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Verfahren zum Abtragen der Werkstückoberfläche beim Stoßen von Luppen
und Stoßbank zu seiner Durchführung Die hohen Anforderungen an die Güte nahtloser
Rohre machen es notwendig, der Gefahr von Oberflächenfehlern am Fertigerzeugnis
durch in den Herstellungsprozeß eingeschaltete Oberflächenbearbeitungen vorzubeugen,
wobei die Oberflächenbearbeitung so früh wie möglich angewendet wird, um eine Vergrößerung
bzw. Vergröberung der Fehler oder Schäden im Zuge der nachfolgenden Arbeitsgänge
zu verhindern.
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Eine bekannte Möglichkeit zur Beseitigung solcher Oberflächenschäden
bildet das Abtragen der fehlerhaften Oberflächenschicht. Da die Fehlerquellen unterschiedliche
Ursachen haben, ist es ferner bekannt, sowohl bereits das Vormaterial für die Herstellung
nahtloser Rohre, insbesondere die sogenannten Blöcke, als auch die Rohre in einem
späteren Fertigungsstadium, insbesondere vor dem Kaltziehen, einer solchen schälenden
Oberflächenbehandlung zu unterwerfen. Im Falle des Vormaterials, d. h. der Blöcke,
'`dient das Schälen in erster Linie der Beseitigung an der Oberfläche angeschwemmter
oxydischer Verunreinigungen, wie z. B. Tonerdenester, Aluminium- und Mangansilikaten
sowie durch die Kokillen verursachter Unebenheiten in Form von Schalen od. dgl.,
während das Schälen der Werkstückoberfläche vor dein Kaltziehen in erster Linie
der Beseitigung solcher Oberflächenfehler dient, die von der vorausgegangenen Warmbearbeitung
herrühren, wie beispielsweise weiche Eisenhaut, Poren, Haarrisse, Walznähte od.
dgl.
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Da ein einwandfreies Beseitigen beider Gattungen '` von Oberflächenfehlern
nur durch einen sich gleichmäßig auf die gesamte Werkstückoberfläche erstreckenden
Schälvorgang gewährleistet werden kann, gestaltet sich die organische Einordnung
eines solchen Arbeitsganges in den sich üblicherweise als Durchlaufverfahren darstellenden,
kontinuierlichen Fertigungsprozeß, insbesondere bei dem walzwarmen Vormaterial,
schwierig.
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In Verbindung mit dem Kaltziehen von Drähten oder Stangen ist es an
sich bekannt, dem Ziehring eine die gesamte Werkstückoberfläche gleichmäßig abtragende,
ringförmige Schälmatrize entweder vorzuschalten und hierbei gegebenenfalls mit diesem
zu kombinieren oder dem Ziehring nachzuschalten. Die Verwirklichung dieses Vorschlages
stößt jedoch in der Praxis auf die Schwierigkeit, den sich hierbei zunächst bildenden
ringförmigen Span früh genug in Richtung der Längsachse aufzuteilen und ihn auch
zuverlässig so rechtzeitig abzulösen, daß der hiermit verbundene Stau an der Schneiddüse
nicht die Zugfestigkeit des Ziehgutes übersteigt und zu einem Abreißen des Ziehgutes
führt. Diese Schwierigkeit läßt sich zwar durch die bekannte Maßnahme, der Schneiddüse
Hilfsschneiden zum Aufteilen des Spanes zuzuordnen, erleichtern, aber nicht grundsätzlich
beseitigen, so daß insbesondere beim Ziehen von Drähten kleinen Durchmessers in
erhöhtem Maße die Gefahr von Drahtbruch besteht.
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Bei Anwendung dieses Verfahrens auf das Kaltziehen von Rohren tritt
zu den vorerwähnten Schwierigkeiten die weitere Gefahr hinzu, daß beim Aufteilen
und Ablösen der Späne die Rohrwand einreißt oder sich hierbei Risse in der Rohrwand
in einem Tiefenbereich bilden, der über die Schältiefe hinausreicht.
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Die Anwendung kreisringförmiger, die Werkstückoberfläche auf dem gesamten
Umfang gleichmäßig abtragender Schälmatrizen auf in der Warmverformung befindliche
hohlzylindrische Werkstücke, beispielsweise Luppen, scheitert demgegenüber daran,
daß hierbei zwar der Schälwiderstand kleiner ist als bei kaltem Werkstoff, der Stauwiderstand
vor der Schälmatrize aber im Verhältnis zu der verringerten Warmfestigkeit des Werkstoffes
unproportional hohe Werte annimmt, was im wesentlichen daher rührt, daß sich die
Späne im walzwarmen Zustand des Materials nicht mehr selbständig nach Erreichen
einer gewissen Länge durch Abbrechen lösen, sondern einen in bezug auf die Umfangsrichtung
im wesentlichen geschlossenen, zähen Ringwulst mit unter Umständen beträchtlichem
OOuerschnitt bilden. Im Hinblick auf die im walzwarmen Zustand erheblich verminderte
Zugfestigkeit des Materials führt diese Erscheinung beim Warmziehverfahren um so
leichter zum Abreißen des Ziehgutes bzw. beim Stoßbankverfahren zum Durchstoßen
des
Dornes am vorderen topfförmigen Ende der Luppe.
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Es ist zwar in Verbindung mit Ziehverfahren, insbesondere auch für
Rohre, bekannt, Matrizen zu verwenden, deren Schabewerkzeuge sich im wesentlichen
in Längsrichtung erstrecken und - bezogen auf den Umfang - jeweils mit Abstand nebeneinander
angeordnet sind. Soweit hierbei die Schabekanten genau in Achsrichtung des Ziehgutes
orientiert sind, ist es hierbei aber notwendig, die Matrize beim Durchziehen des
Rohres in Drehung zu versetzen, während auf einen solchen Drehantrieb der Matrize
dann verzichtet werden kann, wenn die Schabekanten in Gestalt steilgängiger Gewinde
angeordnet sind. Da beide Maßnahmen jedoch zusätzliche relative Verdrehungskräfte
zwischen Matrize und Rohr erfordern oder -im letzteren Falle -erzeugen, ist dieses
Verfahren auf Rohre wegen deren Empfindlichkeit gegen Verdrehungsbeanspruchungen
nicht oder jedenfalls nicht ohne weiteres möglich. Außerdem besteht bei Schälmatrizen
mit im wesentlichen axial orientierten und hierbei in Umfangsrichtung im Abstand
zueinander angeordneten Schälkanten die Schwierigkeit, die Späne gleichmäßig abzulösen
und abzuführen, in noch weit höherem Maße als bei Schälmatrizen mit kreisringförmiger
Schälkante, wodurch sich die ohnehin schon hohen Verdrehungsbeanspruchungen noch
beträchtlich erhöhen.
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Um die sich insbesondere aus einem einwandfreien Ablösen und Abführen
der Späne ergebenden Schwierigkeiten zu vermeiden, ist schließlich bereits vorgeschlagen
worden, in die Oberfläche von im Ziehverfahren hergestellter Drähte od. dgl. zunächst
eine schraubenlinienförmig umlaufende Nut einzuschneiden und nachfolgend die jeweils
zwischen den Nuten stehengebliebene Werkstoffschicht durch Hobelmesser abzutragen.
Auch dieses Verfahren ist auf das walzwarme Vormaterial für nahtlose Rohre, insbesondere
Blöcke, nicht anwendbar, zumindest nicht ohne die Einschaltung zusätzlicher, die
Kontinuität üblicher Rohrherstellungsverfahren unterbrechender Arbeitsgänge.
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Die Schwierigkeiten, die sich einer kontinuierlichen Oberflächenbearbeitung
des der Herstellung nahtloser Rohre dienenden, walzwarmen Vormaterials entgegenstellen,
bilden die Ursache dafür, daß bislang nur bei der Herstellung von Rohren im Schrägwalzverfahren
die Möglichkeit besteht, die fehlerhafte Oberflächenschicht der Blöcke gleichzeitig
während des Durchganges durch das Schrägwalzwerk durch einen diesem zugeordneten
Fräser abzutragen. Der Fräser, dessen Durchmesser ein Mehrfaches des Durchmessers
des Walzblockes beträgt, ist hierbei mit zur Hohlblockachse senkrechter Achse, oberhalb
des Walzgerüstes in den Raum zwischen den Schrägwalzen hineinragend, zur Walzblockacbse
anstellbar angeordnet. Da hierbei eine gleichmäßige Abtragung der Oberflächenschicht
über den gesamten Umfang nur möglich ist, wenn der Walzblock im Zuge seiner Weiterverarbeitung
zum Rohr um seine Längsachse gedreht wird, ist die Anwendung dieses Verfahrens auf
Schrägwalzwerke bzw. solche Walzverfahren beschränkt, bei denen der Block im Zuge
seiner Weiterverarbeitung zum Rohr in drehender Bewegung gehalten wird.
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Bei Anwendung des Ehrhardt-Verfahrens, bei dem der in einer runden
Preßform gelochte Block auf der Stoßbank zum Rohr ausgestreckt wird, ohne daß hierbei
eine Drehbewegung des dickwandigen Ausgangshohlkörpers stattfindet oder anwendbar
ist, fehlt es demgegenüber bislang an einer befriedigenden @Iöglichkeit, den Schälvorgang
in den kontinuierlichen Arbeitsprozeß so einzufügen, daß sich nebengeschaltete Arbeitsgänge
erübrigen; es ist hierbei notwendig. die Oberfläche der Blöcke noch vor dem Lochen
entweder durch Einspannen in einer besonderen Vorrichtung abzudrehen oder die an
der Oberfläche des gegossenen Blockes in bekannter `"eise durch Flämmen zu beseitigen,
bei dem die : £ußenhaut mit Spezialbrennern autogen abgebrannt wird.
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Beide Verfahren sind umständlich und zeitraubend. so daß die Gestehungskosten
nach dem Ehrhardt-Verfahren hergestellter nahtloser Rohre nicht unerheblich belasten.
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Hinzu kommt, daß diese Verfahren bei urberuhigt vergossenen Stählen
noch nicht oder nicht ohne weiteres möglich sind, da der Blasenkreis nahe der Oberfläche
der gegossenen Blöcke nicht freigelegt werden darf. Bei diesen Stählen muß daher
dem Schälen oder Flämmen ein Walzprozeß vorgeschaltet werden, damit der Blasenkreis
eingeschwzißt wird, was die Anwendung dieser Verfahren bei derartigem Material noch
umständlicher und zeitraubender und demzufolge auch kostenaufwendiger macht.
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Ausgehend von der nicht zur Erfindung gehörenden Kupplung des Schälvorgangs
mit dem Stoßprozeß und Durchführen des Abtragens der Werkstückoberfläche im Zuge
der Umformung des walzwarmen Werkstückes in den Werkzeugen der Stoßbank mittels
in der Stoßachse angeordneter, ringförmiger Schälmatrizen, liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, hierbei die von der Verwendung ringförmiger Schälmatrizen ausgehenden
Nachteile für ein gleichmäßiges Abtragen der gesamten Oberfläche, insbesondere bei
walzwarmem Material, zu vermeiden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem bekannten Stoßbankverfahren
aus, bei dem das Werkstück vor dem Angriff der rundenden und streckenden Endkaliber
der Stoßbank zunächst unter dem nacheinander sowie versetzt erfolgenden Angriff
mehrerer, insbesondere als Rollenkaliber ausgebildeter Formgebungswerkzeuge mehrfach
hintereinander die Form einer Vielecks erhält. In Verbindung mit diesem bekannten
Abstreckvorgang läßt sich erfindungsgemäß der Schälvorgang unter Behebung der erwähnten
Nachteile einschalten, indem der Kantenbereich der mit versetzter Drehlage in den
verschiedenen Formgebungswerkzeugen gebildeten Vielecke durch zWi= scher die Foringebungswerkzeuge
eingeschaltete Schälmatrizen so lange abgetragen wird. bis die Schälung die gesamte
Werkstückoberfläche erfaßt hat.
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Auf diese Weise ist es einerseits möglich, das Abschälen der fehlerhaften
Oberflächenschicht unter Verzicht auf nebengeordnete Arbeitsgänge organisch in den
kontinuierlichen Ablauf des Stoßbankprozesses einzufügen, während andererseits die
Anwendung kreisringförmiger Schälmatrizen auf mehrkantige Luppen, bei denen jeweils
nur die Kantenbereiche abgetragen werden, die sonst aus der Verwendung kreisringförmiger
Schälmatrizen herrührenden Schwierigkeiten für eine einwandfreie Aufteilung und
Ablösung des Spanes vermeidet sowie die Gefahr ausschließt, daß die Luppe zufolge
eines zu großen Werkstoffstaues vor der Schälmatrize abreißt bzw. ihr vorderes Stirnende
von dem Dorn durchstoßen wird.
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Gemessen an dem Vorteil, daß auf diesem Wege sowohl die vom Gießen
der Blöcke herrührenden Verunreinigungen als auch die als Folge der Erwärmung an
der Oberfläche auftretenden Risse ohne zusätzlichen Zeit- und Arbeitsaufwand im
Zuge des üblichen
kontinuierlichen Verfahrensablaufs beseitigt werden
können, ist der mit der zusätzlichen Einschaltung von Mehrkantkalibern und Schälmatrizen
zwischen die üblichen Formgebungswerkzeuge der Stoßbank verbundene Mehraufwand nur
gering, so daß auch die hiermit verknüpften Mehrkosten im Verhältnis zu den Vorteilen
nicht nennenswert ins Gewicht fallen.
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Bei Verwendung unberuhigt vergossener Stähle ist es - was keinen Teil
der Erfindung darstellt - im Interesse der einwandfreien Verschweißung des Blasenkreises
im Bereich der Oberfläche der Blöcke vorteilhaft, den auf einer Lochpresse einseitig
topfförmig gelochten Hohlblock zunächst in einem Streckwalzwerk unter Vergleichmäßigung
seiner Wandstärke vorzustrecken und erst den vorgestreckten Hohlblock anschließend
dem Schälvorgang auf der Stoßbank zu unterwerfen. Die hierdurch eintretende Oberflächenvergrößerung
wirkt sich im Gegensatz zu den Verhältnissen bei den bekannten Verfahren zum Schälen
oder Flämmen der Blöcke nicht nachteilig aus, weil der Schälvorgang im Hinblick
auf seine Kupplung an den Stoßprozeß von der Größe der Oberfläche sowohl hinsichtlich
Zeit- als auch hinsichtlich Arbeitsaufwand unabhängig ist.
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Die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Stoßbank ist zweckmäßig
in der Weise ausgebildet, daß den aus Rundkalibern gebildeten Reduzierwerkzeugen
der Stoßbank zwei aus jeweils zwei um 60° zueinander versetzt angeordneten Drei-Rollenkaliber-Walzensätzen
und einer diesen jeweils nachgeschalteten Schälmatrize mit kreisrunder Schälkante
bestehende Werkzeuggruppen vorgeschaltet sind, wobei die Rollenkaliber der ersten
Gruppe zu denjenigen der zweiten Gruppe um 30° in der senkrecht zur Stoßrichtung
liegenden Drehebene versetzt sind. Bierbei werden am Außenumfang des Hohlblocks
in der ersten Werkzeuggruppe sechs über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete,
längsverlaufende Kanten angewalzt, die in der dieser nachgeschalteten Schälmatrize
abgetragen werden, während anschließend in der zweiten Gruppe sechs weitere, ebenfalls
im gleichen Abstand über den Umfang verteilt angeordnete, zu den in der ersten Werkzeuggruppe
erzeugten Kanten aber um 30° versetzt angeordnete Längskanten angewalzt werden,
deren Abtragung in der diesen wiederum nachgeschalteten, mit kreisrunder Schälkante
versehenen Schälmatrize der zweiten Gruppe erfolgt.
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Nach diesem zweimaligen Abschaben der um jeweils 30° zueinander versetzt
angeordneten sechs Außenkanten des Hohlblockes ist diese auf dem gesamten Umfangsbereich
gleichmäßig abgeschält und durchläuft anschließend die den Schälwerkzeugen nachgeschalteten
Rollenkaliber oder Matrizen der Stoßbank bis zur Fertigstellung der Rohrluppe, die
dann in üblicher Weise in kontinuierlich arbeitenden Reduzier- oder Streckreduzierwalzwerken
weiterverarbeitet wird.
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Es ist selbstverständlich nicht in allen Fällen notwendig, den Hohlblock
in zwei hintereinandergeschalteten Werkzeuggruppen mit je sechs angewalzten Kanten
zu versehen, so daß hiervon je nach der Größe oder dem Durchmesser des Hohlblockes
auch Abweichungen möglich sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigt Fig. 1 das Schema einer Stoßbank in Draufsicht, Fig. 1 a bis 1 i das Schema
der auf der Stoßbank gemäß Fig. 1 durchgeführten einzelnen Arbeitsphasen, Fig. 2
und 2 a den in Topfforen einseitig vorgelochten Hohlblock im Ausgangszustand sowie
nach dem Vorstrecken im Streckenwalzwerk, Fig. 3 und 3 a die beiden Drei-Rollenkaliber-Walzensätze
der ersten Werkzeuggruppe, Fig. 4 und 4a die Schälmatrize mit kreisrunder Schälkante
im Längsschnitt und Stirnansicht, Fig. 5 und 5 a die beiden Drei-Rollenkaliber-Walzensätze
der zweiten Werkzeuggruppe.
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In Fig. 1 bezeichnen 1 die Stoßbank, 2 den Hohlblock, 3 den Stoßdorn
mit dem an diesem lösbar befestigten Gestängeteil3a und 4 die Stoßdornführungen.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind den eigentlichen, der Außendurchmesser-
bzw. Wandstärkenreduzierung dienenden Formgebungswerkzeugen 5 der Stoßbank; die
als Rundmatrizen oder Rollenkaliber-Walzensätze ausgebildet sein können, zwei Werkzeuggruppen
vorgeschaltet, von denen jede aus jeweils zwei hintereinandergeschalteten Drei-Rollenkaliber-Walzensätzen
6, 6 a bzw. 7, 7 a und einer diesen jeweils nachgeschalteten Schälmatrize 8 mit
kreisrunder Schälkante besteht.
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Das für die Rohrherstellung nach dem Erhardt-Verfahren auf der Stoßbank
sowie anschließend in kontinuierlich arbeitenden Reduzierwalzwerken benötigte Vormaterial
besteht aus kleinen Blöcken von etwa 301 bis 40 cm Länge mit einem vierkantigen
Querschnitt von etwa 100 oder 120 mm Kantenlänge, die mittels einer Blockschere
oder -säge von den vier bis sechs Meter langen Knüppeln abgetrennt und anschließend
nach der Erwärmung auf Walzhitze unter einer Lochpresse einseitig topfförmig gelocht
werden. Einen solchen Hohlblock zeigt Fig.2. Der in Fig. 2a dargestellte Hohlbolck2a
entsteht durch das übliche Vorwalzen des Blockes 2 in einem als Schulterwalzwerk
mit radialen Walzen ausgebildeten Streckwalzwerk. Hierbei wird nicht nur unter gleichzeitiger
Verminderung des Außendurchmessers die Wandstärke reduziert bzw. vergleichmäßigt,
sondern gleichzeitig bei Verwendung von unberuhigt vergossenen Stählen der Blasenkreis
nahe der Oberfläche verschweißt.
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Der gegebenenfalls vorgestreckte Hohlblock 2 bzw. 2 a wird über einen
(in der Zeichnung nicht dargestellten) Rollgang der Stoßbank gemäß Fig. 1 zugeführt.
Sobald der Hohlblock vom Stoßdorn 3 erfaßt ist, wird dieser zunächst durch die beiden
hintereinander geschalteten Drei-Rollenkaliber-Walzensätze 6, 6a gestoßen, deren
Anordnung in den Fig. 3 und 3 a veranschaulicht ist. Hieraus ist ersichtlich, daß
die in einem Winkel von jeweils 120° zueinander versetzt angeordneten Kaliberrollen
jedes der beiden untereinander um jeweils 60° versetzten Walzensatzes den Hohlblock
an der Außenseite mit insgesamt sechs längsverlaufenden und über den Umfang in gleichem
Abstand zueinander verteilten Kanten versehen, die durch schwach gekrümmte Seiten
begrenzt sind.
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In der den Drei-Rollenkaliber-Walzensätzen 6, 6 a nachgeschalteten
Schälmatrize 8 (vgl. den Längsschnitt gemäß Fig. 4 sowie die Stirnansicht in Fig.
4 a) werden die auf diese Weise angewalzten sechs Kanten abgetragen bzw. abgeschält.
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In den sich hieran anschließenden weiteren beiden Drei-Rollenkaliber-Walzensätzen
7, 7a (v51. Fig. 5 und 5a) wird der Hohlblock 2 bzw. 2 d erneut mit sechs längsverlaufenden
Kanten versehen, die jedoch zu den in der ersten Werkzeuggruppe 6, 6a angewalz=
ten Kanten um 30° versetzt sind. Die beiden Walzensätze7,7a der zweiten Werkzeuggruppe
sind-ebenso wie die Walzensätze der ersten Werkzeuggruppe -untereinander
um
jeweils 60° versetzt. Zum Abtragen der auf diese Weise angewalzten Kanten dient
wiederum eine Schälmatrize 8 mit kreisrunder Schälkante9, so daß der Hohlblock vor
seinem Eintritt in die eigentlichen Reduzierwerkzeuge 5 der Stoßbank 1 auf der gesamten
Oberfläche gleichmäßig geschält ist. Die beiden Schälmatrizen der ersten und zweiten
Werkzeuggruppe sind gleich ausgebildet.