DE1527872A1

DE1527872A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Strangpressen von Rohren

Info

Publication number: DE1527872A1
Application number: DE19661527872
Authority: DE
Inventors: Johann Wassen
Original assignee: Reisholz Stahl & Roehrenwerk
Current assignee: Reisholz Stahl & Roehrenwerk
Priority date: 1966-07-20
Filing date: 1966-07-20
Publication date: 1969-12-04
Also published as: GB1134313A; SE335308B; AT278478B; US3526119A

Description

Thyssen Röhrenuerke
Aktiengesellschaft

Du s. seldor.f ....■■..- ^/ Juli 1966

Vorrichtung und Verfahren zum Strangpressen von Rohren

Die Erfindung befasst sich mit dein Strangpressen von Rohren aus vorgelochten Blöcken, wobei das Rohr durch einen Spalt zwischen der Arbeitskante einer Matrize und einem darin befindlichen Dorn ausgepresst wird.

Bei allen Rohrstrahgpressanlagen herkömmlicher Art ist der Dorn in einem Dornstangenhalter gelagert. Er ist mit diesem meistens starr verbunden. Ein bekannter Nachteil derartiger Anlagen besteht darin, dass der Dorn beim Pressen sehr starken Zugkräften unterworfen ist, die durch die Reibung des fliessenden Materials verursacht werden. Dabei wird der Dornwerkstoff häufig bis zum Zerreissen beansprucht. Rohre mit kleinem lichten Querschnitt können aus diesem Grunde auf derartigen Anlagen überhaupt nicht durch Strangpressen hergestellt werden. Bei der Herstellung derartiger Rohre ist man deshalb-gezwungen, nach dem Strangpressen noch einen weiteren Arbeitsgang einzufügen, mit dem der Querschnitt auf das'Fertigma^S reduziert wird.

Man hat zur Behebung dieses Übelstandes bereits vorgeschlagen, den Dorn so zu lagern, dass er sich mit dem .fliessenden Material mitbewegen kann. Nach einem bekannten

Fl/Kh .■/-■,-. .

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Vorschlag ist er in dem Dornstangenhalter nachgiebig so abgestützt, dass dabei die Zugkraft einen ■ bestimmten, nevt nicht, überschreiten kann. Nach einem anderen Vorschlag kann der Dorn der Fliessbe-jegung oes Materials ν -lüg frei folgen. Durch diese Anordnung werden zwar die Zugkräfte in dem Dorn stark reduziert, sie v/erden auer u-iGht v'Jllig aufgehoben, da die Pliessgesc.h,.indigkeit des Materials an -.verschiedenen .Stellen-'der L''nge verschieden gros;: 1st. Ein weiterer schwerer Nachteil dieser Anordnung.. booteli-t darin, dass die Lange der zu preisenden Rohre -ce.hr oe- ~ schränkt ist. Der .Pressvorgan-; ist nämlich stets beendet/, wenn der in !»ans ε richtung sieh" uitoev/egende Dorn :seii,e maximale AussiehuncslJn£:e erreicht hat. Das fuhrt ocsonders bei Hohren i.iit kleinem Materialquerschriitt dazu, dai;s nur sehr geringe Blockgewichte verpres..t ».erdei. iä'-nnei^. Da nach federn Pressvorgang ein Pressrest anfällt, ist dae Ausbringen ■3ehr schlecht.

Der Sfinder hat sich die Aufgabe bestellt, eine bohrstrang-.' pressanlage zv. schaffen, bei der aer Dorn praktisex. /ZHIg frei von Längskräften ist, ao aas3 auch Rohra mit kleinstem lichtem Querschnitt direkt- auf Fertigmass gepresst ν,-erden können, und bei der es .auch uVglicn ist, Rohre von grosser Länge, bei. einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sogar von unbegrenzter Länge, herzustellen.

Das-wird gemassder Erfindung dadurch erreicht, dass der Dorn auf einem Teil seiner Länge die Form eines Kegelstumpfes hat, der an seinem dünner; Ende/einen zylindrischen übergeht, der dem lichten Querschnitt des zu pressenden Rohres entspricht. Allgemein gesagt, muss die Form des Dornes so gewählt sein, dass sich die durch das vorbeifliessende Material ausgeübten Druck» und Reibungskrl'fte

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■gegenseitig rerade aufneuen.Mit Vorteil ist die Länge des ke^eli-tumafartigeii T..-ils des D.oriis ein Mehrfaches, des Duronh.eccers. Verruche haben ^ezei^t, aasa aer er-. i¹ or Ci-C-¹Ii ο he Ke;::elwinkel des konischen Teils des Domra ir der ilegel kleiuer alo 1o ist/und zwar meistens Lr.-ioC.en β una 7°· Durch diene 7oru de-ε Dorns :,ird erreicht, da π;- ,'eder Punkt der Domoberf^e^ie unt^r äen angreii'eiiden Kräften nanesu im Gleichfev/ioht ist, eo dass die L^n^skrai'te inrieriialb des Dome praktisch

Da die an dem Dom angreifenden KrHi'te iai Gleic.irev/ici:t sind, besteht die besonderes vorteilhafte, bei Strang- ..: j.'ressej,. bisher nie vervvirklichte Ku_f,lioiilteitv der: Dorn . als fliegenden Dom ausKÜbilden. Dabei \«ird unter einem . fließenden Dorn ein Dorr: verstanäen, der in keiner Weise durch Halterungen abgestützt oder geführt ist, sondern allein durch üie beim Pliessen aiiftrete-nd-ei. -Druck- und Reibungskräi'te;, die durch den fliessenden Werkstoff auf den'Dorn ausgeübt x-ierderiy im Gleichgewicht gehalten wird.. Das hat besondere Vorteile -beim kontinuierlichen Pressen von Rohren unbegrenzter Länge, da neue Blöcke nachgelegt werden können, ohne dass die Dornstange wie bei herkömmlichen Anlagen dabei im Wege ist.

Mit Vorteil besteht der Dorn aus gesintertem Hartmetall oder aus Steint. Diese Werkstoffe zeichnen sich nämlich dadurch aus, dass sie auch noch bei Temperaturen von über 80o° eine hervorragende Härte aufweisen. Bei der Verwendung von Hartmetall oder Steint ist es zweckmässig, dass sich die gesamte Anlage unter Schutzgas befindet.

Die Matrize ist mit Vorteil im Innern in Form eines / Trichters ausgebildet, dessen weites Ende etwa die gleiche

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axiale Lage hat wie-das dickere Ende des kegelstumpff örn.igen Teils des Dorns. ■■ _:

Aus vreiter unten erörterten Gründen ist es notwendig, dass beim Pressen der den Vorschub bewirkende Pressdruck In dem Bereich, des Blockes, der bein-. Vorschub das dickere Ende des kegelstumpfartigen Teilt der Dornstange noch nicht erreicht hatj unterhalb der der Blocktemperatur entsprechenden "Fliessgrenze gehalten"wird.

Mit Vorteil wird der Hohlblock während des Vorschubes im Rezipienten auf eine Temperatur vorgewärmt, die wenig unterhalb der Rekrlstallisationsternperatür liegt, und erst in der Matrize wird die Temperatur über die Rekristallisationstemperatur erhöht. Die Temperaturerhöhung in der Matrize wird zweckmässig beim Beginn des Pressvorganges durch induktive Heizung vorgenommen, die jedoch abgeschaltet wird, sobald das Pressen begonnen hat. Bei der Herstellung von stranggepressten Stahlrohren wird der Pressvorgang mit Vorteil bei einer Temperatur vorgenommen, bei der die - Umwandlung des Alpha-Eisens in das Gamma-Elsen noch nicht begonnen hat, v/eil in diesem Temperaturbereich die Formänderungsfestigkeit des Materials ein Minimum durchläuft. Das gilt natürlich nur für solche Stähle, bei denen ein Übergang von der Alpha- in die Gamma-Form vorhanden ist. Bei anderen Stählen presst man zweekmässig bei der höchsten Temperatur, bei der die Werkzeuge noch standhalten«

In Figur 1 wird die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Domes 7 näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist hier der Kegelwinkel des kegeistumpfförrnigen Teiles 9 des Dornes viel zu gross dargestellt; Während des Pressens steht äer den Vorderteil 6, 9 des Dornes 7 umgebende Werkstoff annähernd unter hydrostatischem Druck> d.h. die Druckkrafte sind nach allen Riehtungen ungefähr gleich gross» Auf ein

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^?Flächenelement des ke^elHtioVpiTJr.ai jen Teiles 9 wirkt ■ aer . Druck P. Dieser Druck irat eine Komponente P-., die In axialerRichtung aufwärts Wirkt. Aus se r dein erzeugt das unter dem Druck P an der Dornoberi'Iilcke /orbeifliessende Material eine iielbun^skraft/M.P, ule eine Komponente P-y. hat, die in axialer Hichtung nach unten ν Irkt. Dabei Ist; .-/< der Reibungskoeffizient.- An den! s^lir&rischen Vorderteil 6 wirkt auf jedes FlilcheneleLient ein Brück P¹ ^ der eber.falls eine iieibuiig^.P¹ erzeugt,- uie in axialer liiciituris nach" unten t-irkt. Xra Bereich des Schaftes 8 -berührt das: waterial die BöcnstanGe In dein gezeichneten Fall überhaupt nicht, so dass In.- dlesera Bereich keine Krllz'te wirken.

Der Dorn ,bei Indet sich im Gl eichte να ent,, v/enn alle in axialer RIehtunf, viirkenden Kräfte sich -4,e^enseitiü aufheben. Es-ist deutlich., dass das Gleichcieu-icht von dem Reifcungskoeffizienten/i und dem Kegelv.-inkelc^ abhärten r.uss. Wenn man von dem Einfluss des Vorderteiles 6 absehen kennte, darin müsste 1/2 oC genau gleich dem HelbunöSWinkei sein. In diesem Falle ware jeder Punkt der Dornoberfläche für sich Im Gleichgewicht j und der Längs su^; Im Dorn wäre gleich Null. Den tatsächlich erforderlicheri Winkel^ kann man leicht durch Versuche ermitteln. Sr kann vonMaterial zu Material natürlich verschieden gross sein und hängt auch von. dem Schmiermittel ab/ das man verwendet. Meistens hat sieh ein Winkel von etwa β bis 7° als geeignet erwiesen.

Überraschenderweise zeigt sich, dass das - Gleichgevrlcht auch stabil ist, d,h. dass der JDorn bei fliegender Anordnung nach Erreichen der Gleichgewichtslage praktisch keine axiale Bewegurtg mehr ausführt und bei kleinen Störungen-wieder in die Gleichgewichtslage zurückkehrt« Kleine Auslenkungen aus der Gleichgewichtslage haben auf die Wandstärke des gepressten Höhres keinen Einfluss.» da der für die Viands tärke mass-

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gebende Spalt z~-;±cc'.-ex- de,;. Vorderteil 6 und ue.:' Arbeit;;. kante 4 der Macri.;e 2 (/^I. Fi^. 2) vielen der ::„. li.r,dri.:c; er. Poru des Vorderteiles 6 oei derartigen kleinen Ablenkungen konstant bleibt. Äucrr in radialer Richtung bei'ir.ciet üicn-. aer Dorn in einer stabilen Gleichgewichtslagej d.h. er.zentriert ■ sich selbst.

In Figur -2 "ist ein Teil der erfindtmgs-jerrr/ssen^ Dtrangprec^:;sanlage schematisch dargestellt. Der-Recipient 1 bee teilt aus mehreren ringartigen Teilsflcken.,..- die in üblicher ./eise ■ induktiv beheizt sind. Vorne 1st an den riezipienteix die Matrize 2 angesetzt, äie ist im Innern als spitzv.'iiikli :;er Tricater 3 ausüebilde'n^ elessen vieltes £ηάβ e'xm Xr. gleicher. Höhe liegt v/ie das aickere Snde aes Ke^elstujipfteiles 9 des Doms.Die engste Stelle des Trichters 3 bildet die Arbeitskante ·Ψ, die zur Äussenkalibrierung des ausgepressten Honres 5 dient;.." Die Innenkalibrierung des: Ronres 5 wird durch den zylindrischen Vorderteil 6 des Domes 7 bewirkt. Der Dorn' weist ausserdem einen kegels.turäpf'förmigen Teil 9 sowie einen zylindrischen Schaft 3.auf. Der Kegelwlnkel des Teiles 9 isfc etwa β bis 7°- - -. _; / _

In dem Rezipienteri befindeii sich die Hohlblöcke 1o und 'M-, ■ auf die in Richtung der Pfeile \1¥ durch eine nicht dargestellte Pressvorrichtung ein Druck ausgeübt v/ird.. Die Presskraft muss so niedrig sein, dass bei der.vorliegenden . Temperatur-des Materials kein-plastisches Fliessen. des Blockmaterials: irn Rezipiefiten 1 eintritt. Würde es schon im Bereich des Schaftes 8 eintreten, so-würde eine zusätzliahe R^ibungskraffc entstehen^ die das Seichgewicht stören könnte. Oberhalb des Endes t5 der Dornstange ist plastisches Fliessen auf jeden Fall zu vermeiden,. weil sonst.das Material in den Bereich der Bohrung des Hohlbloßks -eindringen konnte und dadurch natürlich das Gleichgewicht des Dorns 8 vollends zunichte ma'chen wurde. . . .

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Die Hohlblüeke sind so beiner ■ er., uaεs nie lit nur der Schaft 8 in der--Bohrui:. · einer: S ielraui;i 12 hat, sondern auch zwischen der· O^crrVe.ie aer 31 cke und der Innenwand' des ilezipienten ein Spielrau!.] 1^ besteht. Pacmrch ".irc einerseits die Reibung und da;:.it die erforderliche Presskraft verringert und ander epseit.~- der Ar i'ne linier \:.eltgehend von -nie c-hani sehen Beanspruchungen entlastet, iras sieh auf die V/erkzeugkosten g'.ine ti -auswirkt. ' ■■■■'-."

Uni das ihi Hesipiexiten vorgev;:'rmte Material auf die zuüi Fa.iessen erforderliche Temperatur zu bringen, ist die Matrize mit einer induktive-.. Heizung versehen. Diese Heizung braucht jedoch häufig nur beim Beginn des Pressens eingeschaltet zu ./erden. Ist der Pressvorgang einmal eingeleitet, so--genügt'-- ausreichende Vorv/ärmung vorausgesetzt - die Verformungswnrine zur Auf recht erhaltung der Arbeitsteraperatur.

Die Form der Matrize begünstigt das Einsetzen des Fliessens an der gewünschten Stelle in der Nähe des dickeren Endes des kegelstumpfförinigen Teiles 9 des Borns 8. Da die Matrize an dieser Stelle anfängt, sich zu verjüngen, nimmt hier der Flächendruck zu, so dass die Fliessgrenze überschritten wird. Die schlanke Form der Matrize gev/ahrleistet gute Fliessverhältnisse, ohne allzu hohen Pressdruck zu erfordern.

Die erforderliche niedrige Presskraft lässt sich bei gegebenem Querschnitt durch eine hinreichend niedrige Vorschubgeschwindigkeit erreichen. Die Vorschubgeschwindigkeit ist im allgemeinen niedriger als bei herkömmlichen Strangpressanlagen, bei denen man eine extrem hohe Vorschutjgeschwindigkeit anstrebt, um die Berührungszeit zwischen dem heissen Material und der Dornstange so kurz zu halten, dass die Temperatur der Dornstange nicht allzu stark ansteigt. Da' bei der erfidnngsgemässen Anlage wegen des relativ langsamen

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Vorschubes und insbesondere beim Pressen von Rohren unbegrenzter Länge im kontinuierlichen Verfahren die Berührungszeit 'zwischen Dorn und. Werkstoff sehr gross 1st-, muss der Dorn aus einem Werkstoff bestehen, der bei den vorkommenden Temperaturen eine genügend none Standfestigkeit aufweist. .Aus diesem Grund besteht der Dorn ebenso wie auch die Matrize aus Hartmetall. Da das Hartmetall aurch den Sauerstoff der Luft angegriffen'wird, muss die gesamte Anlage sich unter 3cnutzr;as befinden. Das Nachlegen der Blü'cke erfolgt dabei ir- üblicuer Weise durch Schleusen. ■ . .

WeiJi auch bei der erfindungGgemassen Anlage, die Vorschubgesch.:indijl:eit "aurchv'eg erheblich niedriger ist als bei herkömmlichen. Anlagen, so Liegt doch die Leistung jro Zeiteinheit keineswegs in dem gleichen Masse niedriger. Bei den bekannten Anlagen beträgt nan.lich die Hüstzeit zwischen den einzelnen Arbeitsvorgängen, die für das Zurückziehen, .Kühlen und evtl. Auswechseln der Dornstange sowie für das Einleger, eines neuen Blockes .erforderlich ist, meistens ein Vielfaches der Zeit, die der Pres s.vo-rgang selbst in Anspruch nimmt, "v.-D.-rend bei der eri'indunrsgemässen Anlage kontinuierlich gearbeitet werden kann.

Der Hauptvorteil der erf.indungsgemass.en Anlage besteht darin, dass sich auf ihr auch Rohre mit kleinem lichtem Querschnitt auf Fertlgmass herstellen lassen. Das ist die Folge davon, dass der Dorn praktisch frei von Längskräften ist, so dass auch kleinste Dornquerschnitte verwendet werden können. Die Rohre können in beliebigen Längen hergestellt werden, so dass ein hervorragendes Ausbringen gewährleistet ist» Die Oberfläche der ausgepressten Rohre ist wegen der Schutzgasatmosphäre so gut, dass sie nicht mehr nachgearbeitet werden muss. Weiter ist infolge der selbstzentrierenden Wirkung des Dorns die Wandstärke der Rohre über den ganzen

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Umfang /Cllig gieicinulssig, so uass das bisher oit erforderliche Nacharbeiten--'einseitiger Rohre entfällt. Das •gilt jedenfalls für Rohre aiit kreisfl'rraioeffi Querschnitt - und solche^ bei denen nicht durch Uhregelinussigkeiten, ::ie Rillen odei" Vorsprünge des Profil^, das Fliessen aes ./erkstoffs behindert- ist.

Die iärfindung ist natürlich nichü auf die Herstellung von Rohren mit kreisförmigem Querschnitt uesonriuikt. Es kennen grundsätzlich Hohlprofile aller Art in dieser Weise hergestellt werden. Wesentlich ist nur, dass der Dorn einen sich in Längsrichtung verjüngenden Teil und einen daran ansehliessenden Teil konstanten Querschnittes zur Innenkalibrierung aufweist.

Pa tentansDrüche j

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Claims

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1. Vorrichtung zu;n Strangpresse!, .on -teuren aus /or^G^oa.-veri Blocken, :nit einem von einer matrize ^aschlos.-ene^, voi: dieser allseitig durch eii^eu o,;;.alt zu.u Auspr^.j^er^ qjl ^ohres getrennten Dorn, daäurc.. gekernzeic-aiei;, dasc der Dorn (b) auf einein Teil seiner Länge ai'i^: Foru. eir.es Ke>:c-lstur:ipfes (j) hat, der an seinem dünnen ϋΐΆσβ- in eine:, zylindrisü^.ar. Teil (6) überseht, der dem lichten Querschnitt des zl: ..recsenden Hohres (3) entsprieht.

2. Vorrichtung nach Anspruci: 1,-dadurcli aekerinseicimet^ dass die Lunge des kegelstumpf artigen Teils (9) dss Doms (8) ein Mehrfaciies des Durchmesser^ neträ^t.

y. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeicrriet, dass der Kegelviinkel Q^j kleiner als 1o° ist,

4, Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Kegel;/inkel (<jk) 6 bis 7° beträgt.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekermzeichi'iet, P dass der Dorn (8) fliegend angeordnet ist»

6. Vorrichtung nach Anspruch T bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (8") ".aus gesintertem Hartmetall oder aus Steint besteht.

J. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeicijriet, dass sich die gesarate Anlage unter Schutzgas befindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch■ 1 ■ bis· J, dadurch gekennzeichnet/ dass die Matrize (2) Im Innern die Eor/n eines Trichters (p) hat, dessen %eites Ende etwa die gleich axiale Lage hat wie

das dickere Snde des kegelstumpfformigen- Teils (9) des Dörns .- ■ ' -7 - ; ■■■■: ..·. ■/■■ (8)

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;\ yer-'a-u'e.. zur.; Strangpressen von .rionren r.dttels einer Vor-..' richtci.r ■ leuaisc der Änspr^'ci.en ΐ-ois 6, dadurc; je^Oi-nseic.-ue;;,. dass der den Vorcclmü bewirkende Pressdruck in - . de«.. Bereiü-i des Blockes (io), uer "oeira. Vorscliub das dickere iSiiue dec kegels.tuhipxTöriui;;en Teils (9) der Dornstange (8) iioeh nie. t erreicht hat, ,axteriialb der der Blockteraperatur entspreclienden Fliessgrenze ,^enalten wird.

10. Verfai-ireii nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet^ dass der Hohlblock (1-o, 11) -.-".iienu des Vorschubes imflezipienteii (1) auf eine Temperatur -.or_.e'.ilrrat v/ird, die weiii^ "unterhalb der Hekristalli^ationstemperatur liegt, und erst in der Matrize (2) über aie RekristallisationsteMperatur ervi-.irrat T.ird. -. "

11. Vei-rahren nach Anspruch. 1o, dadurch gekennzeichnet,, dass die Temperaturerhöhung in der Matrize beim Beginn des Pressvorganjes durch ihdütive Heizung vorgenommen i.lrd/ die jedoch abgeschaltet wird, sobald das Pressen begonnen hat.

12. Verfallren zum Strangpressen von Stahlrohren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurc:\ gekeimt ^lehnet,, dass der Pressvorgang· bei einer Temperatur vorgeiionimen v.'ird, bei der die Umwandlung des Alpha-Eisens in das Gamma-Eisen noch nicht begonnen ha t.

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