DE2153937A1

DE2153937A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung und Oberflächenbearbeitung von Rohren

Info

Publication number: DE2153937A1
Application number: DE19712153937
Authority: DE
Inventors: Louis Pierre Albert Romainville Besson (Frankreich). P B21c47-10
Original assignee: Chabas and Besson SA
Current assignee: Oldipart Sa Cannes Fr
Priority date: 1970-11-06
Filing date: 1971-10-29
Publication date: 1972-07-13
Also published as: GB1345802A; JPS5546241B1; FR2112126B1; FR2112126A1; IT942791B; US3779064A; DE2153937C3; DE2153937B2; BE774752A; DE2166438A1; ES396694A1

Description

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PATENTANWÄLTE - ^

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

DIPL.-ING. SELTING KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

28. Okt. 1971 Sch-DB/ls

CHABAS & BESSON S.A.

13, Rue des Chantaloups, 93 - ROMAINVILLE (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung und Oberflächenbearbeitung von Rohren

Es ist bekannt, daß die verbreiteteste gehandelte Kategorie von Metallrohren durch Kaltziehen hergestellt wird. Bei dieser Technik wird insbesondere im Falle von Stahlrohren das Metall beispielsweise durch eine Ziehdüse hindurchgezogen, die einen zylindrischen Kern umgibt, den man auf der Seite festhält, die derjenigen abgewandt ist, auf der das Ziehwerkzeug wirksam ist. Man erhält daher nur beschränkte Mengen von Rohren, deren Kalibrierung im allgemeinen außen und innen gleichermaßen unbefriedigend ist und die innen und außen eine schlechte Oberflächenbeschaffenheit haben. Daraus ergibt sich, daß man für zahlreiche Verwendungszwecke dieser Rohre auf mechanischem Bereich Rohre herstellen muß, die außen und/oder innen bearbeitet sind, was im allgemeinen lange dauert und teuer ist. In den Fällen, in denen große Genauigkeit gefordert wird, kann man

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die Rohre reinigen; diese Reinigung nimmt jedoch beträchtliche Zeit in der Größenordnung mehrerer Stunden in Anspruch. Wenn eine solche Reinigung mit Schleifsteinen oder Schleifscheiben durchgeführt wird, verbleiben auf der gereinigten Oberfläche immer Schleifpartikel, die für manche Verwendungszwecke absolut unerwünscht sind.

Die Erfindung hat den Zweck, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es gelingt, mit der Genauigkeit einiger hundertstel Millimeter die Außen- und/oder Innenwand eines Rohres zu bearbeiten und gleichzeitig die Innenfläche oder die Außenfläche dieses Rohres zu kalibrieren, wobei alles in maximal einigen Minuten vollendet sein soll, was sich in einem sehr geringen Herstellungspreis niederschlägt. Das erfindungsgemäße Verfahren findet seine Anwendung einmal bei der Herstellung kaltgezogener Rohre, wobei man Rohre erhält, deren Qualität weit über derjenigen bisher auf dem Markt befindlicher Rohre liegt und wird zum anderen bei der Verwendung eines in herkömmlicher Weise kaltgezogenen Rohres eingesetzt, wobei die Kalibrierung des Rohres rasch vonstatten geht und billig ist.

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Bearbeitung der Innen- und/oder Außenfläche von im Querschnitt als geschlossener Ring gestalteten Rohren und zur Kalibrierung des Inneren oder Äußeren derartiger Rohre. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bearbeitung ein Werkzeug oder einen Kopf benutzt, bei dem mindestens ein Teil der Außenfläche, die härter als das zu bearbeitende Metall ist, durch die Verschiebung einer Meridian-Kurve definiert ist, die sich auf einer geschlossenen Leitlinie abstützt, welche im wesentlichen mit dem

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Rand identisch ist, der der zu bearbeitenden Fläche des Rohrquersehnitts entspricht, wobei das Werkzeugprofil über die Länge einer seine Außenfläche erzeugenden Meridian-Kurve so gestaltet ist, daß man beim Durchgang von der ersten Ebene des Werkzeugendes, die dem Anfangspunkt der Berührung des Werkzeuges mit dem Rohr entspricht, zur zweiten Ebene am Werkzeugende, die der Ebene entspricht, in der die Berührung zwischen Werkzeug und Rohr beendet ist, ständig den Abstand zu der Rohrachse vergrößert, wenn die Innenfläche des Rohres bearbeitet wird und bei Bearbeitung der Rohraußenfläche verkleinert, wobei die maximale Veränderung dieses Abstandes größer als die maximale Tiefe der in der zu bearbeitenden Fläche des Rohres vorhandenen Fehler ist und unter dem Wert liegt, der zur Sicherstellung der Verschiebung des Werkzeuges längs der Rohrachse einer auf das Rohr ausgeübten Kraft entspricht, die die mechanische Festigkeit des Rohres überwindet, und daß man bei der Längsbewegung auf der Rohrachse zwischen dem erwähnten Werkzeug und dem zu bearbeitenden Rohr . eine Relatiwerschiebung gewährleistet.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren für Rohre mit Kreisquerschnitt eingesetzt, so ist das Werkzeug wenigstens auf einem Teil seiner Außenfläche durch eine Drehfläche begrenzt. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß der in axialer Ebene definierte Winkel A zwischen der Achse und der Geraden, die den Anfangspunkt der Berührung von Werkzeug und Rohr mit dem Punkt verbindet, der am Ende der Berührung von Werkzeug und Rohr liegt, zur Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse mit Stahl zwischen 12° und 20° betragen sollte.

Außerdem ist es zweckmäßig, daß der Winkel, der zwischen der Achse und der Ebene, die die Werkzeugaußenfläche

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in dem Punkt berührt, in dem das Werkzeug das Rohr berührt, gebildet ist, größer ist als der Winkel zwischen der Achse und der Ebene, die das Werkzeugprofil in dem Punkt berührt, in dem während der Bearbeitung die Berührung zwischen Werkzeug und Rohr endet. Vorteilhaft ist der Außenrand des Werkzeuges als Ringfläche mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Zur Erzielung guter Resultate sollte insbesondere bei einem Stahlrohr der Radius des den Querschnitt des torischen Ringes darstellenden Halbkreises zwischen 3 und 6 mm liegen.

Nach dem Durchgang des Werkzeuges tritt eine sehr geringfügige Veränderung der Abmessung des Rohres im Sinne einer Rückkehr zur Ausgangsdimension ein. Hieraus ergibt sich, daß der Durchmesser des Werkzeuges an der Stelle, an der während der Bearbeitung die Berührung mit dem Rohr aufhört, ein wenig unterschiedlich zu dem gewünschten Kalibrierungsdurchmesser des Rohres ist, wobei dieser Unterschied dem Wert der "Rückstellung" des Rohres entspricht.

Gemäß der Erfindung läßt sich die Oberflächenbearbeitung und die Kalibrierung von Rohren in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten durchführen, wobei für diese aufeinanderfolgenden Durchgänge zur inneren Kalibrierung sich zunehmend vergrößernde Werkzeugdurchmesser und zur äußeren Kalibrierung sich verringernde Werkzeugdurchmesser verwendet werden.

Bei der Innenkalibrierung eines gegebenen Rohres mittels eines als torischer Ring mit halbrundem Querschnitt ausgebildeten Werkzeuges beruht die Qualität der Ober·» flächenbearbeitung und Kalibrierung darauf, daß in dem Bereich, in dem das Werkzeug sich gegen das Material

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des Rohres abstützt, eine plastische Verformung eintritt, die die Oberflächenfehler des rohen kaltgezogenen Rohres ausfüllt. Wenn der Radius des Werkzeugquerschnittes größer als 6 mm Isb, wird die Stützfläche des Werkzeuges auf dem Rohr beträchtlich vergrößert, wodurch für eine Veränderung des gegebenen Durchmessers der lokale Abstützdruck des Werkzeuges auf dem Material des Rohres verringert wird, so daß man das gewünschte Resultat nicht erzielt. Dieser Abfall des lokalen Abstützdruckes wird außerdem dadurch vergrößert, daß die zur Verschiebung des Werkzeuges erforderliche Kraft geringer ist, wenn man den Radius des Querschnittes des torischen Werkzeuges wegen der Verringerung des Anstellwinkels dieses Werkzeuges in bezug auf das Rohrmäterial vergrößert. Es wird nicht nur kein völliges Verschwinden der Oberflächenfehler des Rohres erreicht, sondern auch Verunreinigungen und Verschmutzungen wie Rost oder Zunder werden nicht in die Oberfläche hineingedrüekt, sondern im Gegenteil veranlaßt, sich dort anzusetzen, was eine Vergrößerung der Fehlerhaftigkeit der inneren Oberfläche zur Folge hat. Wenn demgegenüber der Radius des Querschnittes des torischen Werkzeuges kleiner als 3 mm ist, bildet das Metall des Rohres vor dem Werkzeug - in bezug auf seine Vorschubrichtung in dem Rohr - einenWulst, und die Verringerung des Radius des Querschnittes des Werkzeuges bewirkt einen Anstellwinkel des Werkzeuges zu dem Rohr, der ausreichend groß ist, um den Wulst abzureißen, wodurch Späne anfallen und die Oberfläche beschädigt wird.

Wenn man sich bei der Wahl des Radius des Querschnittes des Werkzeuges an die durch die Erfindung angegebenen Grenzen größer als 3 mm und kleiner als 6 mm hält, ist der Oberflächenzustand nach dem Durchgang des Werkzeuges durch das Rohr einwandfrei und die Kalibrierung ist mit einer Genauigkeit von einigen hundertstel Milli-

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metern durchgeführt worden. Die Durchführung des er-, findungsgemäßen Verfahrens erlaubt eine Kaltverformung des Metalls in dem Schichtbereich,der von dem Werkzeug bearbeitet worden ist. Durch diese Kaltverformung wird eine Zunahme der Härte im Bereich der mit dem Werkzeug in Berührung stehenden Oberfläche erreicht. Bei einem herkömmlichen kaltgezogenen Stahlrohr beträgt die lokale Härtezunahme etwa 20 bis 20 %.

Man kann auch ein Werkzeug verwenden, dessen Außenfläche von einer torischen Fläche begrenzt ist, deren Querschnitt nicht kreisförmig, sondern elliptisch oder oval ist vorausgesetzt, daß der Anstellwinkel des Werkzeuges zu dem Rohr, d.h. der zwischen der Achse und der das Werkzeugprofil berührenden Ebene gebildete Winkel in dem Punkt, in dem die Berührung zwischen Werkzeug und Rohr beginnt, immer größer als der Austrittswinkel ist, d.h. der Winkel, der zwischen der Achse und der das Werkzeugprofil in dem Punkt, in dem die Berührung zwischen Werkzeug und Rohr aufhört, berührenden Ebene vorhanden ist. Wenn jedoch das zu bearbeitende Rohr eine zufriedenstellende Innenfläche aufweist, ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe eines kegelstumpfförmigen Werkzeuges durchzuführen, bei dem der Anstellwinkel gleich dem Austrittswinkel ist. In diesem Falle ist es zweckmäßig, wenn der halbe Winkel der Kegelspitze zwischen 12 und 20° liegt.

Bei einer bevorzugten Abwandlung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bearbeitung von Rohrinnenflächen wird das Rohr zunächst einer Bearbeitung zur Querschnittsverminderung unterzogen, indem es durch eine Ziehdüse hindurchgeführt wird, deren Halsdurchmesser etwas kleiner als der Außendurchmesser des Rohres ist. Ein solcher vorangehender Vorgang verbessert die

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mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Ergebnisse beträchtlich. Man nimmt an, daß bei dem Vorgang zur Querschnittsverminderung die auf der Innenfläche des Rohres vorhandenen Verschmutzungen reißen, und daS die inneren Fehler des Rohres etwas zusammengedrückt werden. Der nachfolgende Durchgang des Werkzeuges erlaubt sodann nicht allein die Entfernung der Schmutzteil·, sondern gleichzeitig ein Verschwinden sämtlicher Oberflächenfehler. Das erfindungsgemäße Verfahren vataflt auch die Kombination eines vorhergehenden Durchganges durch die Ziehdüse zur Querschnittsverrainderung des Rohres und eines Durchganges des Werkzeuges in dem Rohr in der beschriebenen Art. Bei Stahlrohren ertielt man sehr gut· Ergebnisse, wenn man als Ziehdüsenhale ein kreisbogenartiges Profil vorsieht, dessen Radius zwischen 25 und 35 ra» Hegt.

Di· Erfindung betrifft außerdem eine neue Maschine zum Kalibrieren und zur Oberflächenbearbeitung von Rohren, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einerseits ein festes Maschinenbett und andererseits eine geradlinig bewegbare Ziehetange aufweist, auf der ein im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits beschriebenes Werkzeug oder ein Kopf befestigbar ist, und daß Mittel zur Halterung des zu bearbeitenden Rohres relativ zum Maschinenbett sowie Mittel zur Sicherstellung der Verschiebung des Werkzeuges relativ zum Rohr vorhanden sind.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist das Werkzeug mit dem Ende einer fest mit dem beweglichen Kolben einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit verbundenen Ziehstange verschraubt. Die Ziehstange hat einen Außendurchmesser, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des zu bearbeitenden Rohrrohlings ist. Das

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Maschinenbett weist gegenüber dem verschiebbaren Kolben· der Kolben-Zylindereinheit eine Ziehdüse auf, die durch konische Einpassung in einen Ziehring herausnehmbar eingesetzt ist. Das Maschinenbett ist mit Stützbacken für das Rohr ausgestattet, gegen die es zur Anlage kommen kann, wenn das Werkzeug das Rohrinnere durchdringt. Die Backen sind versenkbar bzw. zueinander klappbar. Die Ziehdüse und die Anschlagbacken für das Rohr sind so angeordnet, daß das Rohr nacheinander mit ihnen zusammenwirkt, wenn die Verschiebungen des Kolbens der Kolben-Zylindereinheit in entgegengesetzte Richtung erfolgen.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Ziehbank zum Kaltziehen von Rohren, beispielsweise aus Stahl, wobei die Bank einerseits eine Ziehdüse aufweist, in deren Bereich sich ein zylindrischer Kern befindet und die andererseits Ziehmittel besitzt, die den Durchgang des durch die Düse über den Kern zu ziehenden Metalles bewirken, und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kern in bezug auf die Ziehrichtung vor seinem zylindrischen Bereich ein Werkzeug oder einen Aufweitungskopf aufweist, der mit ihm fest verbunden ist und demjenigen entspricht, der im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurde.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter AusfUhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Maschine zum Kalibrieren und zur Oberflächenbearbeitung von Rohren,

Fig. 2 die Maschine nach Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 - in Richtung der Pfeile III-III in Fig. 1 gesehen - die versenkbaren Anschlaghalbbacken der Maschine

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nach Fig. 1,

Fig. Λ - in Richtung der Pfeile IV-IV in Fig. 3 gesehen eine Anschlaghalbbacke nach Fig. 1,

Fig. 5 im Schnitt Einzelheiten der Ziehdüse der Maschine nach Fig. 1 und die klappbaren Backen gemäß Fig. 3 und

Fig. 6 bis 10, 12 und 13 schematische Darstellungen _v unterschiedlicher Betriebsphasen der Kalibrierung und der Oberflächenbearbeitung des Inneren eines Rohres unter Verwendung der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 11 im Detail den zur Kalibrierung des Rohres verwendeten Kopf,

Fig. 14 in schematischer Darstellung eine Bank zum Kaltziehen bekannter Rohre,

Fig. 15 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Kaltziehbank.

In den Fig. 1 bis 13 bezeichnen la, Ib zwei Ständer, die durch vier starre Balken 2 miteinander verbunden sind, welche ein Parallelepiped mit quadratischer Basis begrenzen. Die Ständer la, Ib und die Balken 2 bilden das Maschinenbett. Dieses Maschinenbett trägt eine doppelt wirkende hydraulische Kolben-Zylindereinheit, deren beweglicher Kolben mit 4 bezeichnet ist. Die Achse des Kolbens fällt genau mit der Achse des von den Balken 2 begrenzten Parallelepipedes mit quadratischer Basis zusammen.

Die hydraulische Kolben-Zylindereinheit 3 wird durch einen Kraftpumpensatz 5 gespeist. Zur Betätigung der

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Kolben-Zylindereinhelt 3 dient ein Verteiler 7, der von der Bedieniingsperson mittels eines Handgriffes 8 einstellbar ist. Zwei Leitungen 9 verbinden den Verteiler mit dem Kraftpumpensatz 5 und zwei Leitungen 10 stellen die Verbindung zwischen dem Verteiler 7 und den beiden äußeren Enden der Kolben-Zylindereinheit 3 her.

Der verschiebbare Kolben 4 der Kolben-Zylindereinheit 3 ist mit einer.Ziehstange 11 fest verbunden, deren Durchmesser etwas unter dem Durchmesser des Rohres liegt, das mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maschine kalibriert und an seiner Innenfläche bearbeitet werden soll. Gegenüber dem Ende der auf der Achse der Kolben-Zylindereinheit 3 liegenden Ziehstange 11 ist der Ständer la mit einer öffnung 12 ausgestattet. Zwischen dem Ständer la und der Ziehstange 11 ist auf einer quer zur Maschine angeordneten Stützplatte 13 ein zylindrischer Ziehring 14 vorgesehen, dessen Mitte als konische öffnung gestaltet ist. In die konische öffnung des Ringes 14 ist eine Düse 15 eingesetzt, die außen konisch gestaltet ist und deren Spitzenwinkel der Konizität der konischen Zentralöffnung des Ziehringes 14 entspricht.

t Die Ziehdüse 15 ist ein Drehteil, deren Innenfläche einen Halsteil 16 aufweist, der einen konvergierenden Bereich 17a und einen divergierenden Bereich 17b voneinander trennt. Der Halsteil 16 ist so geformt, daß er im Achsschnitt einem Kreisbogen mit einem Radius von 30 mm entspricht. Die Ziehdüse 15 ist aus dem Ziehring 14 herausnehmbar und der Ziehring 14 kann auf der ihn tragenden Stützplatte abrollen.

Auf der vom Ziehring 14 freien Seite des Ständers la sind zwei jeweils um einen Zapfen 19 klappbare Backen 18 vorgesehen. Der Zapfen 19 liegt unter der Achse der

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Ziehstange 11. In geschlossenem Zustand definieren die Backen 18 zwischen sich eine zylindrische öffnung; im Mittelbereich ihrer Dicke weisen sie eine Rille 20 auf, in die ein Bronzesegment 21 eingesetzt ist. Sind die Backen 18 geschlossen, so stützen sich die beiden Bronzesegmente 21 auf der Ziehstange 11 ab, wenn diese bis zu den Backen vorgeschoben ist.

Wenn man kaltgezogene Rohre mit einem Innendurchmesser von 49*9 nun und einem Außendurchmesser von 63,0 mm kalibrieren will, benutzt man eine Ziehstange mit einem Durchmesser von 48,5 mm· Bei diesem Beispiel besteht das zu bearbeitende Rohr 22 aus mittelhartem Stahl mit einer Festigkeit von 55 kg/mm . Der Durchmesser des Halsteiles 16 der Ziehdüse 15 beträgt 62,3 mm. Zur Bearbeitung eines ein Meter langen Rohres 22 benutzt man eine Kolben-Zylindereinheit mit einer Hublänge von 1,40 m, wobei die Vorschubbewegung von dem Ständer Ib zu dem Ständer la mit einer Geschwindigkeit von 1 cm/sek erfolgt, während die Umkehrbewegung sich mit einer Ge- ■ schwindigkeit von etwa 2 cm/sek vollzieht. Der Abstand zwischen den beiden Ständern la und Ib beträgt etwa 1,50 m.

Zur Durchführung der Kalibrierung und der Oberflächenbearbeitung des Rohres 22 wird es durch die öffnung 12 auf die Ziehstange 11 aufgeschoben. In diesem Moment ist der Kolben 4 der Kolben-Zylindereinheit 3 von dem Ständer la am weitesten entfernt. Zwischen dem Kolben 4 und dem Rohr 22 befinden sich auf der Ziehstange 11 einerseits ein Ring 23, dessen Durchmesser den Abmessungen des Rohres 22 im wesentlichen entspricht und andererseits sind zwei Halbschalen 24 vorhanden, die sich durch Aufschneiden eines Ringes 23 längs seiner Axialebene ergeben. Diese Arbeitsphase geht aus Fig. 6 hervor.

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Durch Betätigung des Handgriffes 8 des Verteilers 7 wird sodann eine Vorschubbewegung des Kolbens 4 der Koiben-Zylindereinheit 3 hervorgerufen, nachdem der Ziehring 14 und die mit ihm verbundene Düse 15 auf der Querplatte IJ angebracht worden sind. Die Ziehstange 11, die von dem außen eingefetteten Rohr 22 umgeben ist, durchquert die Ziehdüse 15 und die öffnung 12. Die Backen l8 sind geöffnet (Fig. 7).

Bei Fortsetzung der Vorschubbewegung des Kolbens 4 berührt die Außenfläche des Rohres 22 die Ziehdüse 15

P und das Rohr wird von der Kolben-Zylindereinheit 3 mit einer Kraft von 8600 kg durch die Düse geschoben, so daß sein ursprünglicher Außendurchmesser von 63 mm sich dem Durchmesser des Halsteiles der Ziehdüse, d.h. 62,4 mm angleicht. Während dieser Querschnittsverminderung werden die Rost- und Zunderpartikel oder die anderen Schmutzteilchen im Inneren des Rohres von seiner Innenfläche, die etwa einen Durchmesser von 49*0 mm aufweist, abgelöst. Das Rohr 22 kann unter dem Druck der Kolben-Zylindereinheit 3 - einem Druck, der durch den zwischengelegten Ring 23 und die beiden Halbschalen 24 übertragen wird - möglicherweise zu Durchbie-

^ gungen neigen, denen jedoch die Ziehstange 11 begegnet. Dieses Bearbeitungsstadium geht aus Fig. 8 hervor.

Hat der Kolben 4 der Kolben-Zylindereinheit 3 eine ausreichende Strecke zurückgelegt, so verläßt das von der Ziehstange 11 getragene Rohr 22 die Ziehdüse 15 und setzt seine Vorschubbewegung fort. In diesem Moment sind die Backen l8 immer offen. Nach Abnahme der beiden Halbschalen 24 verbleibt der Ring 23 allein zwischen dem Rohr 22 und dem Kolben 4 und wird gegen den Kolben 4 zurückgeschoben, wie aus Fig. 9 hervorgeht.

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Nach ausreichendem Vorschub des Kolbens 4 gelangt der hintere Teil des Rohres 22 auf die Rückseite der Backen 18 und dennoch überragt das Ende der Ziehstange 11 den vorderen Teil des Rohres 22. In diesem Moment werden die Backen 18 derart geschlossen, daß die Segmente 21 hinter dem Rohr 22 gegen die Ziehstange 11 zur Anlage kommen. Der Innendurchmesser der Backen 11 ist kleiner als der Außendurchmesser des Rohres 22. Man schmiert das Innere des Rohres 22 reichlich und schraubt auf das Ende der Ziehstange 11 ein Werkzeug 25 aus gehärtetem Stahl. Fig. 11 zeigt einen Halbquerschnitt des Wa?kzeuges 25. Dieses Werkzeug besteht aus einem kreisringförmigen Aufweitungskopf, der mittels eines Gewindeteiles 25a auf das Ende der Ziehstange 11 aufgeschraubt ist. Der Kreisring besitzt einen Rand mit halbkreisförmigem Querschnitt; der Radius dieses Halbkreises beträgt 4 mm. Der Kreisring hat einen maximalen Außendurchmesser von 49,8l mm. Mit Hilfe des Handgriffes 8 wird eine Umkehrung der Bewegungsrichtung der Kolben-Zylindereinheit 3 hervorgerufen, durch die der Kolben sich zurückbewegt. Im Laufe dieser Bewegung kommt das ausreichend geschmierte Werkzeug 25 gegen das vordere Ende des Rohres 22 (linke Seite der Figur) zur Anlage und drückt das Rohr zurück, bis sein hinteres Ende die vordere Fläche der Backen l8 berührt. Sobald das Rohr gegen den Anschlag anliegt und der Kolben 4 seine Rückzugsbewegung fortsetzt, dringt das Werkzeug 25 in das Rohrinnere ein und bewirkt eine Aufweitung des Rohrdurchmessers. Das Hindurchtreten des Werkzeuges durch das Rohr erfordert bei den angegebenen Abmessungen einen Kraftaufwand von ll400 kg. Diese Betriebsphase ist in Fig. 12 erkennbar.

Wenn das Werkzeug 25 durch die ganze Länge des Rohres 22 hindurchgezogen worden ist, wird das Rohr außerhalb

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der Maschine abgeworfen und fällt auf einen Aufnahmetisch. In diesem Augenblick werden die Backen 18 geöffnet, das Werkzeug 25 wird von der Ziehstange 11 abgeschraubt und die RUckzugbewegung des Kolbens 4 wird fortgesetzt bis er seine Ausgangsposition wieder eingenommen hat. Man erhält auf diese Weise eine sehr zufriedenstellende Oberflächenbeschaffenheit der inneren Rohrwand, well alle Verunreinigungen von der Rohrinnenfläche entfernt worden sind und sich mit dem das Wa?kzeug 25 und die Ziehstange 11 bedeckenden Schmiermittel vermischt haben. Außerdem verschwinden alle Oberflächenfehler der kaltgezogenen Rohre. Das fertige Rohre hat einen Innendurch-

messer von 49*7 nun und einen Außendurchmesser von 63,0 mm.

Wenn man die Kalibrierung gegenüber der mit dem durchziehbaren Werkzeug 25 erzielbaren noch verbessern will, kann man einen zweiten Durchgang des Aufweitungskopfes vorsehen und den Vorgang ausgehend von den in den Fig. 10, 12 and 13 dargestellten Phasen wiederholen, wobei ein Aufweitungskopf verwendet wird, dessen maximaler Außendurchmesser etwas größer als der maximale Außendurchmesser des beim ersten Durchgang benutzten Aufweitungswerkzeuges ist. Bei dem beschriebenen Beispiel liegt der maximale Außendurchmesser des zweiten Wa?kzeuges bei 50,1 mm. Der Radius des Halbkreises, der den Rand des den Aufweitungskopf bildenden Kreisringes darstellt, beträgt 10 mm, weil für diesen zweiten Durchgang dieser Radius nicht zwischen 3 und 6 mm liegen muß, sondern darüber liegen kann, weil es sich um eine Endbearbeitung handelt. Der Durchgang dieses Aufweitungskopfes bedingt einen Kraftaufwand von 6j5OO kg. Nach dem Durchgang des zweiten Werkzeuges oder Aufweitungskopfes durch das Innere des Rohres 22 ist der Oberflächenzustand einwandfrei und die Kalibrierung des Rohrinneren beträgt 50,00 mm 0,02 mm. Es ergibt sich nach jedem Durchgang des Werk-

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zeuges oder Kopfes 25 eine leichte Reduzierung des Rohres, woraus sich erklärt, daß mit einem letzten Werkzeug, dessen Außendurchmesser 50,1 mm ausmacht, eine Kalibrierung auf einen Durchmesser von 50,0 mm erreicht wird. Der Außendurchmesser des Rohres ist 63,4 mm.

Zur Oberflächenbearbeitung und Kalibrierung einer Reihe von Rohren kann man den Durchtritt durch die Ziehdüse und den ersten Durchgang des Kopfes für jedes Rohr in einem Vorgang zusammenfassen und den zweiten Durchgang des Werkzeuges einem weiteren Verfahrensschritt vorbehalten, der sich anschließt, wenn alle Rohre die erste Behandlungsstufe durchlaufen haben. Dieses Vorgehen erlaubt eine Herabsetzung des zur Bearbeitung einer Reihe gleicher Rohre erforderlichen Zeitaufwandes.

Es hat sich herausgestellt, daß der vorhergehende Vorgang des Hindurchschiebens des Rohres durch die Ziehdüse und die hierdurch erzielte Querschnittsverringerung eine erhebliche Verbesserung des endgültigen Oberflächenzustandes der Rohrinnenwandung ailäßt. Dies ist einmal auf das durch die Querschnittsverringerung bedingte Abplatzen der Verunreinigungen und zum anderen auf die Zusammenziehung von Oberflächenfehlern zurückzuführen, die sich auf der inneren Oberfläche des Rohres befinden. Die Erzielung bemerkenswert guter Oberflächenbeschaffenheit und Kalibrierung dürfte außerdem darauf zurückzuführen sein, daß das Werkzeug 25 durch seine Abstützung gegen das Material des Rohres 22 eine plastische Deformierung dieses Materials hervorruft, was ein Ausfüllen der anfänglich vorhandenen Oberflächenfehler zur Folge hat. Diese Annahme wird dadurch verstärkt, daß in der Nachbarschaft der inneren

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IHSPcOTS^

Oberfläche des Rohres eine Vergrößerung der Rohrfestigkeit auftritt, die - vermutlich durch Kaltverformung von 55 kg/mm bis 75 kg/mm reicht.

Die beschriebene Maschine, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen läßt, wird für die Oberflächenbearbeitung und Kalibrierung von Rohren verwendet, die in bekannter Weise durch Kaltziehen hergestellt worden sind.

Eine zweite Art der Benutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt die Anwendung dieses Verfahrens auf die Herstellung kaltgezogener Rohre . Dieses Vorgehen ist in Fig. 15 wiedergegeben, während eine herkömmliche Kaltziehbank in Fig. 14 erkennbar ist. Eine solche Ziehbank ist an der Stelle mit einer Ziehdüse JO versehen, an der sich ein zylindrischer Kern 31 befindet. Das Metall wird mittels einer Zange 32 gezogen und das Rohrinnere auf den Außendurchmesser des Kernes 31 kalibriert.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Kaltziehen von Rohren genügt es, mit dem zylindrischen Kern einen ringförmigen Kopf 33 zu verbinden, dessen w Rand durch die Außenfläche eines Wulstes mit kreisförmigem Querschnitt gebildet ist. Der mit dem zylindrischen Kern 31 verbundene Kopf 33 befindet sich in bezug auf die Ziehrichtung der Zange 32 und die Vorschubrichtung des Rohres hinter dem Kern. Der Radius des Randumfanges des Kopfes 33 beträgt 4 mm und der maximale Durchmesser dieses Kopfes ist 50,1 mm,wenn man Rohre herstellen will, die innen auf 50,0 mm kalibriert sind. In diesem Falle hat der Kern einen Außendurchmesser von 49j8 mm. Die Oberflächenbeschaffenheit des fertigen Rohres ist überaus gut und die Kalibrierung auf einige hundertstel Millimeter genau.

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Claims

Ansprüche

ί 1.^Verfahren zur Bearbeitung der Innen- und/oder Außenfläche von im Querschnitt als geschlossener Ring gestalteten Rohren und zur Kalibrierung des Inneren oder Äußeren dieser Rohre, dadurch gekennzeichnet , daß in das zu bearbeitende Rohr ein Werkzeug (25, 33) oder ein Kopf eingeführt wird, bei dem wenigstens ein Teil der Außen-ν fläche, die härter als das zu bearbeitende Metall ist, durch die Verschiebung einer Meridian-Kurve definiert ist, die sich auf einer geschlossenen Leitlinie abstützt, welche im wesentlichen mit dem Rand identisch ist, der der zu bearbeitenden Fläche des Rohrquerschnittes entspricht, wobei das Werkzeugprofil über die Länge einer seine Außenfläche erzeugenden Meridian-Kurve so gestaltet ist, daß beim Durchgang von der ersten Ebene des Werkzeugendes, die dem Anfangspunkt der Berührung des Werkzeuges mit dem Rohr entspricht, zur zweiten Ebene am Werkzeugende, die der Ebene entspricht, in der die Berührung zwischen Werkzeug und Rohr beendet ist, bei Bearbeitung der Innenfläche des Rohres ständig der Abstand zu der Rohrachse vergrößert wird, während er bei Bearbeitung der Rohraußenfläche verkleinert wird, wobei die maximale Veränderung dieses Abstandes größer oder gleich der maximalen Tiefe der in der zu bearbeitenden Fläche des Rohres vorhandenen Fehler ist und unter dem Wert liegt, der zur Sicherstellung der Verschiebung des Werkzeuges längs der Rohrachse einer auf das Rohr ausgeübten Kraft entspricht, die die mechanische Festigkeit des Rohres überwindet,und daß bei der Längsbewegung auf der Rohrachse zwischen dem erwähnten Werkzeug und dem zu bearbeitenden Rohr eine Relativverschiebung

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gewährleistet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung bei Rohren mit kreisförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug wenigstens auf einem Teil seiner Außenfläche von einer Drehfläche derart begrenzt wird, daß der Winkel zwischen der Achse und der Geraden, die den Punkt des Beginns der Berührung von Werkzeug und Rohr mit dem entsprechenden Punkt am Ende der Berührung von Werkzeug und Rohr verbindet, im wesentlichen zwischen 12° und 20° liegt.
3· Verfahren nach Anspruch.2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, der zwischen der Achse und der Ebene, die die Werkzeugaußenfläche in dem Punkt berührt, in dem das Werkzeug beginnt, das Rohr zu berühren, gebildet ist, größer oder gleich dem Winkel ist zwischen der Achse und der Ebene, die das Werkzeugprofil in dem Punkt berührt, in dem Werkzeug und Rohr sich während der Bearbeitung berühren.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand des Werkzeuges (25, 33) als torische Fläche mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Querschnittes der den Werkzeugrand darstellenden torischen Fläche zwischen J5 und 6 mm liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 2 für Rohre mit zufriedenstellender innerer Oberflächenbeschaffenheit, d a -

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durch gekennzeichnet, daß die äußere Arbeitsfläche des Werkzeuges kegelstumpfförmig gestaltet ist.
7. Verfahren nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenfläche des Werkzeuges als torische.Fläche mit elliptischem oder ovalem Querschnitt gestaltet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 für die Bearbeitung der Innenfläche eines Rohres, dadurc-h gekennzeichnet, daß das Rohr vor dem Durchgang des Aufweitungskopfes einem vorangehenden Vorgang zur Querschnittsverminderung unterworfen wird, indem es durch eine Ziehdüse (15) hindurchgeführt wird, deren Halsdurchmesser (l6) etwas kleiner als der Außendurchmesser des Rohres ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr während der Querschnittsverminderung in der Ziehdüse (15) auf eine Tragstange (11) aufgesteckt wird, deren Durchmesser etwas unter dem Innendurchmesser des querschnittsverminderten Rohres liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr von einer gegen sein eines Ende anliegenden Schulter durch die Ziehdüse (15) hindurchgeschoben wird,und daß die Schulter sich gemeinsam mit der Ziehstange verschiebt und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser der Düse ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10,. dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter durch

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die Stirnfläche von zwei abnehmbaren Halbschalen (24) oder durch einen sicherbaren Gleitring (23) gebildet wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis H* dadurch gekennzeichnet , daß die Tragstange (11) über das Rohr hinausragt und am Ende Mittel zur Befestigung eines Werkzeuges oder Kopfes (25) aufweist, das bzw. der der Innenbearbeitung dient, die sich durch eine Verschiebung vollzieht, die umgekehrt zu derjenigen gerichtet ist, die den Durchgang durch die Ziehdüse bewirkt.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Profil des Halses (l6) der Ziehdüse (15) von einem Kreisbogen mit einem Radius zwischen 25 und 35 mm gebildet ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis IjJ, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Durchgang des Bearbeitungswerkzeuges der Durchgang eines Endbearbeitungswerkzeuges zur Fertigbearbeitung anschließt, daß der Extremdurchmesser des letztgenannten Werkzeuges in Abhängigkeit davon, ob das Rohr innen oder außen bearbeitet wird, etwas größer oder kleiner als derjenige des erstgenannten Werkzeuges ist, und daß das Endbearbeitungswerkzeug wenigstens auf einem Teil seiner Außenfläche durch eine Fläche derart begrenzt ist, daß der Winkel zwischen der Achse und der Geraden, die den Punkt des Beginns der Baührung von Werkzeug und Rohr mit dem entsprechenden Punkt am Ende der Berührung von Werkzeug und Rohr verbindet, kleiner als 12° ist.
15· Maschine zum Kalibrieren und zur Oberflächenbearbei-

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tung von Rohren, gekennzeichnet durch ein festes Maschinenbett und eine geradlinig bewegliche Ziehstange (11), an da? ein Werkzeug bzw. ein. Kopf gemäß den Ansprüchen 1 bis 14 befestigbar ist, durch Mittel zur Halterung des zu bearbeitenden Rohres auf dem Maschinenbett sowie durch Mittel zur Verschiebung des Werkzeuges relativ zum Rohr.
16. Maschine zum Kalibrieren und zur Oberflächenbearbeitung des Inneren eines Rohres nach Anspruch 15, d a durch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mit dem Ende einer an dem Kolben (4) einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit (3) befestigten Ziehstange (11) verschraubt ist.
17. Maschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Ziehstange (11) etwas kleiner als der Innendurchmesser des zu bearbeitenden Rohrrohlings ist.
18. Maschine nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet , daß das Maschinenbett gegenüber dem beweglichen Kolben (4) der Kolben-Zylindereinheit (j5) eine querschnittsvermindernde Ziehdüse (15) aufweist, daß der Durchmesser der Ziehstange (11) etwas kleiner als der Innendurchmesser des querschnittsverminderten Rohres ist, und daß auf der Ziehstange zwei abnehmbare Halbschalen (24) und/ oder ein verschiebbarer und verriegelbarer Ring (23) vorgesehen sind, deren Außendurchmesser kleiner als der kleinste Durchmesser der Ziehdüse (15) ist.
19. Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehdüse (15) durch konische Einpassung in einen Ziehring (14)

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herausnehmbar eingesetzt ist.
20. Maschine nach den Ansprüchen 15 bis 19* dadurch gekennzeichnet , daß das Maschinenbett Stützbacken (18) trägt, gegen die das zu bearbeitende Rohr während des Durchganges des Werkzeuges durch

das Rohrinnere zur Anlage kommen kann, und daß die Backen klappbar angeordnet sind.
21. Maschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Ziehdüse (15)

) und die Anschlagbacken (l8) so angeordnet sind, daß

das Rohr nacheinander mit der Ziehdüse und mit den Backen zusammenwirkt, wobei die Verschiebungen des Kolbens (4) der Kolben-Zylindereinheit jeweils in entgegengesetzte Richtungen erfolgen.
22. Bank zum Kaltziehen von Rohren, beispielsweise Stahlrohren, mit einer Ziehdüse, in deren Bereich sich ein zylindrischer Kern befindet und mit Ziehmitteln, die das zu ziehende Metall über den Kern durch die Ziehdüse hindurchziehen, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern (31) in bezug auf die Ziehrichtung hinter seinem zylindrischen Teil ein Werkzeug bzw. einen Kopf (33) aufweist,

das bzw. der mit ihm fest verbunden und gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 ausgebildet ist.
23. Gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14 oberflächenbearbeitetes und kalibriertes Rohr.

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