DE2605236A1

DE2605236A1 - Lochstueck mit kreisringfoermigem querschnitt

Info

Publication number: DE2605236A1
Application number: DE19762605236
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Friedrichs; Erwin Dipl Ing Jericho; Frank Dipl Ing Weber
Original assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Current assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Priority date: 1976-02-11
Filing date: 1976-02-11
Publication date: 1977-08-25
Also published as: US4262516A; JPS52119460A; DE2605236C2; BE851284A; SU724078A3; FR2340786A1; AT368727B; FR2340786B1; HU173989B; ES455809A1; JPS5621482B2; CS191187B2; ATA73377A; IT1081935B

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König ■ DipL-lng. K. Bergen Patentanwälte · 4ooo Düsseldorf 30 · Cecilienallee 7B · Telefon

10. Februar 1976 30 611 K

Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte m.b.H.,

8458 Sulzbach-Rosenberg-Hütte

"Lochstück mit kreisringförmigem Querschnitt"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lochstück mit kreisringförmigem Querschnitt und gestuftem Innendurchmesser zum Herstellen nahtloser Rohre, insbesondere Präzisionsrohre wie Kugellagerrohre.

Nahtlose Rohre lassen sich durch Schräg-, Pilger- und Duowalzen oder auf einer Stoßbank herstellen«, Diese verschiedenen Verfahren stimmen darin überein, daß ein im wesentlichen zylindrisches Lochstück mit einer Dornstange versehen und das Lochstück durch Walzen über die Dornstange gestreckt bzw. zu einer Rohrluppe verformt wird. Die erforderlichen Lochstücke lassen sich durch Schrägwalzen oder Lochpressen von Knüppeln herstellen Das Schrägwalzen erfordert Rundknüppel und eignet sich daher nicht für den direkten Einsatz stranggegossener Knüppel. Angesichts der großen wirtschaftlichen Vorteile des Stranggießens hat daher beim Herstellen von Lochstücken aus stranggegossenen' Quadratknüppeln das Lochen in einer Lochpresse erneut an Bedeutung gewonnen*

Beim Lochen wird üblicherweise ein zuvor auf die erforderliche Verformungstemperatur erwärmter Vierkantknüppel in eine kreisrunde Matrize eingesetzt und durch Eintreiben eines runden Lochdornes in die Form eines einseitig geschlossenen Lochstücks gebrachte Der Knüppelquerschnitt

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wird dabei so gewählt, daß die Längskanten des Knüppels im wesentlichen an der Matrizenwandung anliegen und beim Eintreiben des Lochdorns die vier im Querschnitt kreissegmentförmigen Zwischenräume zwischen den Längsflächen des Knüppels und der Matrizenwandung ausgefüllt werden. Beim Lochen geht das Bestreben dahin, den Materialfluß weitestgehend auf das seitliche Ausfüllen des Matrizenhohlraums zu beschränken und einen Werkstofffluß entgegen der Preßrichtung so weit wie möglich zu vermeiden,, Mit einem Werkstofffluß entgegen der Preßrichtung, dem sogenannten steigenden Lochen, sind nämlich höhere Preßkräfte sowie insbesondere ein stärkerer Matrizenverschleiß verbunden.

Um das Füllen der Matrize und einen runden Querschnitt des Lochstücks zu gewährleisten, müssen die Durchmesser der Matrize und des Lochdorns etwa im Verhältnis 1,8 : 1 stehen. Eine weitere Einschränkung ergibt sich daraus, daß das Verhältnis von Blocklänge zu Rohrdurchmesser bzw, Dornstangendurchmesser 1 : 5 bis 1 : 7 nicht übersteigen sollte, da andernfalls die Gefahr eines Verlaufene des Lochdorns beim Eintreiben in den Block mit der Folge einer exzentrischen Lochung besteht. Dies ist insofern von großem Nachteil, als sich aus Lochstücken mit exzentrischer Lochung Rohre mit gleichmäßiger Wanddicke kaum noch herstellen lassen.

Die vorerwähnten Abmessungsverhältnisse legen gleichzeitig auch die Länge des Fertigrohrs fest. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß für jeden Rohrdurchmesser die Verwendung eines entsprechend bemessenen Quadratknüppels oder einer dem Knüppelquerschnitt entsprechenden Matrize erforderlich ist.

Um trotz der oben angegebenen Abmessungsverhältnisse nahtlose Rohre größerer Länge oder Wanddicke herstellen zu können, ist es aus der deutschen Patentschrift 1 298 494 bekannt, ein Lochstück mit gestuftem Innendurchmesser zu ver-

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wenden. Bei einem derartigen Lochstück besteht die Lochung, ausgehend von dem geschlossenen Ende bzw. Boden bei gleichbleibender Wanddicke aus einem dem Durchmesser des Fertigrohrs entsprechenden zylindrischen Kopfteil, einem sich anschließenden konischen Übergang, das in einen zylindrischen Hauptteil mit größerem Durchmesser als der Fertigrohrdurchmesser übergeht,, Angesichts der über die ganze Länge gleichmäßigen Wanddicke weist das Lochstück einen sich entsprechend dem Lochungsdurchmesser ändernden Außendurchmesser auf, d.h_o es verjüngt sich stufenförmig vom offenen zum geschlossenen Ende_e

Um dem bislang stets als notwendig erachteten Erfordernis einer über die Lochstücklänge gleichmäßigen Wanddicke zu genügen, ist somit eine Matrize mit entsprechend gestuften Innendurchmesser erforderlich. Eine derartige Matrize ist verständlicherweise teurer als eine zylindrische Matrize_e Sie ist des weiteren mit dem Nachteil behaftet, daß es im Bereich des konischen Übergangs zu einem starken Verschleiß kommt, weil der in die Matrize eingeführte Quadratknüppel zu Beginn des Pressens mit etwa punktförmiger Berührung auf den Konusflächen aufsitzt und sich demzufolge beim Eintreiben des Lochdorns hier eine wesentlich stärkere Beanspruchung ergibt als im übrigen Teil der Matrize. Gleichzeitig kommt es in dem unteren, d.h. dem engsten Teil der Matrize zu einem achsparallelen Einpressen des Knüppelwerkstoffs sowie zu dem unerwünschten steigenden Lochen mit einem der Preßrichtung entgegengerichteten Werkstofffluß.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der mit dem bekannten Lochstück erzielbaren Vorteile die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein Lochstück vorzuschlagen, das sich bei geringem Matrizenverschleiß und erhöhtem Ausbringen auch bei unterschiedlichen Rohrinnen- bzw. Lochdornkopfdurchmessern aus Quadratknüppeln gleicher Abmessung, d.h. ohne einen Matrizenwechsel

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herstellen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der Erkenntnis, daß es im Gegensatz zu der bisher allgemein vertretenen Auffassung nicht auf eine gleichmäßige Wanddicke des Lochstücks über die Lochstücklänge ankommt. Hiervon ausgehend besteht die Erfindung in einem Lochstück mit im wesentlichen kreisringförmigem Querschnitt und einem gestuften Innendurchmesser, dessen Wanddicke im Bereich des größten Innendurchmessers, d.h. im Bereich des Hauptteils der Lochung, geringer als im Bereich des kleinsten Innendurchmessers, d.h. im Bereich des Lochdornkopfes, ist. Bei dem erfindungsgemäßen Lochstück nimmt mithin die W_anddicke mit jeder Durchmesserverringerung, d_eh_e vom offenen zum geschlossenen Ende hin zu.

Da das erfindungsgemäße Lochstück, abgesehen von einer das Ausstoßen aus der Matrize erleichternden leichten Konizität, praktisch zylindrisch ist, erlaubt die Erfindung das Herstellen von Rohren unterschiedlichen Innendurchmessers ohne Matrizenwechsel aus Quadratknüppeln ein und derselben Abmessung. Beim Herstellen nahtloser Rohre unterschiedlichen Innendurchmessers brauchen daher lediglich gleiche Quadratknüppel mit Lochdornen entsprechend unterschiedlichen Durchmessers des Lochdornkopfes gelocht zu werden.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Lochstück durch ein Innendurchmesser-Verhältnis von D : d = 1,02 : 1 bis 2 : 1 gekennzeichnet, wobei D der Durchmesser des dem offenen Ende benachbarten zylindrischen Teils der Lochung und d der Durchmesser des dem Boden benachbarten zylindrischen Teils der Lochung ist und sich zwischen den beiden zylindrischen Lochungsteilen ein konischer Übergang erstreckt. Vorzugsweise beträgt das Innendurchmesser-Verhältnis jedoch 1,5 : 1· Der größere Innendurchmesser D ist auf den Matrizendurchmesser abgestellt und gewährleistet in dem entsprechenden

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Teil der Matrize ein lediglich ausfüllendes Lochen quer zur Preßrichtung, d.h_e ohne einen Werkstofffluß in axialer Richtunge Auch im Bereich des konischen Übergangs und des Lochdornkopfes mit dem Durchmesser d kommt es im Gegensatz zu dem Lochen eines Lochstücks mit über die ganze Länge gleichbleibender Wanddicke zu keinem wesentlichen axialen Werkstofffluß, da der Quadratknüppel von Anfang an auf dem Matrizenboden steht und über seine ganze Kantenlänge die Matrizenwandung berührt. Auf diese Weise verringert sich zudem die Gefahr eines Auswanderns des Lochdorns ganz erheblich. Hinzu kommt, daß nicht nur die Matrize sondern auch der Lochdorn insbesondere im Bereich des Lochdornkopfes und des Übergangs einem weitaus geringeren Verschleiß unterliegen, weil der Werkstoffverschleiß in dem Maße abnimmt, wie sich das Lochen auf einen Werkstofffluß quer zur Preßrichtung beschränkt.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn erfindungsgemäß die axiale Länge der Übergangszone 1 und die axiale Länge L der Zone mit dem kleineren Innendurchmesser d der Bedingung

L : 1 = 1 : 1 bis 5 : 1 genügen und/oder

L : d = 0,2 : 1 bis 5 : 1

ist. Werden diese Bedingungen eingehalten, dann läßt sich das erfindungsgemäße Lochstück mit hohen Verformungskräften beispielsweise auf einer Vorstoßbank mit verkürzter Baulänge oder in einer Ziehpresse vorstrecken.

Die Anwendung weitaus höherer Verformungskräfte ist in diesem Falle ohne die Gefahr eines Abreißens des Lochstückbzw. Rohrluppenbodens möglich, wenn das Zwisohenstrecken mit einer gestuften Dornstange geschieht, der nur im Bereich des konischen Übergangs und des zylindrischen Lochkopfes an der Lochwandung anliegte Da sich die Dornstange beim Vorstrecken vornehmlich mit ihrem konischen Übergang

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in dem Lochstück abstützt und demzufolge in diesem Bereich auch die Verformungskräfte übertragen werden, besteht nicht mehr die Gefahr eines Aufreißens am Lochstück- bzw. Rohrluppenboden.

Als weiterer Vorteil kann die Bodendicke verringert werden, so daß sich geringere Schopfverluste ergeben. Normalerweise muß nämlich die Bodendicke der maximalen Verformungskraft entsprechen.

Dies gilt auch für ein Fertigstoßen bzw. -strecken mit einer gestuften Dornstange; denn der Werkstoffgewinn aufgrund eines weniger dicken Lochstückbodens ist größer als der durch die Durchmesserverringerung im vorderen Teil der Dornstange und die damit verbundene größere Wanddicke in diesem Teil der Rohrluppe verbundene Werkstoffverlust.

Bei der Verwendung einer gestuften Dornstange kann sich zwischen dem hinter dem konischen Übergang liegenden zylindrischen Hauptteil der Lochstange und dem entsprechenden zylindrischen Hauptteil der Lochung ein Ringspalt befinden, so daß es beim Vorstrecken zu einer weitaus geringeren Reibung zwischen dem Lochstückwerkstoff und der Dornstange kommte Die Folge davon ist eine Kraftersparnis bis zu 3096.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsge— mäßen gestuften Lochstücks,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Matrize mit eingesetztem Vierkantknüppel und einem Lochdorn in der Ausgangsstellung,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung mit dem,

Lochdorn in seiner Endstellung und

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Lochstück beim Einlaufen in eine Vorstoßbank.

Das erfindungsgemäße Lochstück 1 mit kreisringförmigem Querschnitt besitzt eine zentrische Lochung 2, die im Hauptteil 3 und im Kopfteil 4 zylindrisch sowie in einem Übergang 5 konisch ausgebildet ist. Dementsprechend ist die Wanddicke im Bereich des Kopfteils 4 und des Übergangs 5 größer als im Bereich des Hauptteils 3. Entsprechend der Wanddicke verringert sich der Lochungsdurchmesser von D auf d im Bereich des Kopfteils 4 bis zum Boden«, Der Kopfteil 4 besitzt die axiale Länge L und der Übergang 5 die axiale Länge 1.

Ein Lochstück der in Fig. 1 dargestellten Art läßt sich in einer üblichen Lochpresse mit einer Matrize 7, einem Ausstösser 8 und einem Preßstempel 9 aus einem Quadratknüppel 10 mittels eines gestuften Lochdorns 11 herstellen. Der Lochdorn 11 besteht entsprechend der Lochung 2 aus einem zylindrischen Hauptteil 12, einem Übergang 13 und einem Lochdornkopf 14„

Beim Lochen eines üblichen, mit seinen Längskanten an der Innenwandung der zylindrischen Matrize 7 anliegenden und stirnseitig auf dem Ausstösser 8 ruhenden Quadratknüppels 10 dringt der Lochdorn 11 nach einem anfänglichen geringen Materialstau in den Knüppel ein und verdrängt dabei den Knüppelwerkstoff quer zur Preßrichtung bzw«, radial nach außen in die im Querschnitt kreissegmentförmigen Zwischenräume 15 und 16 zwischen den Knüppellängsflächen und der Matriz enwandung·

Das fertige Lochstück läßt sich mit Hilfe einer dem Lochdorn ähnlichen gestuften Dornstange 19 am vorderen Ende

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eines Preßstempels 9 in einer Stoßbank vorstrecken. Selbstverständlich kann das Vorstrecken auch auf einer Ziehpresse erfolgen. In beiden Fällen erlaubt das erfindungsgemäße Rohrstück die Anwendung hoher Verformungskräfte, weil die Kraftübertragung im wesentlichen im Bereich des konischen Übergangs 5 und durch den Boden 6 erfolgt. Dies gilt besonders, wenn der Durchmesser des Hauptteils der Dornstange kleiner ist als der Durchmesser D der Lochung, so daß sich ein Ringspalt 17 ergibt. Die Stoßbank ist mit einem Walzgerüst 18 ausgerüstete

Das Lochstück 1 wird mit Hilfe der Dornstange 19 in das Walzgerüst 18 gestoßen und zwischen den Walzen unter gleichzeitiger Querschnittsverminderung über die Dornstange gestreckt» Dabei fällt eine zwei bis fünf Meter lange Rohrluppe an, die sich - gegebenenfalls unter Verwendung einer gestuften Dornstange - auf einer Stoßbank bis auf eine Länge von beispielsweise zehn bis dreißig Metern fertigstrecken läßt, die dann erheblich weniger Walzgerüste erfordert und/oder das Herstellen längerer Rohre erlaubt.

Im Rahmen eines Betriebsversuches wurden Quadratknüppel der Abmessung 200 χ 200 χ 1000 mm in einer zylindrischen Matrize mit einem Innendurchmesser von 282 mm und verschiedenen gestufter Lochdorne mit einem Durchmesser D des Hauptteils von 165 mm und unterschiedlichen Kopfdurchmessern d von 110, 130 und 160 mm gelocht. Die Länge des zylindrischen Kopfteils L betrug jeweils 100 mm und die axiale Länge des Übergangs 1 lag jeweils bei 80 mm. Mithilfe der vorerwähnten Lochdorne ließen sich lOOOjnm lange Lochstücke mit einer Wanddicke von etwa 58 mm herstellen.

Die Lochstücke wurden in einer Vorstoßbank mit mehreren Walzgerüsten und Dornstangen vorgestreckt, die sich von den vorerwähnten Lochdornen lediglich dadurch unterschieden, daß der Durchmesser ihres Hauptteils bei 145 mm lag.

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Demzufolge ergab sich zwischen dem Hauptteil der Dornstangen und der Innenwandung des Lochstücks ein Ringspalt mit einer Breite von 10 mm. Mit einem erheblich verringerten
Kraftaufwand wurden auf der Vorstoßbank vorgestreckte
Rohrluppen mit einer Länge von ca₀ 2 m bis ca. 4 m hergestellt, die anschließend mit verringertem Kraftaufwand
auf einer Stoßbank fertiggestreckt wurden.

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Claims

Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte m.b.H., 8458 Sulzbach-Rosenberg-Hütte Patentansprüche:

1. Lochstück mit kreisringförmigem Querschnitt und gestuftem Innendurchmesser zum Herstellen nahtloser Rohre, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke im Bereich des größten Innendurchmessers geringer
als im Bereich des kleinsten Innendurchmessers ist.

2. Lochstück nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Innendurchmesser-Verhältnis von

D : d = 1,02 : 1 bis 2 : 1.

3. Lochstück nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Innendurchmesser-Verhältnis von höchstens 1,5 : 1.

4« Lochstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen zum Boden (6) hin
leicht abnehmenden Außendurchmesser.

5. Lochstück nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Länge 1 des Übergangs (5) und die Länge L des Kopfteils
(4) der Lochung (4) der Bedingung

L : 1 = 1 : 1 bis 5 : 1
genügen und/oder

L : d = 0,2 : 1 bis 5 i' 1
ist.

6. Lochstück nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch einen konischen

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Übergang (5).

7. Lochstück nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch mehrere konische Übergänge (5) zwischen Zonen zylindrischer Lochung und zum Boden (6) hin abnehmendem Innendurchmesser.

8. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre unter Verwendung eines Lochstücks nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Lochstück mit Hilfe einer nur im Bereich des kleineren Durchmessers der Lochung und/oder des Übergangs an der Lochungswand anliegenden gestuften Dornstange gestreckt wird,

9«. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochstück zunächst vorgestreckt wird_e

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