of the material, a roll gap is advantageously maintained between the radially outer surface of the piercing mandrel and the rolls, which increases radially in the advancing axial direction with a simultaneously decreasing wall thickness of the rolling stock.
Im Bereich des Lochdorns kann an unterschiedlichen axialen Positionen der Querschnitt des Walzguts in einem Schnitt senkrecht auf die axiale Richtung gleich groß sein. Es ist also bevorzugt vorgesehen, dass in allen Querschnitten senkrecht zur Längsachse des Hohlblocks im Bereich des Lochdorns jeweils gleiche Querschnittsflächen vorliegen. Das zu walzende Material wird in axiale Richtung dann weder beschleunigt noch verzögert, womit sich erreichen lässt, dass der fertige Hohlblock dieselbe axiale Länge hat wie der Block vor dem Lochen.In the region of the perforated mandrel, the cross-section of the rolling stock in a section perpendicular to the axial direction can be the same size at different axial positions. It is thus preferably provided that in each case cross-sections perpendicular to the longitudinal axis of the hollow block in the region of the piercer same cross-sectional areas are present. The material to be rolled is then neither accelerated nor decelerated in the axial direction, whereby it can be achieved that the finished hollow block has the same axial length as the block before punching.
In der Transportzone kann das Walzgut über eine vorgegebene axiale Erstreckung zylindrisch gewalzt werden.In the transport zone, the rolling stock can be rolled cylindrically over a predetermined axial extent.
Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, dass das Ausmaß einer Triangulationsbildung oder einer Ovalbildung gemessen wird, wobei auf mindestens einen Prozessparameter Einfluss genommen wird, wenn ein vorgegebenes Ausmaß überschritten wird. Bei diesem Prozessparameter handelt es sich beispielsweise und bevorzugt um die Vorschubgeschwindigkeit des Blocks.A specific embodiment provides that the extent of triangulation or oval formation is measured, influencing at least one process parameter becomes when a given amount is exceeded. For example, this process parameter is preferably the feed rate of the block.
Die Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlblocks aus einem Block aus metallischem Material zur weiteren Verarbeitung zu einem nahtlosen Rohr, die einen Lochdorn aufweist sowie mindestens zwei Walzen am Umfang des Walzguts, sieht erfindungsgemäß Mittel zum Aufbringen einer axialen Kraft auf den Block und zum Pressen desselben gegen den Lochdorn vor, wobei der Lochdorn und die Walzen so ausgebildet sind, dass sie zum Aufrechterhalten des Kontakts zwischen Walzgut und radial außenliegender Oberfläche des Lochdorns geeignet sind.The device for producing a hollow block from a block of metallic material for further processing into a seamless tube having a piercer and at least two rollers on the circumference of the rolling stock, according to the invention provides means for applying an axial force to the block and pressing it against the block Piercing mandrel, wherein the piercing mandrel and the rollers are formed so that they are suitable for maintaining the contact between the rolling stock and the radially outer surface of the piercing mandrel.
Es soll somit stets Kontakt des Walzguts an der radial außenliegenden Oberfläche des Lochdorns vorliegen, so dass dieser eine Führungsfunktion für das zu walzende Material hat.Thus, it should always be present contact of the rolling stock on the radially outer surface of the piercing pin, so that it has a guiding function for the material to be rolled.
Um den Umfang des Walzguts können drei oder vier Walzen angeordnet sein, wobei die Walzen insbesondere als Planetwalzen ausgebildet sind, wobei deren Achsen zur Längsachse des Walzguts einen Winkel einschließen.Three or four rollers may be arranged around the circumference of the rolling stock, the rollers being designed in particular as planetary rollers, their axes enclosing an angle to the longitudinal axis of the rolling stock.
Der Lochdorn und die Walzen sind bevorzugt so ausgebildet, dass der Walzspalt zwischen der radial äußeren Oberfläche des Lochdorns und den Walzen in fortschreitende axiale Richtung radial größer wird mit gleichzeitig abnehmender Wanddicke des Walzguts.The piercing mandrel and the rolls are preferably designed such that the roll gap between the radially outer surface of the piercing mandrel and the rolls increases radially in the advancing axial direction, with a simultaneously decreasing wall thickness of the rolling stock.
Die Walzen können ortsfest gelagert sein und mit einem Antrieb in Verbindung stehen.The rollers can be stored stationary and in communication with a drive.
Die Erfindung stellt also auf das Lochen eines Hohlblocks bevorzugt durch das Schrägwalz-Verfahren ab.The invention thus focuses on the perforation of a hollow block, preferably by the cross rolling method.
Gemäß der Erfindung wird zur Verhinderung der angesprochenen freien Werkstoffbewegung, die die schädigende Biegewechselbeanspruchung zur Folge hat, der Block bei der Herstellung des Hohlblocks über das Innenwerkzeug, d. h. den Lochdorn, getrieben. Dies erfolgt bevorzugt mit einem über eine Transportzone den Vorschub bewirkenden Stempel. Hierbei ist weiter vorgesehen, dass das Umformgut (d. h. der Block bzw. der Hohlblock) durch die Rotationsbewegung von zwei oder mehr schräg gestellten Walzen so umgeformt wird, dass das Walzgut in Axialrichtung transportiert und in Umfangsrichtung gestreckt, d. h. aufgeweitet wird.According to the invention, in order to prevent the mentioned free material movement, which results in the damaging bending cycle stress, the block in the production of the hollow block via the inner tool, d. H. the piercer, driven. This is preferably done with a over a transport zone causing the feed punch. It is further provided that the forming material (i.e., the block or the hollow block) is transformed by the rotational movement of two or more inclined rollers so that the rolling stock is transported in the axial direction and stretched in the circumferential direction, d. H. is widened.
Der durch die Dorngeometrie teilweise zwangsgeführte Materialfluss in Umfangsrichtung verhindert die freie Werkstoffbewegung und die damit ansonsten einhergehende Biegewechselbeanspruchung des Materials. Die gesamte Umformung geht in die Aufweitung des Hohlblocks, der nach dem Lochen die Länge des Ausgangsblocks aufweist, d. h. die Blocklänge und die Hohlblocklänge sind gleich.The partially forced material flow in the circumferential direction due to the mandrel geometry prevents the free movement of material and the otherwise associated bending stress of the material. The entire deformation goes into the expansion of the hollow block, which has the length of the output block after punching, d. H. the block length and the hollow block length are the same.
Es lassen sich damit warm gefertigte nahtlose Rohre aus hoch legiertem Stahl durch Schrägwalzen herstellen, wobei auch bei Verhältnissen des Außendurchmessers zur Wandstärke von mehr als 5 eine Materialbewegung außerhalb der Zone des unmittelbaren Walzkontaktes schädigungsfrei kontrolliert werden kann.It can be produced by hot rolling seamless tubes made of high alloy steel by means of oblique rollers, which can be controlled without damage even in ratios of the outer diameter to the wall thickness of more than 5 without movement of material outside the zone of direct rolling contact.
Im Blockkern wird vorteilhaft im wesentlichen ein Druckspannungszustand bewirkt, der einem Aufreißen im Kern entgegenwirkt. Durch die vom Dorn bzw. dessen Geometrie aufgeprägte Materialbewegung sind beim Dreiwalzen-Schrägwalzprozess zum Schließen des Umformraumes keine wie beim Zweiwalzen-Schrägwalzverfahren verwendeten Einbauten notwendig.In the block core is advantageously effected substantially a compressive stress state, which counteracts tearing in the core. Due to the material movement impressed by the mandrel or its geometry, in the three-roll cross-rolling process for closing the forming space, no internals such as those used in the two-roll cross-rolling process are necessary.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically. Show it:
In
Wesentlich ist, dass ein Mittel
Wie gesehen werden kann, wächst in axiale Richtung a der Walzspalt zwischen der Walze
Die Konturierung der Walze
Der Umformprozess kann durch ein Mess- und Regelsystem unterstützt werden, das die Ovalisierung oder Triangilisierung des Walzgutes direkt oder indirekt misst und die Vorschubgeschwindigkeit oder einen anderen Umformparameter so steuert bzw. regelt, dass eine maximale Ovalisierung nicht überschritten wird.The forming process can be assisted by a measuring and control system that directly or indirectly measures the ovalization or triangulation of the rolling stock and controls the feed rate or other forming parameters so that maximum ovalization is not exceeded.
Der Umformprozess kann zusätzlich durch Führung zwischen den Walzen unterstützt werden, die eine Ovalisierung ver- bzw. behindern.In addition, the forming process can be assisted by guidance between the rollers, which obstruct or obstruct ovalization.
Das Walzgut wird also in einem an sich bekannten Schrägwalzwerk zwischen den schräg gestellten Walzen über den Lochdorn gelocht. Von der dem Lochdorn
Der vorgeschlagene Prozess vermindert somit die schädliche Belastung des Materials beim Lochen, indem es im Blockkern im wesentlichen einen Druckspannungszustand bewirkt, der einem Aufreißen im Kern entgegenwirkt. Durch die aus der Dorngeometrie aufgeprägte Materialbewegung kann auf ein Schließen des Umformraums durch spezielle Einbauten verzichtet werden, wie sie für Zwei-Walzen-Verfahren bekannt sind.The proposed process thus reduces the deleterious loading of the material during punching by causing substantially a compressive stress state in the block core which counteracts tearing in the core. By imprinted from the mandrel geometry material movement can be dispensed with closing of the forming space by special internals, as they are known for two-roll process.
In vorteilhafter Weise wird so ein Hohlblock erzeugt, der optimale Materialeigenschaften aufweist, da eine sehr materialschonende Umformung ermöglicht wird.Advantageously, such a hollow block is produced, which has optimum material properties, since a very gentle material forming is possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Hohlblockhollow block
- 22
- Blockblock
- 33
- Lochdornpiercer
- 44
- Transportzonetransportation zone
- 55
- Walzeroller
- 66
- radial außenliegende Oberflächeradially outer surface
- 77
- Mittel zum Aufbringen einer axialen Kraft (Pressstempel)Means for applying an axial force (pressing punch)
- 88th
- Dornstangemandrel
- 99
- Walzenabschnittroller section
- aa
- axiale Richtungaxial direction
- bb
- Achse der WalzeAxis of the roller
- FF
- Kraftforce
- ss
- Wanddickewall thickness
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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