DE2012066A1

DE2012066A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalt ziehen von Metallrohren

Info

Publication number: DE2012066A1
Application number: DE19702012066
Authority: DE
Inventors: Kenjiro Yokohama Kawanata Shigeo Ito Katsuhiko Tokio Tsuji Hitoshi Kawasaki Kanagawa Mon Eiji Tokio Isobe, (Japan) M
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1969-09-16
Filing date: 1970-03-13
Publication date: 1971-03-25
Also published as: FR2068868A5; US3657910A; JPS499953B1; CH516955A; GB1268017A; DE2012066C3; SU373925A3; BE750962A; DE2012066B2; NL7003737A; CS190311B2; SE371587B

Description

Tel. 2

13.K3K197Ö

HIPPOH KOKAH KABÜSHIKI KAISHA Tokio/Japan

Yerfahren_und_Vorrichtung_^m_Kaltziehen_von_Me^allrohren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ziehen von Metallrohren und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, in deren Rahmen die Anwendung von Ultra— schallvibrationsenergie beim Kaltziehen von Bohren aus einem beliebigen metallischen Werkstoff und mit beliebigen Abmessungen vorgesehen ist.

Bas Kaltziehen von Metallrohren hat den Vorteil, daß auf diesem Wege hochwertige Bohren hergestellt werden können, da hierbei die Gewähr für eine hohe Maßhaltigkeit und Oberflächengüte gegeben ist. Andererseits erfordert aber der beim Ziehvorgang auftretende erhöhte Formänderungswiderstand eine erhebliche Ziehleistung. Dies wirkt sich zwangsläufig nachteilig auf die Bationalitat des Verfahrens aus und bedingt eine Erhöhung des Fertigungeaufwandes. Man hat «loh daher intensiv um die Entwicklung eines Kaltziehverfahrens bemüht, bei dem diesem Mangel abgeholfen ist. Eine der aussichtsreichsten Möglichkeiten liegt hier in der Anwendung von Ultraschallschwingungen. Auf diesem Wege kann der Formänderungswiderstand beim Ziehvorgang stark verringert werden und kann die Ziehgesohwindigkeit dem-

" · zufolge

zufolge entsprechend erhöht werden. Hoch teschränkt sich die Anwendung dieser Kaltziehmethode auf Röhren mit geringer Wandstärke und kleinem Durchmesser, da Ultraschallwellen nur eine begrenzte Vibrationsenergie zu liefern vermögen. Es ist anzunehmen, daß dies auf den Umstand zurückzuführen ist, daß der Ultraschallerzeuger hinter den Röhrenziehdorn geschaltet ist. Auch bei Bündelung der Schwingungen mittels eines Trichters sind der aus einem einzelnen Ultraschallerzeuger verfügbaren Vibrationsleistung Grenzen gesetzt, die sich aus dessen Material und Bauweise ergeben.

Die Erfindung sieht vor, die vorbezeichneten Schwierigkeiten durch die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung auszuschalten, die geeignet sind, unabhängig vom Material und von den Abmessungen der Metallröhren eine Ultraschall-Vibrationsleistung von einer beliebigen erwünschten Größenordnung verfügbar zu machen.

Gemäß der Erfindung wird eine Vielzahl relativ kleiner Ultraschallerzeuger am Umfang eines ilansches oder einer Scheibe angebracht, wobei der !Durchmesser dieses Flansches unter Berücksichtigung der Schwingungszahl gewählt ist. Der Flansch schwingt dann in Resonanz und gibt entsprechend der Resultierenden der Leistungen der einzelnen an seinem Umfang angeordneten Ultraschallerzeuger eine maximale Resonanzleistung ab. Verbindet nan den Flansch mit einem geeigneten, im wesentlichen rechtwinklig angeordneten Übertragungsglied, so kann die Richtung der Ultra schall resonanz schwingungen des flansches ohne weiteres um 90 geändert werden. Sieht man mehrere solcher Flansche vor, so erhöht sich die durch den tfbertragungskörper abgegebene Vibrations leistung entsprechend. Verbindet man also einen Röhrenziehdorn mit dem einen Snde des Übertragungskörpers, so läßt sich die auf den Dorn und auf den von diesem getragenen Do rnkopf übertragene Vibrationsleistung ohne weiteres über die Zahl der vorgesehenen Plansche und die Anzahl der an diesen angebrachten Ultraaohallerzeuger in einer erwünschten Weise festlegen.

Die Erfindung hat folglieh zur Hauptaufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kaltziehen τοη Hetallrohren zu schaffen, wobei eine Vielzahl relativ kleiner ültraseaallerseuger in einer Anordnung in einer Stufe oder in mehreren Stufen Torgesehen ist, die

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eine gleichbleibende Vibration sie istung von einer für bestimmte Werkstoffe-und Abmessungen der zu ziehenden Metallrohre beliebig, erwünschten Größe abgeben.

Yfeiterbin hat die Erfindung zur Aufgabe, die Voraussetzungen für eine erhebliche Verringerung des beim Kaltziehen von Metallrohren auftretenden Formänderungswiderstande ε zu schaffen, so daß bei gleichbleibender Ziehleistung der Ausstoß, und die Rationar·· 11 tat der Fertigung erhöht werden können und der Fertigungsaufwand dementsprechend geringer ausfallt. '

Das Verfahren und die Vorrichtung, die durch die Erfindung geschaffen werden, können für das Kaltziehen von LietEllrohren aus beliebigen Werkstoffen und mit beliebigen Abmessungen Anwendung finden,, wie sie handelsüblich, in Betracht kommen»

^ Bei. den im Halmen der Erfindung benutzten IJltraschallex-

zeu^ern kann es sich um Elektro striktionswanaler oder um llagnetostriktionswandler handeln. Elektrostriktionswandler werden hierbei jedoch bevorzugt.

Dem besseren Verständnis der Erfindung dient die nachfolgende eingehende Beschreibung in Verbindung mit den beigegebenen Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen»

Figur 1 eine Seitenansicht einer die Erfindung verkörpernden Anlage zum Ziehen von Metallrohren, bei der die Schwingungsenergie von Ultraschallwellen genützt wirdj

Figur 2 eine Oberansicht der in Figur 1 gezeigten Anlage;

Figur 3 eine Teilansicht in Schnittdarstellung, die der Erläuterung der Vorgänge beim Ziehen eines Metallrohres dientν

Figur 4 eine Querschnittsansicht in einem entlang der Linie IV-IV der Figur 1 gelegten Schnitt}

Figur 5 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Traggerüsts für einen Richtungswandler zum. Ändern der Schwingungsrichtung der Ultraschallwellen;

Figur 6 eine Oberansicht des in Figur 5 gezeigten Traggerüstsj ""'." '

10 9 8 13/10?1

Figur 7 eine Schnitt an sieht in einem entlang der Linie VII-VII der Figur 6 gelegten Schnitt}

Figur 8 eine Schnittansicht in einem entlang der Linie VIII-VIII der Figur 6 gelegten Schnitt}

Figur 9 eine Schnittansieht in einem entlang der Linie IX-IX der Figur 6 gelegten Sohnitt;

Figur 10 eine Kupplung zwischen einem Richtungswandler zum Ändern der Schwingungsrichtung der Ultraschallwellen und einem Dornstab sowie die Halterungsanordnung für einen Dornkopf}

Figur 11 eine Kupplung zwischen einem Richtungswandler zum Ändern der Schwingungsrichtung der Ultraschallwellen und einem Dorn β tab}

Figur 12 die Verbindung zwischen dem Dornstab und dem Dornkopf} und

Figur 13 eine Querschnittsansicht in einem entlang der Linie XIII-XIII der Figur 11 gelegten Schnitt,

Es sei zunächst auf Figur 11 der beigegebenen Zeichnungen Bezug genommen, in der eine Ausführungsform einer mechanischen Übertragung sanordnung für Ultraschallvibrationaenergie dargestellt ist, bei der eine Vielzahl von Ultraschallerzeugern vorgesehen ist, wobei es sich hier um Elektrostriktionswandler oder um Llagnetostriktionswandler handeln kann» In dieser Ausführungsform sind sechs Flansche oder Scheiben 51A, 51B, 51C, 5-1D, 51E und 5IF vorgesehen, welche die Ultraschallerzeuger tragen. Diese Flansche sind einstückig· mit einem Übertragungskörper für die Schwingungsenergie ausgebildet und rechtwinklig zu diesem angeordnet. In diesem Fall hat jeder der Flansche die Form eines Zwölfecks und trägt zwölf Ultrasohallerzeuger 60, die an den Flächen des Zwölfecks befestigt sind,, Bei dieser Anordnung muß der Durchmesser eines jeden der Flansche so gewählt sein, daß er gleich Ά/2 ist, wobei 2. die Wellenlänge der von den Ultraschallerzeugern erzeugten Ultraschallwellen bezeichnet, und die Abstände zwischen benachbarten Flanschen müssen ebenfalls gleich j\/2 sein. Jeweils zwischen zwei Flaneohpaaren sind in zweckdienlicher Weise geeignete tragende Organe 52A, 52B, 52C und 52D angeordnet. Auch die

Abstände

1 0 9 8 1 3 / 1 Π 2 1

Abstände zwischen den betreffenden tragenden Organen und den benachbarten Flanschen entsprechen jeweils dem Wert £/2 =

Me Ultraschallerzeuger können an den Flanschen in einer beliebigen, geeigneten Weise befestigt sein, so etwa durch Verschraubung oder Verschweißung. Figur 11 zeigt eine Anordnung mit Schraubverbindungen. Zu diesem Zweck ist jede der Flanschflächen mit Gewindebohrungen versehene Ein geeigneter Abgriff 6l für die Vibrationsgeschwindigkeit kann an dem einen Ende des Übertragungskörpers vorgesehen sein, um jederzeit den Schwingungszustand des Gesamtsystems überwachen zu können.

Bie durch Erregung der einzelnen Ultraschallerzeuger in den Flanschen in der Radialrichtung hervorgerufenen Schwingungen, die in der Figur durch einen Pfeil 62 angedeutet sind, erfahren eine Richtungsänderung und werden hierdurch zu Schwingungen in der Achsrichtung des Übertragungskörpers 50, wie dies durch einen Pfeil 63 verdeutlicht ist. Wie weiter oben bereits erwähnt wurde, ergibt sich die axiale Vibrationsleistung als Resultierende der radialen Vibration sleistungen der einzelnen Flansche. In den Figuren 11 und 12 sind ein Bornstab 70 und ein Bornkopf 71 gezeigt, die mit dem anderen Ende des schwingungsübertragenden Körpers 50 oder mit dessen in der Betrachtungsrichtung der Figur 11 linkem Ende verbunden sind, wodurch die abgegebene Schwingungsenergie bis unmittelbar auf den Dornkopf übertragen wird. Nimmt man für die einzelnen Ultraschallerzeuger beispielsweise also eine Schwingungszahl von 20 kHz an und handelt es sich bei dem Konstruktionswerkstoff des Übertragungskörpers 50 um Stahl, so wird die Schwingungsenergie als stehende Welle mit Schwingungsknoten in Abständen von %,J2 = 126 mm auf den Bornkopf übertragen. Richtet man es so ein, daß die Länge des Dornstabes 70 einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge {%J2 χ η) entspricht, so liegt der Dornkopf in einem Schwingungsmaximum, ao daß in dieser Weise einem Verlust an Schwingungsenergie vorgebeugt werden kann. Die Verbindungsstelle zwisohen dem tJbertragungskörper 50 und dem Dornstab 70 soll hierbei mit einem Schwingungsmaximum zusammenfallen. Zu diesem Zweck sind Verbindungeanordnungen 53 und 72 vorgesehen, die Ton der Stoßfläohe 55 jeweils einen Abstand entsprechend %l4 haben, wobei diese Verbindungßanordnungen durch Bolzen 54 ^x - aneinander

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aneinander befestigt sind. Für den übertragungskörper kann eine geeignete schwingungsdämpfende Anordnung % und eine sohwingungsverstärkende Anordnung 79 vorgesehen sein, wie dies in den Figuren 11 und 12 gezeigt ist.

Soll der in den ilguren 11, 12 und 13 dargestellte Übertragungskörper für eine der großtechnisch üblichen Metallrohr-Ziehanlagen Anwendung finden, so sind weiterführende Überlegungen angezeigt. In den ilguren 1 bis 10 ist eine Ausführungsform einer Röhrenziehbank wiedergegeben, die in ihrem konstruktiven Aufbau auf Überlegungen dieser Art beruht.

Der in Figur 11 gezeigte schwingungsübertragende Körper ist hier in ein Gehäuse 1 eingebaut, das in den ilguren 1 und 2 dargestellt ist» Wie aus den ilguren 5 und 6 zu entnehmen ist, handelt es sich bei diesem Gehäuse um einen Rahmenaufbau mit in Längsrichtung angeordneten BauStahlträgern 25A und 25B mit C-Profil und mit Querrippen26A, 26B, 26C, 26D und 26F, an denen durch Bolzen 17 und ' Spannglieder 3C, 31}, 3E (sowie durch ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Spannglied 3B) Lageranordnungen 2B, 2C, ZD und 2E für die tragenden Organe 52A, 52B, 52C und 52 D des in Figur 11 gezeigten Übertragungskörpers 50 befestigt sind, wobei die Spannglieder durch Bolzen 22 in ihrer Stellung festgespannt sind, um einem Ausweichen des oberen Teils des Übertragungskörpers 50 vorzubeugen. Aus den ilguren 9 und 5 geht hervor, daß für die Rippen 26B und 26B fernerhin Räder 8A, 8B beziehungsweise ein (nicht dargestelltes) Rad 8C und ein Rad 8B vorgesehen sind, auf denen der Übertragungskörper 50 und das Gehäuse 1 ruhen. Diese Räder drehen sich mit Wellen 9, die in Gleitplatten 1OA, 1OB, IOC und in einer (in den Zeichnungen nicht gezeigten) Gleitplatte 10Ö gelagert sind, wobei eine Höhenverstellung mit Hilfe von Stellschrauben HA, HB, HC und einer (in den ilguren nioht dargestellten) Stellachraube 11D möglich ist, co daß die Aohslinien des Übertragungskörpers 50 und eines Ziehtrichters 80 miteinander in Flucht gebracht werden können. Wie in Figur gezeigt wird, trägt die an der Rippe 26D befestigte Lageranordnung 2D zwei Anschläge 13 mit GummipolBtem I4, die ein Ausweichen des Übertragungakörpers 50 nach hinten verhindern. He weiterhin aus den Figuren 5, 8 und 9 zu entnehmen ist, sind für den Übertragungskörper

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- Ί -50 außerdem Si clierhei tsverkleidungen 15, 16 und 24 vorgesehen.

Die Verbindungsanordnung zwischen dem schwingungsübertragenden Körper 50 und dem Dornstab ist allgemein in den Figuren 5 und 6- sowie in den baulichen Einzelheiten in den Figuren 7 und .' dargestellt. Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, gehören zu dieser Yerbindungsanordnung die Flansche 72 und 53» die durch Bolzen 54 fest miteinander verbunden sind. Eine schräge Schulter 79 wirkt im Sinne einer Verstärkung der Schwingungsenergie, wie dies bereits erwähnt wurde, und dient außerdem zur Aufnahme der an dem Dornstab auftretenden Zugkräfte. Die Schulter 79 des Dornstabes wird von einem Ring 5 abgestützt, der auf den Dornstab 70 aufgepaßt ist und der seinerseits von Gliedern 4A und 43 getragen wird, so daß die beim Ziehen, der LIe tallrohre in dem. Dornstäb auftretenden Zugkräfte von der Rippe 26A des Gehäuses 1 aufgenommen werden. Durch diese Bauweise wird die Verbindungsanordnung zwischen dem Übertragungskörper und dem Dornstäb von allen äußeren Kräften entlastet, die diese beiden Organe auseinanderzurücken suchen. Am entgegengesetzten Ende wird das Gehäuse 1 durch eine fest mit der Sippe 26F verbundene winkelBewegliche Kupplungsvorrichtung 6 und 7 in seiner Stellung festgehalten.

Die Röhrenziehbank mit dem Gehäuse 1, das den Qoenbeschriebenen Übertragungskörper für die ültraschallschwingungsenergie enthält, ist in ihrer Gesamtheit in den Figuren 1 und 2 dargestellt, während die baulichen Einzelheiten eines Teils dieser Anlage in den Figuren 3 und 4 gezeigt sind. Es sei zunächst auf die Vorrichtungen am hinteren Ende des Gehäuses 1 näher eingegangen, wobei zu erwähnen ist, daß die winkelbewegliche Kupplung 6 und 7 über einen Belastungsfühler 74 zum Ermitteln der am Dornkopf auftretenden Kräfte mit einem hinteren Dornstab 75 verbunden ist, der seinerseits über ein tragendes Teil 75 mit einem Druckluftzylinder 76 verbunden ist. Der Druckluftzylinder 76 ist zur wechselseitigen Lageeinstellung zwischen einem Ziehtrichter 80 und einem Dornkopf 7I mittels einer von einem Elektromotor 77 angetriebenen Gewindespindel 78 in der Horizontalen gleitend verschiebbar. Die in Erstreckung vor dem Ziehtrichter 80 angeordneten und auf den an der Rippe 2oA befestigten tragenden Organen 4A, 4B und 5 abgestützten Teile des Dorn stäbe s 70 sind in eine

■ ,,"' Wanne

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2 υ 1 ^ Ü B 6

Wanne 102A aufgenommen, wie dies in Figur 4 gezeigt ist.Wie ferner
am deutlichsten aus Figur 3 zu ersehen ist, ist der Ziehtrichter 80 durch einen ringförmigen Abstandhalter 81 in der Weise in einer
Ziehtrichterfassung 101 gehaltert, daß zwischen dem Zieh trichter 80 und dem Dornkopf 71 ein ringförmiger Ziehkanal bestimmt wird. Durch diesen Ziehkanal wird also mit Hilfe einer Zugvorrichtung 110 ein
Itohr 130 hindurchgezogen. Es ist vorteilhaft, wenn die Ziehtrichterfassung 101 einstückig mit einem Ziehkopf IOC ausgebildet ist.

Für den Vorgang des Ziehens von Metallrohren ist es erforderlich, ein geeignetes Steuerteil für die Ultraschallerzeuger vorzusehen. 3ei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform unterliegt die Schwingungszahl eines Ultraschallerzeugers 121 der Regelwirkung
eines Steuerteils 122, das auf ein Signal 125 anspricht, welches vordem bereits im Eingehen auf Figur 11 erwähnten Abgriff 61 herrührt. Für der. Fall, da£ die ermittelte Schwingungsgeschwindigkeit infolge einer Änderung des Ziehwiderstandes des lletallrohres oder der Belastung der Maschine von einem festgelegten Wert (beispielsweise etwa 60 cm/see) abweicht, erfolgt sogleich eine Betätigung des Steuerteils 122 im Sinne der Wiedereinstellung des festgelegten Werts'der Schwingungsgeschwindigkeit. Der Ausgang des ßteuerteils 122 wird
durch einen Verstärker 123 verstärkt und das verstärkte Signal I24 wird den einzelnen Ultraschallerzeugern zugeführt. Die Ultraschallschwingungsenergie mit einem konstantgehaltenen Wert der Schwingungsgeschwindigkeit wird dann also durch den Übertragungskörper in der weiter oben beschriebenen Weise dem !Dornkopf zugeführt.

liach Beendigung des Ziehvorgan_f-vG, dem ein nie tall rohr unterworfen wird, werden der hintere Dornstab 73, das Gehäuse 1, der Dornstab 70 und der Dornkopf 71, die sämtlich miteinander verbunden sind, durch den Motor 77 über die Gewindespindel 70 und den Druckluftzylinder 76 zurückgeführt. Hierauf wird die tragende Wanne 102A für den Dornstab 70 durch die Betätigung von Huborpanen 105A, 105B und 105c nach oben geführt, während gleichzeitig durch die Betätigung
eines Druckluftzylinders 103 Wellen I04A, 104£.und I04C zu einer
Drehbewegung angetrieben werden, durch die eine weitere tragende
Wanne 10ZB, in der sich der Rohrrohling für den nächsten Ziehvorgang befindet,-in die Arbeitsstellung niedergeführt wird, um so den folgenden

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- 9 genden Arbeitszyklus vorzubereiten.

Im folgenden seien beispielhaft einige Angaben über die Betriebsbedingungen und die mit der obenbeschriebenen Verfahrensweise und Vorrichtung zu erzielenden Arbeitsergebnisse zusammengestellt.

materials US-amerikanische Normvorschrift ASM A-312 (Rohr aus rostfreiem Stahl)

US-amerikanische Normvorschrift ASTM A-8 3 (Rohr aus unlegiertem Stahl)

Schwingungszahl: 20 kHz

' ' ASM ASQM ASM

A-312 A-83 A-83

_π . ,_. Außendurchmesser, mm Rohrrohling Wandstärke, mm	34,0 2,00	34,0 3,00	42,0 4,50
„ , . _n , Außendurchmesser, mm fertiges Rohr -m j j... , ^B Wandstärke, mm	25,4 2,20	25,4 2,20	36,0 3,0
Oberflächenreduktion in Prozent	45,0	45,0	41,0
Ultraschalleistung, kW	3-5	3-b5	4-u 6
Rohrgeschwindigkeit beim Ziehen, m/min Kraftaufwand beim Rohrziehen, t	23,9 15	23,9 10	23,9 16

Wie aus der obigen Tabelle einwandfrei hervorgeht, sind der Prozentsatz der Oberflächenreduktion, der Leistungsaufwand und der Kraftaufwand beim Rohrziehen naoh dem erfindungsgemäßen Verfahren günstiger als bei den naoh dem Stand der Technik bekannten Rohrziehverfahren.

Patentansprüoh»

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Claims

2Ü12U66 - 10 Patentansprüche

1.) Verfahren zum Kaltziehen von lietallrohren, gekennzeichnet durch das \— Auslösen von Schwingungen eines "üornkopfes (71) durch die Schwingungsenergie eines die Schwingungsrichtung eines Flansches (51) um 90° ablenkenden Übertragungskörpers (50)j wobei dieser Plansch (5l) in Resonanz mit einer Vielzahl von an seinem Umfang angeordneten Ultraschallerzeugern (60) schwingt.

2. Verfahren zum Kaltziehen von ketallrohren, gekennzeichnet durch das Auslösen von Schwingungen eines Dornkopfes (71) durch die resultierende Schwingungsenergie eines einzigen, die Schwingungsrichtung von Planschen (5IA-I¹) um 90 ablenkenden Übertragungskörpers (50)> wobei diese Plansche (5IA-F) in einer Vielzahl von Stufen aufgebaut sind und in Resonanz mit einer Vielzahl von jeweils am Umfang eines jeden der Plansche (5IA-P) angeordneten Ultraschallerzeugern (60) schwingen»

3» Vorrichtung zum Kaltziehen von iletallrohren, gekennzeichnet durch einen stangenartigen Übertragungskörper (50) für Ul traschallschwingungsenergie , der zu Längsbewegungen gelagert ist, eine Vielzahl von rechtwinklig zu dem Übertragungskörper (50) angeordneten Planschen (5IA-P), eine Vielzahl von jeweils am Umfang eines jeden dieser Plansche (5IA-F) angeordneten Ultraschallerzeugern (60) und einen von dem einen Ende des Übertragungskörpers (50) getragenen üornstab (70) mit einem Dornkopf (7I).

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