DE2131343A1 - Verfahren und vorrichtung zum kaltziehen von metallrohren, insbesondere aus stahl - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kaltziehen von metallrohren, insbesondere aus stahl

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DE2131343A1 DE19712131343 DE2131343A DE2131343A1 DE 2131343 A1 DE2131343 A1 DE 2131343A1 DE 19712131343 DE19712131343 DE 19712131343 DE 2131343 A DE2131343 A DE 2131343A DE 2131343 A1 DE2131343 A1 DE 2131343A1
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    • B21C1/22—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes specially adapted for making tubular articles
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Description

PAT KNTANMTALTll DR.-ING. W. STÜHLMANN - DIPL.-ING. R. WILLERT DRYING. Ρ», N. OIDTMANN 21313A 3
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Bente.lgrrT<«Qiike A9-«. Werk jfeuhmis, Schloß fleuhaüs« Kr.Paderb&ra Verfahren und, VprrichtünK zum Kaltziehen von
insbesondere aus Stahl
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren sowie eine Vor richtung zum Kaltziehen von Metallrohren, insbesondere aus Stahl, bei welchen den mit hoher Geschwindigkeit gezogenen Rohren mindestens in dem der Einschnürung unmittelbar vorgelagerten Bereich ein Gleitmittel unter hohem Druck zugeführt wird.
Bei hohen Ziehgeschwindigkeiten über etwa 100 m/mifl bildet die ausreichende Schmierung des Rohfes bzw. der ffiungswerkzeuge beträchtliche Schwierigkeiten* Bereits ein zeitiges Abreißen des Schmierfilms kann einen Rohrbruöh und entsprechende Beschädigungen an den Ziehwerkzeugen hervorrufen, die meist mit erheblichen Betriebsunterbrechungen verbunden sind*
Es ist bereits vorgeschlagen worden, mit so hohen Gleitmitteldrücken zu arbeiten, daß auch bei sehr hohen Ziehgeschwindigkeiten ein Abreißen des Sclimierfilms verhindert wird. Insbesondere beim Drahtziehen ist es generell bekannt, nach Möglichkeit überhaupt ohne mechanische Berührung zu arbeiten, d»h. einen so hohen ücnmiermitteldruck anzuwenden^ daß die Querschnittsreduziörung xjraktir.ch durch den hydrostatischen Druck des Schmiermittels und nur mittelbar durch das Ziehwerkzeug herbeigeführt wird* Der dazu benötigte sehr hohe Schmiermitteldruck-wird dabei im Regelfall "künstlich",
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diht. mittels Pumpen öd* dgl*, erzeugt*
Ee hat nicht an Bemühungen gefehlt, dieses "Prinzip auch auf das Kaltziehen von Rohren zu übertragen, doch h&^ hen sich die dazu vorgeschlagenen Mittel in der Praxis nicht durchsetzen können« Abgesehen davon, daß die Erzeugung eines so hohen Schiniermitteldrucks durch Pumpen aufwendig ist, macht auch die Zuführung des unter1 diesem Druck stehenden Gleitmittels in den der Einschnürung unmittelbar , vorgelagerten Bereich der Matrize beträchtliche Schwierige keiten* Insbesondere ist ös dabei nicht möglich^ auch mit iffi inneren des Rohres fliegend angeordneten Stopfen zu arbeiten» wie sie für die gleichzeitig^ Verminderufig der Wandstärke unerläßlich sind» weil es namentlich bei größen Lüppenlängen praktisch Unmöglich ist, das unter dem sehr hohen Druck stehende Gleitmittel durch das Rohrlnfiere hindurch zuverlässig, d.h. ohne einschneidenden Druckverlust,' zu dem Einschnürungsbereich zwischen der innenfläche des Rohres und dem dem Stopfenkegel unmittelbar vorgelagerten Bereich zu leiten«
Es sind zwar auch bereits Vorschlage für die Losung dieses Problems bekannt, die dieser Zweckbestimmung dienenden Werkzeuge sind jedoch so kompliziert, daß sie nicht hinreichend betriebssicher Bind jUjvM und sich deswegen nicht haben e in führen; können i
Der Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde, auf verhältnismäßig einfache Weise und mit einfachen Mitteln eint zuverlissige Schmierung nicht nur der Außen-* sondern gegebenenfalls auch der Innenfläche des Rohres unter so hohem Drück zu ermöglichen, daß selbst bei sehr hohen Ziehgeschwindigkeiten die Gefahren eines Rolirbrüchs oder einer Beschädigung der Ziehwerkzeüge ausgeschlossen sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß das Gleitmittel nur zu Beginn der Ziehoperation unter einem für die Schmierung ausreichend hohen Anfangsdruck zugeführt und dieser Anfangsdruck anschließend während des laufenden Ziehbetriebes durch Stau infolge Reibung am Rohr innerhalb von das Rohr im Bereich vor der Einschnürung auf ausreichender Länge umschließenden Schlitzspalten kleinster, sich zum Eincchnürungsbereich hin verengender Konizität auf einen, eine mechanische Berührung des Rohres mit dem oder den Umformungsworkzeugen verhindernden ArLi>i'j3 ^:nick, erhöht .,ird.
Es hat sich übe :.-ras eilend gezeigt, daß es auf diese ..'eise ni'glich ist, mit einem verhältnismäßig niedrigen, künstlich durch Pumpen od. dgl. erzeugten Anfangsdruck des Gleitmittels auszukommen, da sich dieser während des laufenden Ziehbetriebes selbsttätig auf hydrodynamischem Wege auf ein so großes Maß erhöht, wie es eine praktisch vollhydrodynamische Schmierung erfordert. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt vor allem darin, daß sich ein unter verhältnismäßig niedrigem Anfangsdruck von z.B. nur 20 atü stehendes Gleitmittel ohne Schwierigkeiten nicht nur in den das Rohr außen umgebenden Schlitzspalt, sondern auch, durch die Rohrluppe hindurch, in den inneren Schlitzspalt zwischen Rohr und fliegendem Stopfen bringen läßt, von wo aus das Gleitmittel selbsttätig unter entsprechender Drucksteigerung in den Einschnürunsjsbereich angesaugt bzw. hineingezogen wird. Die dabei auftretende Drucksteigerung ist natürlich unter anderem vor allem von der Länge und dem Steigungswinkel der Schlitzspalte abhängig. Es hat sich Eiber überraschend ergeben, daß es bei Anwendung entsprechend kleiner Steigungswinkel und lenger Schlitzspalte weitgehend nur noch von der Oberflächenrauigkeit des Rohres und der Größe der Zieh^eöchwindigkeit abhängt, bis zu welchem Maximum der Gleitmitteldruck ansteigt, der zugleich die eigentliche Reduzierung des Rohres.bewirkt. Da sich dabei ein gewissermaßen natürliches Gleichgewicht zwischen
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dem für di· Reduzierung notwendigen Einschnürungsdruck und den erreichbaren Haxinaldruck dee Gleitmittels einstellt, ist der Effekt dee erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch in verhältnismäßig weiten Grenzen unabhängig von der Werkstoff qualität sowie von der Wandstärke bzw. dem Durch- . messer der Rohre, sofern nur unter ansonsten gleichbleibenden Bedingungen der Oberflächenrauigkeit sowie des Steigungswinkels und der Länge der Spaltschlitze eine ausreichend hohe Ziehgeschwindigkeit gewählt wird, wie sie im allgemeinen ohnehin erwünscht ist·
Es hat sich in den vorstehend erläuterten Grenzen als zweckmäßig erwiesen, das Gleitmittel z.B. mirtels einer Pumpe auf einen Anfangsdruck von weniger als 100 atü am jeweils weiteren Ende des Schlitzspaltes zuzuführen und die Schlitzspalte in Abhängigkeit von der Oberflächenrauigkeit der Rohre und der Ziehgeschwindigkeit so zu bemessen, daß sich dieser Anfangsdruck auf rein hydrodynamischem Wege auf einen mindestens 10-fach höheren Arbeitsdruck in einer Größenordnung zv/ischen etwa 600 und mehr als 1000 atü erhöht. Dabei kommen bevorzugt Ziehgeschwindigkeiten in einer Größenordnung zwischen mindestens etwa 200 m/min, bevorzugt noch höhere Ziehgeschwindigkeiten von etwa 300 m/min und mehr zur Anwendung.
Die Anwendung des erfindungeremUßen Verfahrens ist nicht auf nahtlose Rohre beschränkt, sondern läßt sich ohne weiteres auch auf geschweißte Rohrluppen anwenden, wobei der bevorzugte Anwendungsbereich bei Rohrluppen mit einem Außendurchmesser zwischen etwa 8 und 35 mm und einer Wandstärke unter 3,5 mm, vorzugsweise unter 1,5 mm, liegt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ede ohne weiteres auch die Hintereinanderschaltung mehrerer, im übrigen gleich ausgebildeter Ziehvorrichtur.gen ermöglicht, sofern zwischen diese jeweils angetriebene Zugmittel eingeschaltet sind, wobei auf diese
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Weise Bohr« in ein·· Durchgang auf stufenweise kleiner· Burchjwsatr und gegebenenfalls Wandstärken bi· su ttw* 3 IBS Außendurchjiesser und Wandstärken von 1,0 m und weniger reduziert werden können.
Bine bevorzugte Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet eich erfindungsgemäß dadurch, daß der ringförmige Schlitzspalt zwischen der Rohraußenflache und fin·« der Matrize vorgelagerten, das Rohr, hiilsenförmig umschließenden Einlaufteil und gegebenenfalls auch der ringförmige Schlitzspalt zwischen der Rohrinnenfläche und einem innerhalb des Rohres fliegend angeordneten Stopfen annähernd gleich großer Länge auf Grund entsprechend schwacher Konizität des äußeren Einlaufteils bzw. des fliegenden Stopfens einen Steigungswinkel von höchstens etwa 3°, vorzugsweise gleich oder kleiner als 1,5**, aufweisen. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die sich zum Reduktionsabschnitt der Umformungswerkzeuge hin schwach konisch verengenden Schlitzspalte eine mindestens dem 5- bis 15-fachen Rohrdurchmesser entsprechende Länge aufweisen. Der Steigungswinkel im konischen Reduktionsabschnitt der Ziehmatrize beträgt dabei vorteilhaft zwischen etwa 10° und höchstens 20°, während der Steigungswinkel des Stopfenkegels zwischen etwa 5° und höchstens 15° liegt·
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Avisführungsbeispiel erläutert.
Mit 1 ist das innerhalb der Ziehvorrichtung 2 sowohl im Durchmesser als auch in der Wandstärke reduzierte Rohr bezeichnet. Am vorderen, in der Zeichnung linken Ende der Ziehvorrichtung 2 befindet sich der Matrizenhalter 3, mit der darin fest aber auswechselbar angeordneten Ziehmatrize 4. An die Matrize 4 schließt sich zum hinteren Ende der Ziehvorrichtung hin ein das Rohr 1 hülsenförmig umschließender Einlaufteil 5 an, dessen vorderer Flansch 5a unter Zwischenschaltung einer Dichtung 6 stirnseitig
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feat an die Matrize 4 angepreßt ist. Die feste dichtende A.-pressung wird mittels der Gewindemuffe 7 bewirkt, die mit de* rückwärtigen. Endabschnitt des Matrizenhalter· 3 versehraubt ist. Der Einlaufteil 5 hat im lalle des dargestellten Ausführungsbeispiels eine L;:nge, die mehr als de 5-fachen des Durchmessers der Luppe bzw. des Rohres 1 entspricht. :
Aa rückwärtigen Ende ist auf dem Einlauftetl 5
ein Ringgehäuse 8 mittels Dichtringen 9 und einem Feststellring.10 lösbar aber dichtend aufgesetzt, dessen zum Einlaufteil 5 hin offener Ringkanal 8a über in der Wandung des Einlauf teils 5 radial angeordnete Bohrungen 11 mit? dem äußeren Schlitzspalt 12 zwischen der Außenfläche des Rohres 1 und der Innenfläche des Einlaufteils 5 in Verbindung steht. Am Ringgehäuse 8 ist ein mit dem Ringkanal 8a verbundener Anschluß 13 vorgesehen, der der Zuführung des unter einem Anfangsdruck von et/ja 20 bis 100 atü stehenden Gleitmittels dient, der im Regelfall von einer Pumpe erzeugt wird und das gegebenenfalls einem Druckspeicher entnommen werden kann,
. 7/ie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wex3t der ochlitzspalt 12 eine sehr goringe, sich zur Matrize 4 hin verengende Konizität mit einem Steigungswinkel ^* von nur etwa 1,5° auf.
Innerhalb des Rohres bz^, der Rohrluppe 1 iet ein fliegender Stopfen 14 angeordnet, der angenähert di· gleiche Länge wie die Einlaufhülse 5 aufweist und gleichfalls zum hinteren Ende hin schwach konisch verjüngt ist. Am vorderen Ende weist der Stopfen in üblicher Vfeise einen kurzen zylindrischen Längenabüchnitt 14a sowie einen sich an diesen anschließenden kegelförmigen Abschnitt 14b auf, der einen Steigungswinkel ρ von 9° besitzt, Der diesem ge-enüberliecencle, gleichfalls konische Reduktionsabschnitt der Ziehmatrize 4 weist demgegenüber
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einen Steigungswinkel .O( von etwa 15° auf.
Der Schlitzspalt zwischen dem zua hinteren Ende hin schwach verjüngten langen Abschnitt des Stopfens 14 und der Innenfläche des Rohres 1 ist mit 15 bezeichnet· Dessen Steigungswinkel^*1 beträgt gleichfalls etwa 1,5°·
Mit 16 ist ein Zuleitungsrohr bezeichnet, mittels welchem in den Schlitzspalt 15 gleichfalls unter einen Anfangsdruck zwischen et.-a 20 und 100 atü stehendes Gleitmittel zugeführt v^ird., das während des Betriebes ebenso wie im Bereich dos äußeren Schlitzspaltes 12 selbsttätig in den Einschnürungsbereich des Rohres am Reduktionsabschnitt der Matrize 4 bzw. am Kegelabschnitt 14b des Stopfens 14 eingezogen wird und sich dabei infolge der Reibung am Rohr 1 und der schwachen Konizität der Schlitzspalte 12 und 15 auf einen Arbeitsdruck von etwa 2.200 bis 3.OOO atü erhöht, der die praktisch berührungslose Reduzierung des Rohres ermöglicht. Die Ziehgeschwindigkeit beträgt etwa 300 m/min.
Mit 17 ist eine ueitere Leitung für die Zuführung des unter,dem Anfangsdruck stufender Gleitmittels bezeichnet, die sich innerhalb les Stopfens 14 _n Form eines Hohlkanals 18 fortsetzt, der am vorderen Stirnende des Stopfens 14 mündet. Das Leitungsrohr I7 und der Stopfen 14 sind ungeachtet der fliegenden bzw. schiebenden Anordnungsweise des Stopfens miteinander verbunden, wobei diese Einrichtung im übrigen nur für den Fall benötigt wird, daß sich an die in der Zeichnung veranschaulichte Ziehvorrichtung im Abstand und unter Z-.'in ehe η schaltung einer besonderen Zugvorrichtung eine v.eitoro Ziehvorrichtung anschließt, mittels welcher das Rohr in einer -weiteren Stufe auf einen noch kleineren Durchmesser und eine noch kleinere 7/andstärke reduziert wird.
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Claims (1)

  1. Patentansprüchei ·
    Verfahren zum Kaltziehen von Metallrohren, insbesondere aus Stahl, "bei welchem dem mit hoher Geschwindigkeit gezogenen Rohr mindestens in dem der Einschnürung unmittelbar vorgelagerten Bereich ein Gleitmittel unter hohem Druck zugeführt wird ,dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel n^r zu Beginn der Ziehoperation unter einem für die Schmierung ausreichend hohen Anfangsdruck zugeführt und dieser Anfan^sdruck anschließend während des laufenden Ziehbetriebes durch Stau infolge Reibung am Rohr (1) innerhalb von das Rohr im Bereich vor der Einschnürung auf ausreichender Länge umschließenden Schlitzspalten (12, 15) kleinster, sich zum Einschnürungsbereich hin verengender Konizität auf einen, eine mechanische Berührung des Rohres (1) mit dem oder den Umformungswerkzeugen (4, 14) verhindernden Arbeitsdruck erhöht wird.·
    2. Verfahren nach Anspruch 1 ,gekennzeichnet durch die Anwendung beim Rohrziehen mit fliegendem Stopfen(14).
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a durch gekennzeichnet, daß das,.z.B. mittels Pumpe, mit einem Anfangsdruck von weniger als 100 atü am weiteren Schlitzspaltende sugeführte Gleitmittel innerhalb des äußeren oder äußeren und inneren Schlitzspaltes (12 bzw. 12, 15) bis zum Einochnürungsbereich des Rohres (1) auf hydrodynamischem Wege auf einen mindestens Ιο-fach höheren Arbeitsdruck in einer Größenordnung zwischen etwa 600 und mehr als 1000 atü gepreßt wird.
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    -i-
    4-. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 t g β kennzeichnet durch die Anwendung einer Ziehgeschwindigkeit von mindestens 200 m/min, vorzugsweise von über 300 m/min,
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden ,gekennzeichnet durch die Anwendung auf nahtlose oder geschweißte Rohrluppen mit einem Außen durchmess er zwischen etwa 8 und 35 nun und einer Wandstärke unter 3»5 nun» vorzugsweise unter 1,5 nun.
    6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden ,dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) mittels mehrerer, jeweils unter Zwischenschaltung angetriebener Zugmittel hintereinnn^er^pschalteter Ziehvorrichtungen (2) in einem Durchgang aiif stufenweise kleinere Durchmesser und gegebenenfalls Wandstärken bis zu etwa 3 nun Außendurchmesser und Wandstärken von 1,0 mm und weniger gezogen wird.
    7. Vorrichtung zur Durchfrhrung les Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden ,dadurch ge-" kennzeichnet, daß der ringförmige Schlitzspalt (12) Zvvif-chen der Rohraußenfläche und einem 3er Matrize (4-) vorgelagerten, das Rohr (1) hülsenforrnig umr.chlieSenden Einlaufteil (5) und gegebenenfalls auch der ringförmige Schlitzspalt (15) zwischen der Rohrinnenfläche und einem innerhalb des Rohres fliegend angeordneten Stopfen (14-) annähernd gleich großer Länge auf Grund entsprechend schwacher Konizität des äußeren Einlaufteils (5) bzw. des fliegenden Stopfens (14-) einen St-.eig ngswinkel (#*»^*r)
    ο
    höchstens etwa 3 , vorzup;s7/eise gleich oder kleiner als 1,5°» aufweisen.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7fdadurch gekennzeichnet , daß die sich zum ReduktLonaabschnitt der Umformun^nwerkzeuge (4· bzw. 14-, 14a und 14-b) hin schwach konisch verengenden Bchiibsspalfce (12, 15) eine
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    mindestens dem 5- bis 15-fachen Rohrdurchmesser entsprechende Länge aufweisen.
    9· Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (OC) im konischen Reduktionsabschnitt der Ziehmatrize (4) zwischen etwa 10° und höchstens 20 beträgt.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden ,dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (ß) des Stopfenkegels (14b) zwischen etwa 5° und höchstens 15° beträgt.
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    BAD ORfGiMAL
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