DE2012066B2

DE2012066B2 - Vorrichtung zum Kaltziehen von Metallrohren unter Anwendung von Schwingungsenergie

Info

Publication number: DE2012066B2
Application number: DE2012066A
Authority: DE
Inventors: Kenjiro Yokohama Isobe; Katsuhiko Ito; Shigeo Kawanata; Eiji Tokio Mori; Hitoshi Kawasaki Tsuji
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1969-09-16
Filing date: 1970-03-13
Publication date: 1974-10-10
Also published as: BE750962A; DE2012066A1; FR2068868A5; GB1268017A; NL7003737A; SU373925A3; US3657910A; JPS499953B1; SE371587B; CH516955A; CS190311B2; DE2012066C3

Description

einem auf die Dornstange (70) aufgeschobenen gnetostriktionswandler handeln. Elektrostriktions-

Ring (5) anliegt, der gegenüber dem Maschinen- wandler werden hierbei jedoch bevorzugt,

gestell abgestützt ist. Dem besseren Verständnis der Erfindung dient die

6. Vorrichtung räch einem der Ansprüche 2 45 nachfolgende eingehende Beschreibung in Verbinbis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Über- dung mit den Figuren. Es zeigt

tragungskörper (50) im Abstand von 112 der F i g. 1 eine Seitenansicht einer die Erfindung verSchwingungen von dem bzw. den Flanschen (51) körpernden Anlage zum Ziehen von Metallrohren, in Lageranordnungen (2) verspannt ist, die an bei der die Schwingungsenergie von Ultraschallwellen einem Gehäuse (1) befestigt sind. 50 genutzt wird,

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- F i g. 2 eine Ansicht der in F i g. 1 gezeigten Ankennzeichnet, daß das Gehäuse (1) zusammen lage,

mit den Lageranordnungen (2) in einem Ma- F i g. 3 eine Teilansicht in Schnittdarstellung, die

lchinenbett axial verstellbar angeordnet ist. der Erläuterung der Vorgänge beim Ziehen eines

55 Metallrohres dient,

Fig. 4 einen Querschnitt in einem entlang der Linie A-A der F i g. 1 gelegten Schnitt,

Fig, 5 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Traggerüsts für einen Richtungswandler zum Än-

)ie Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem 60 dem der Schwingungsrichtung der Ultraschallwellen, irbegriff des Anspruchs 1. F i g. 6 eine Ansicht des in F i g. 5 gezeigten Traglei dieser bekannten Vorrichtung (deutsche Aus- gerüsts,

schrift 1 279 593) wird die die Dornstange in F i g. 7 einen Schnitt in einem entlang der Linie

gsschwingungen versetzende Einrichtung von A-A der Fig. 6 gelegten Schnitt,
m einzigen magnetorestriktiven Schwingungs- 65 Fig. 8 einen Schnitt in einem entlang der Linie uger gebildet, der über ein Kopplungsorgan mit C-C der Fig. 6 gelegten Schnitt,
ι rückwärtigen Ende der Dornstange koaxial ver- F i g. 9 einen Schnitt in einem entlang der Linie

den ist. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es B-B der F i g. 6 gelegten Schnitt,

F i g. 10 eine Kupplung zwischen einem Richtungs- gungsknoten in Abständen von Ml — 126 mm au

wandler zum Ändern der Schwingungsrichtung der den Dornkopf übertragen. Richtet man es so ein

Ultraschallwellen und einem Dornstab sowie die daß die Länge des Dornstabes 70 einem ganzzahliger

Halterungsanordnung für den Dornstab, Vielfachen der halben Wellenlänge (U2 · n) ent

Fig. Xl eine Kupplung zwischen einem Rieh- 5 spricht, so liegt der Dornkopf in einem Schwingung^ tungswandler zum Ändern der Schwingungsrichtung maximum, so daß in dieser Weise einem Verlust ar

der Ultraschallwellen und einem Dorostab, Schwingungsenergie vorgebeugt werden kann. Du

F i g, 12 die Verbindung zwischen dem Dornstab Verbindungsstelle zwischen dem Übertragungskörpe

und dem Dorokopf und 50 und dem Dornstab 70 soll hierbei mit einem

F i g. 13 einen Querschnitt in einem entlang der io Schwingungsmaximum zusammenfallen. Zu diesem

Linie A-A der Fig. 11 gelegten Schnitt Zweck sind Verbradungsanordnungen 53 und 72

In Fig. 11 ist eine Ausführungsform einer me- vorgesehen, die von der Stoßfläche 55 jeweils einen chanischen Übertragungsanordnung für Ultraschall- Abstand entsprechend λ/4- haben, wobei diese Ver-

vibratkrasenergje dargestellt, bei der eine Vielzahl bindungsanordnungen durch Bolzen 54 aneinander

von Ultraschallerzeugern vorgesehen ist, wobei es 15 befestigt sind. Für den Übertragungskörper kann

sich hier um Elektrostriktionswandler oder um eine geeignete schwingungsdämpfende Anordnung

Magnetostriktionswandler handeln kann. In dieser 56 und eine schwingungsverstärkende Anordnung

Ausführungsform sind sechs Flansche oder Schei- 79 vorgesehen sein, wie dies in den Fig. II und 12

ben 51/4, 51B, SlC, SIE und 51F vorgesehen, gezeigt ist.

welche die Ultraschallerzeuger tragen. Diese Flansche ao Soll der in den Fig. 11, \2 und 13 dargestellte

sind einstückig mit einem Übertragungskörper für die Übertragungskörper für eine der großtechnisch üb-

Schwingungsenergie ausgebildet und rechtwinklig zu liehen Metallrohr-Ziehanlagen Anwendung finden,

diesen angeordnet. In diesem Fall hat jeder der so sind weiterführende Überlegungen angezeigt. In

Flansche die Form eines Zwölfecks und trägt zwölf den F i g. 1 bis 10 ist eine Ausführungsform einer

Ultraschallerzeuger 60, die an den Flächen des 35 Rehrenziehbank wiedergegeben, die in ihrem kon-

Zwölfecks befestigt sind. Bei dieser Anordnung muß struktiven Aufbau auf Überlegungen dieser Art be-

der Durchmesser eines jeden der Flansche se ge- ruht.

wählt sein, daß er gleich λ/2 ist, wobei / die Wellen- Der in Fig. 11 gezeigte schwingungsübertragende länge der von den Ultraschallerzeugern erzeugten Körper ist hier in ein Gehäuse 1 eingebaut, das in Ultraschallwellen bezeichnet, und die Abstände zwi- 3° den F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Wie aus den F i g. 5 sehen benachbarten Flanschen müssen ebenfalls und 6 zu entnehmen ist, handelt es sich bei diesem gleich )J1 sein. Jeweils zwischen zwei Flanschpaaren Gehäuse um einen Rahmenaufbau n-it in Längssind in zweckdienlicher Weise geeignete tragende richtung angeordneten Baustahlträgern 2SA und Organe 52 A. 52 B, 52 C und 52 D angeordnet, Auch 25 B mit C-Profil und mit Querrippen 26 A, 26 B die Abstände zwischen den betreffenden tragenden 35 26 C, 26 D und 26 F, an denen durch Bolzen 17 und Organen und den benachbarten Flanschen entspre- Spannglieder 3C, 3D, 3E sowie durch ein Spannchen jeweils dem Wert λ'2. ' glied 3 B Lageranordnungen 2 5, 2 C, .1D und 2 E

Die IHtraschallerzeuger können an den Flanschen für die tragenden Organe 52 A. 52B, 52C und 52 D in einer beliebigen Weise befestigt sein, so etwa des in F i g. 11 gezeigten Ubertragungskörpers 50 bedurch Verschraubung oder Verschweißung. F i g. 11 40 festigt sind, wobei die Spannglieder durch Bolzen 22 zeigt eine Anordnung mit Schraubverbindungen. Zu in ihrer Stellung festgespannt sind, um einem Ausdiesem Zweck ist jede der Flanschflächen mit Ge- weichen des oberen Teils des Ubertragungskörpers windebohrungen versehen. Ein Abgriff 61 für die 50 vorzubeugen. Aus den Fig. 9 und 5 geht hervor, Vibrationsgeschwindigkeit kann an dem einen Ende daß für die Rippen 26 D und 26B fernerhin Räder des Ubertragungskörpers vorgesehen sein, um jedpr- 45 8A, 8B bzw. ein Rad 8C und ein Rad 8D vorzeit den Schwingungszustand des Gesamtsystems gesehen sind, auf denen der Übertragungskörper 50 überwachen zu können. und das Gehäuse 1 ruhen. Diese Räder drehen sich

Die durch Erregung der einzelnen Ultraschall- mit Wellen 9, die in Gleitplatten IQA, 1OB, IOC erzeuger in den Flanschen in der Radial richtung und in einer Gleitplatte IOD gelagert sind, wöbe hervorgerufenen Schwingungen, die in der Figur 5° eine Höhenverstellung mit Hilfe von Stellschrauben durch einen Pfeil 62 angedeutet sind, erfahren eine \1A, HB, HC und einer Stellschraube 11 D mög-Richtungsänderung und werden hierdurch zu Schwin- lieh ist, so daß die Achslinien des Übertragungsgungen in der Achsrichtung des Übertragungs- körpers 50 und eines Ziehtrichters 80 miteinander körpers 50, wie dies durch einen Pfeil 63 verdeut- zur Deckung gebracht werden können. Wie in licht ist. Die axiale Vibrationsleistung ergibt sich als 55 Fig. 6 gezeigt ist, trägt die an der Rippe 26D beResultierende der radialen Vibrationsleistungen der festigte LagP^ranordnung 2 D zwei Anschläge 13 mit einzelnen Flansche. In den Fig. 11 und 12 sind ein Gummipolstern 14. die ein Ausweichen des Über-Dornstab 70 und ein Dornkopf 71 gezeigt, die mit tragungskörpefs 50 nach hinten verhindern. Wie dem anderen Ende des schwingungsübertragenden weiterhin aus den F i g. 5, 8 und 9 zu entnehmen ist, Körpers 50 oder mit dessen in der Betrachtungs- ⁶° sind für den Übertragungskörper 50 außerdem richtung der Fig. 11 linkem Ende verbunden sind, Sicherheitsverkieidungen 15, 16 und 24 vorgesehen, wodurch die abgegebene Schwingungsenergie bis un- Die Verbinuungsanordnung zwischen dem schwinmittelbar auf den Dornkopf übertragen wird. Nimmt gungsübertragenden Körper 50 und dem Dornstab man für die einzelnen Ultraschallerzeuger beispiels- 70 ist allgemein in den Fig. 5 und 6 sowie in den weise also eine Schwingungszahl von 20 kHz an und 65 baulichen Einzelheiten in den Fig. 7 und 10 darhandelt es sich bei dem Konstruktionswerkstoff des gestellt. Zu dieser Verbindungsanordnung gehören Ubertragungskörpers 50 um Stahl, so wird die die Flansche 72 und 53, die durch Bolzen 54 fest Schwingungsenergie ars stehende Welle mit Schwin- miteinander verbunden sind. F.ine schräg

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 70 wird von einem Ring 5 abgestützt, der auf den Dornstab 70 aufgepaßt ist und der seinerseits von Gliedern 4/4 und 4 B getragen wird, so daß die beim Ziehen der Metallrohre in dem Dornstab auftretenden Zugkräfte von der Rippe 26 Λ des Gehäuses 1 aufgenommen werden. Durch diese Bauweise wird die Verbindungsanordnung zwischen dem Übertragungskörper und dem Dornstab von allen äußeren Kräften entlastet, die diese beiden Organe auseinanderzurücken suchen. Am entgegengesetzten Ende wird das Gehäuse 1 durch eine fest mit der Rippe 26 F verbundene winkelbewegliche Kupplungsvorrichtung 6 und 7 in seiner Stellung festgehalten.

Die Röhrenziehbank mit dem Gehäuse 1, das den oben beschriebenen Übertragungskörper für die Ultraschallschwingungsenergie enthält, ist in ihrer Gesamtheit in den F i g. 1 und 2 dargestellt, während die baulichen Einzelheiten eines Teils dieser Anlage in den F i g. 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 73 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 71 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 26/4 befestigten tragenden Organen 4 A, 4ß und S abgestützten Teile des Dornstabes 70 sind in eine "Wanne 102 A aufgenommen, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist Wie ferner am deutlichsten aus F i g. 3 zu ersehen ist, ist der Ziehtrichter 80 durch einen ringförmigen Abstandhalter 81 in der Weise in einer Ziehtrichterfassung 101 gehaltert, daß zwischen dem Ziehtrichter 80 und dem Dornkopf 71 ein ringförmiger Ziehkanal bestimmt wird. Durch diesen Ziehkanal wird also mit Hilfe einer Zugvorrichtung 110 ein Rohr 130 hindurchgezogen. Es ist vorteilhaft, wenn die Ziehtrichterfassung 101 einstückig mit einem Ziehkopf 100 ausgebildet ist.

Für den Vorgang des Ziehens von MetaUrohren ist es erforderlich, ein Steuerteil für die Ultraschallerzeuger vorzusehen. Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform unterliegt die Schwingungszahl eines Ultraschallerzeugers 121 der Regelwirkung eines Steuerteils 122, das auf ein Signal 125 anspricht, welches von dem bereits im Eingehen auf Fig. 11 erwähnten Abgriff 61 herrührt. Für den Fall, daß die ermittelte Schwingungsgeschwindigkeit infolge einer Änderung des Ziehwiderstandes des Metallrohres oder der Belastung der Maschine von einem festgelegten Wert (beispielsweise etwa 60 cm/sec) abweicht, erfolgt sogleich eine Betätigung des Steuerteils 122 im Sinne der Wiedereinstellung des festgelegten Werts der Schwingungsgeschwindigkeit. Der Ausgang des Steuerteils 122 wird durch einen Verstärker 123 verstärkt, und das verstärkte Signal 124 wird den einzelnen Ultraschallerzeugern zugeführt. Die Ultraschallschwingungsenergie mit einem konstant gehaltenen Wert der Schwingungsgeschwindigkeit wird dann also durch den Übertragungskörper in der weiter oben beschriebenen Weise dem Dornkopf zugeführt.

Nach Beendigung des Ziehvorgangs, dem ein Metallrohr unterworfen wird, werden der hintere Domstab 73, das Gehäuse 1, der Dornstab 70 und der Dornkopf 71, die sämtlich miteinander verbun-

den sind, durch den Motor 77 über die Gewindespindel 78 und den Druckluftzylinder 76 zurückgeführt. Hierauf wird die tragende Wanne 102/4 für den Dornstab 70 durch die Betätigung von Huborganen 105/4, 105 B und 105 C nach oben geführt,

ao während gleichzeitig durch die Betätigung eines Druckluftzylinders 103 Wellen 104/4, 1045 und 104 C zu einer Drehbewegung angetrieben werden, durch die eine weitere tragende Wanne 102 B, in der sich der Rohrrohling für den nächsten Zieh-

a5 Vorgang befindet, in die Arbeitsstellung niedergeführt wird, um so den folgenden Arbeitszyklus vorzubereiten.

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

Material:

USA.-Normvorschrift ASTM A-312 (Rohr aus rostfreiem Stahl),

USA.-Normvorschrift ASTM A-83 (Rohr aus unlegiertem Stahl).

Schwingungsfrequenz: 20 kHz.

Rohrrohling

Außendurchmesser,

mm

Wandstärke, mm ...
Fertiges Rohr

Außendurchmesser,

mm

Wandstärke, mm ...
Oberflächenreduktion

in Prozent

Ultraschalleistung, kW
Rohrgeschwindigkeit
beim Ziehen, m/min ..
Kraftaufwand beim
Rohrziehen, t

ASTM
A-312

34,0
2,00

25,4
2,20

45,0
3 ~5

23,9
15

ASTM
A-83

34,0
3,00

25,4
2,20

45,0
3~5

23,9
10

ASTM A-83

42,0
4,50

36,0
3,0

41,0
4~6

23,9
16

Wie aus der obigen Tabelle hervorgeht, sind der Prozentsatz der Oberflächenreduktion, der Leistungsaufwand und der Kraftaufwand beim Kaltziehen von Rohren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung günstiger als bei den nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

aber nicht möglich, auch Rohre mit großer Wand

Patentansprüche: stärke und großem Durchmesser erfolgreich ζ

ziehen. Es ist anzunehmen, daß dies auf den Um

X. Vorrichtung zum Kaltziehen von Metall- stand zurückzuführen ist, daß nur ein einzige rohren unter Anwendung von Scbwingungs- 5 Schwingungserzeuger von begrenzter Leistung vor energie mit einem während des Ziebvorganges gesehen ist Auch bei Bündelung der Schwingung« in der öffnung einer Matrize liegenden Dorn- mittels eines Trichters sind der aus einem einzige] kopf, der mit einer Dornstange verbunden ist, an Schwingungserzeuger verfügbaren Vibrationsleistun] deren rückwärtigem Ende Einrichtungen zur Er- Grenzen gesetzt» die sich aus desseit Material um regung der Schwingungen angeordnet sind, d a - io Bauweise eigeben.

durch gekennzeichnet, daß diese Ein- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde

richtungen ein oder mehrere im Abstand von hl die gattungsmäßige Vorrichtung so auszugestalten der Schwingungen voneinander befindliche recht- daß unabhängig vom Material und von den Abwinklig zur Rohrachse (130) stehende ringförmige messungen der Metallröhren eine Ultraschall-Vibra-Flansche (51) an der Dornstange (70) sind, mit 15 tionsleistung einer beliebigen erwünschten Größendem oder mit denen jeweils eine Vielzahl stern- Ordnung verfügbar ist

förmig angeordneter Schwingungserreger (60) Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im kennverbunden ist zeichnenden Teil des Anspruch:. 1 erfaßten erftn-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- dungsgemäßen Merkmale vorgeschlagen.
kennzL^:chnet, daß der bzw. die ringförmigen ao Dadurch wird die Wirkung erreicht, daß der Flansche (51) an einem mit dem rückwärtigen Flansch in Resonanz schwingt und entsprechend der Ende der Dornstange (70) verbundenen Über- Resultierenden der Leistungen der einzelnen an seitragungskörper (50) angeordnet sind. nem Umfang angeordneten Ultraschallerzeuger eine
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- maximale Resonanzleistung abgibt,
kennzeichnet, daß die Stoßfläche (55) zwischen »5 Verbindet man den Flansch mit einem rechtder Dornstange (70) und dem Übertragungs- winklig angeordneten Übertragungsglied, so kann körper (50) an der Stelle eines Schwingungs- die Richtung der Ultraschallresonanzschwingungen maximums vorgesehen ist. des Flansches ohne weiteres um 90° geändert wer-
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- den. Sieht man mehrere solcher Flansche vor, so kennzeichnet, daß die Dornstange (70) und der 30 erhöht sich die durch den Übertragungskörper ab-Übertragungskörper (50) durch Bolzen (54) mit- gegebene Vibrationsleistung entsprechend. Verbindet einander verspannt sin:¹, die an flanschartigen man also einen Röhrenziehdorn mit dem einen Ende Verbindungsanordrungen (53, 72) angreifen, die des Übertragungskörpers, so läßt sich die auf den im Abstand von /./4 der Schwingungen von der Dorn und auf den von diesem getragenen Dornkopf Stoßfiäche (55) an der Dornstange (70) bzw. an 35 übertragene Vibrationsleistung ohne weiteres über dem Übertragungskörper (50) angeordnet sind. die Zahl der vorgesehenen Flansche und die Anzahl
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da- der an diesen angebrachten Ultraschallerzeuger in durch gekennzeichnet, daß im Abstand von 3 /JA einer erwünschten Weise festlegen.

der Schwingungen von der Stoßfläche (55) an der Bei den im Rahmen der Erfindung benutzten

Dornstange (70) eine dem Dornkopf (71) züge- 40 Ultraschallerzeugern kann es sich um bekannte

kehrte Ringschulter (79) angeordnet ist, die an Elektrostriktionswandler oder um bekannte Ma-