DE2605236C2 - Verwendung eines Lochdorns und einer Matrize zum Herstellen eines Lochstückes - Google Patents

Description

Nahtlose Rohre lassen sich durch Schräg-Pilger- und Duowalzen oder auf einer Stoßbank herstellen. Diese Verfahren stimmen darin überein, daß ein mit einer Dornstange versehenes Lochstück durch Walzen über die Dornstange gestreckt bzw. zu einer Rohrluppe verformt wird. Die 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 nach dem Verfahren von Heinrich Ehrhardt 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 gebracht Der Knüppelquerschnitt wird dabei so gewählt, daß die Längskanten des Knüppels im wesentlichen an der Matrizenwandung anliegen und sich beim Eintreiben des Lochdorns die vier im Querschnittkreissegment verbliebenen Zwischenräume zwischen den Längsflächen des Knüppels und der Matrizenwandung ausfüllen. Dabei geht das Bestreben dahin, den Materialfluß weitestgehend auf das seitliche Ausfüllen des Matrizenhohlraumes zu beschränken und einen Werkstofffluß entgegen der Preßrichtung des Lochdorns 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 ?u 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 zum Rohrdurchmesser bzw. Dornstangendurchmesser 1 :5 bis 1 :7 nicht überschreiten sollte, da andernfalls die Gefahr eines Verlaufens 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 kaum noch Rohre mit gleichmäßiger Wanddicke herstellen lassea 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 gegebenen Abmessungsverhältnisse ίο nahtlose Rohre größerer Länge oder Wanddicke herstellen zu können, ist es aus der DE-PS 12 98 494 bekannt, ein Lochstück mit gestuftem Innendurchmesser zu verwendea Bei einem derartigen Lochstück besteht die Lochung, ausgehend von dem geschlossenen Ende bzw. Boden bei gleichbleibender Wanddicke aus einem dem Durchmesser des Fertigrohres entsprechenden zylindrischen Kopfteil, einem sich anschließenden konischen Übergang, der 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. es verjüngt sich stufenförmig vom offenen zum geschlossenen Ende.

Um dem bislang stets als notwendig erachteten Erfordernis einer über die Lochstücklänge gleichmäßigen Wanddicke zu genügen, ist somit eine Matrize mit dementsprechend gestuftem Innendurchmesser erforderlich. Eine derartige Matrize ist verständlicherweise teurer als eine zylindrische Matrize; 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 sitzt 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.

Die FR-PS 4 91 251 beschreibt zwar eine im wesentlichen zylindrische Matrize für einen zylindrischen Knüppel, der mit Hilfe eines Lochdorns, ähnlich wie nach der DE-PS 12 98 494, gelocht wird. Da aber der zylindrische Knüppel die Matrize fast vollständig ausfüllt, ergibt sich beim Lochen, daß das durch den Lochdorn verdrängte Material eine Zentrierbuchse verschiebt und nach rückwärts fließt Gegenüber dem Verfahren nach der DE-PS 12 98 494 tritt hier fast ausschließlich ein Rückwärtsfließen ein, so daß die Preßkräfte und der Werkzeugverschleiß noch größer sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Lochstückes für nahtlose Rohre so durchzuführen, daß sich auch lange Lochstücke ohne Verlaufen des Lochdornes herstellen lassen und bei geringen Werkzeugkosten kleine Preßkräfte und ein geringer Werkzeugverschleiß ausreichen. Gelöst wird diese Aufgäbe erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Lochdorns und einer Matrize zum Herstellen eines Lochstückes mit einer vom offenen Lochstückende von einem größeren Durchmesser konisch in einen kleineren Durchmesser übergehenden zylindrischen Innern aus einem im Querschnitt quadratischen Knüppel, wobei der Lochdorn einen vorderen zylindrischen Abschnitt mit ebenem Ende sowie daran anschließend einen oder mehrere Abschnitte mit einem konischen

Übergang zu einem zylindrischen Teil mit jeweils größerem Durchmesser und die Matrize einen zylindrischen Querschnitt aufweist, deren die Querschnittsfläche des Knüppels übersteigender Querschnittsflächenanteil gleich der Querschnittsfläche des Lochdorns ist

Mit dem bekannten Ehrhardtschen Verfahren stimmt die Erfindung darin überein, daß eint zylindrische Matrize und ein diese Matrize im wesentlichen ausfüllender Quadratknüppel Verwendung finden. Um auch bei lan- to gen Lochstücken ein Verlaufen des Lochdorns zu vermeiden, ist der Lochdorn in bekannter Weise mit einem vorderen zylindrischen Abschnitt mit ebenem Ende sowie daran anschließend einem oder mehreren Abschnitten mit einem konischen Übergang zu einem zylindrischen Teil mit jeweils größerem Durchmesser versehen. Der größere Außendurchmesser des Lochdornes ist auf den Matrizendurchmesser abgestellt und gewährleistet in dem entsprechenden Teil der Matrize ein lediglich ausfüllendes Lochen quer zur Preßrichtung, d. h. ohne einen Werkstofffluß in axialer Richtung. Auch im Bereich des konischen Übergangs und des Lochdornkopfes mit dem kleineren Durchmesser kommt es im Gegensatz zum Lochen eines Lochstückes 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 Länge 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 Die Preßkräfte und die Werkzeugkosten sind ebenfalls geringer, da die Werkzeuge für geringere Preßkräfte ausgelegt werden, einen geringeren Verschleiß aufweisen und einfacher gestaltet sind.

Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß sich das Lochstück mit hohen Verformungskräften beispielsweise auf einer Vorstoßbank mit verkürzter Baulänge oder in einer Ziehpresse vorstrecken läßt Diese Verformungskräfte können höher als üblich sein, ohne daß die Gefahr eines Abreißens des Lochstück- bzw. Rohrluppenbodens besteht, da das Vorstrecken mit einer gestuften Dornstange geschieht, die nur im Bereich des konischen Übergangs und des zylindrischen Lochkopfes an der Lochwandung anliegt. Da sich die Dornstange beim Vorstrecken vornehmlich mit ihrem konischen Übergang in dem Lochstück abstützt und demzufolge in diesem Bereich auch die Verformungskräfte überträgt, besteht nicht mehr die Gefahr eines Aufreißens am Lochstück bzw. Rohrluppenboden.

Da der Lochstückboden die Verformungskrjfte nicht zu übertragen braucht, kann die Bodendicke geringer sein, so daß sich auch geringere Schopfverluste ergeben. Da sich die Innenform des Lochstückes beim Vor- und Fertigstrecken hinsichtlich des zylindrischen Kopfstükkes und des konischen Überganges nicht verändert, eignet sich auch für das Fertigstrecken eine gestufte Dornstange mit allen ihren Vorteilen. Die geringeren Schopfverluste ergeben sich daraus, daß der Werkstoffgewinn aufgrund eines weniger dicken Lochstückbodens größer ist als der durch die Durchmesserverringerung im vorderen Teil der Dornstange und die damit verbundene größere Wanddicke in diesem Teil der Rohrluppe entstehende Werkstoff verlust Schließlich ergibt sich nicht nur beim Herstellen des Lochstückes eine Verringerung der Verformungskräfte, sondern auch beim Vor- und Fertigstrecken unter Verwendung einer gestuften Dornstange. Die Dornstange liegt nämlich mit ihrem hinter dem konischen Übergang befindlichen zylindrischen Hauptteil nicht am entsprechenden Hauptteil der Lochung im Lcchstück an, so daß sich hier ein Ringspalt ergibt Die Reibung zwischen der Dornstange und dem Lochstück wird dadurch erheblich verringert Die Folge davon ist eine Kraftersparnis bis zu 30%.

Der Schutz der Erfindung bezieht sich nur auf die Kombination der Merkmale des Patentanspruchs.

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

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines gestuften Lochstücks,

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

F i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung mit dem Lochdorn in seiner Endstellung und

F i g. 4 ein Lochstück beim Einlaufen in eine Vorstoßbank.

Das 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 F i g. 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 siirnseitig 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 Matrizenwandung.

Das fertige Lochstück läßt sich mit Hilfe einer dem Lochdorn ähnlichen gestuften Dornstange 19 am vorderen Ende eines Preßstempels 9 in einer Stoßbank vorstrecken. Selbstverständlich kann das Vorstrecken auch auf einer Ziehpresse erfolgen. In beiden Fällen erlaubt das Rohrstück die Anwendung hoher Verfoi mungskräfte, 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 ausgerüstet

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 ίο einer zylindrischen Matrize mit einem Innendurchmesser von 282 mm und verschiedenen gestuften Lochdornen mit einem Durchmesser D des Hauptteils von 165 mm und unterschiedlichen Kopfdurchmessern d von 110,130 und 160 mm gelocht Die Länge des zylind-Tischen Kopfteils L betrug jeweils 100 mm und die axiale Länge des Übergangs / lag jeweils bei 80 mm.

Mithilfe der vorerwähnten Lochdorne ließen sich 1000 mm 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.

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 ca. 2 m bis ca. 4 m hergestellt, die anschließend mit verringertem Kraftaufwand auf einer Stoßbank fertiggestreckt wurden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verwendung eines Lochdorns und einer Matrize zum Herstellen eines Lochstückes mit einer vom offenen Lochstückende von einem größeren Durchmesser konisch in einen kleineren Durchmesser übergehenden zylindrischen Inneren für nahtlose Rohre aus einem im Querschnitt quadratischen Knüppel, wobei der Lochdorn einen vorderen zylindrischen Abschnitt mit ebenem Ende sowie daran anschließend einen oder mehrere Abschnitte mit einem konischen Übergang zu einem zylindrischen Teil mit jeweils größerem Durchmesser aufweist und die Matrize einen zylindrischen Querschnitt aufweist, deren die Querschnittsfläche des Knüppels übersteigender Querschnittsflächenanteil gleich der Querschnittsfläche des Lochdorns ist