DE2621619A1

DE2621619A1 - Verfahren zur herstellung von wuelsten an metallrohren

Info

Publication number: DE2621619A1
Application number: DE19762621619
Authority: DE
Inventors: Zen Kumagai
Original assignee: KUMAGAI SEISAKUSHO TOYOHASHI K
Current assignee: KUMAGAI SEISAKUSHO TOYOHASHI K
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-14
Publication date: 1976-11-25
Also published as: GB1551060A; FR2310816A1; JPS51132165A; FR2310816B1; AU1390376A

Description

KABUSHIKI KAISHA KUMAGAI SEISAKUSHO Toyohashi, Japan

"Verfahren zur Herstellung von Wülsten an Metallrohren"

Priorität: 14. Mai 1975, Japan, Nr. 57668/75

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit welchem ein Wulst oder mehrere Wülste am Umfang eines Metallrohres oder an ähnlichen Gegenständen hergestellt werden können.

Bei der Herstellung eines rohrförmigen Behälters, bei der Ausbildung von gewellten Verbindungen, xtfie sie bei der Verlegung von Rohrleitungen für Gas, Wasser, Öl, usw. verwendet werden und bei der Ausbildung von Wärmeausdehnungsverbindungen, die bei Dampfrohrleitungen für chemische Zwecke verwendet werden, ist bisher im allgemeinen so verfahren worden, daß entweder ein Wulst oder mehrere Wülste auf den äußeren Umfangsflächen eines solchen zylindrischen Metallgegenstandes ausgebildet wurden, indem solche Wülste mit Hilfe von

609848/0312

ORIGINAL INSPECTED

Rollen, Walzen oder Scheiben hergestellt wurden. In diesem Falle werden die Wülste in der Weise erzeugt, daß dem zylindrischen Metallmaterial, welches zu bearbeiten ist, dadurch eine Deformation erteilt wurde, daß das Material gestreckt wurde, welches den zylindrischen Gegenstand bildete. Bei diesem Verfahren wird jedoch die Wandstärke desjenigen Teils, welcher den Wulst bildet, wesentlich verringert, was zur Folge hat, daß in unvermeidbarer Weise eine Abweichung in der Wandstärke von etwa 20 % in bezug auf die ursprüngliche Wandstärke auftritt, welche das zylindrische Metallmaterial vor dem Arbeitsgang hatte. Dadurch ist das ernsthafte Problem aufgetreten, daß der Wulstabschnitt bei seiner Verwendung über längere Zeit infolge einer thermischen oder mechanischen Dehnung oder Stauchung des zylindrischen Metallmaterials zur Ermüdung neigte, so daß sich dadurch infolge einer solchen Ermüdung leicht Risse gebildet haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Wülsten an rohrförmigen Metallgegenständen der oben näher erläuterten Art zu schaffen, bei welchem im Bereich der Wülste die ursprüngliche Wandstärke des Materials mit hoher Genauigkeit erhalten bleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß ein zur Druckübertragung dienendes Material

609848/0312

in einen zylindrischen Metallgegenstand eingefüllt wird, der bearbeitet werden soll, daß das zur Druckübertragung dienende Material in der axialen Richtung des zylindrischen Metallgegenstandes unter Druck gesetzt wird, um innerhalb des zylindrischen Metallgegenstandes einen konstanten Innendruck aufrechtzuerhalten, daß die Außenumfangsflache des zylindrischen Metallgegenstandes in einer bestimmten vorgegebenen Breite in seiner Umfangsrichtung erhitzt wird und daß der erhitzte Abschnitt des zylindrischen Metallgegenstandes ausgebeult wird, während kontinuierlich der Druck auf den zylindrischen Metallgegenstand in der axialen Richtung des Gegenstandes aufrechterhalten wird, indem der Innendruck konstant gehalten wird.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß ein Rohr mit Wulsten erreichbar ist, welches insgesamt eine außerordentlich gleichförmige Wandstärke aufweist. V/eiterhin bringt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil mit sich, daß gleichzeitig eine Mehrzahl von Wulsten hergestellt werden können.

609848/031 2

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen schematischen längsschnitt durch eine Einrichtung, welche eine bevorzugte Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, und

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung, welche ein zylindrisches rohrförmiges Material darstellt, auf dessen Außenumfangsfläche Wülste angeordnet sind, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden.

Das zylindrische metallische Material, welches dazu verwendet wird, darauf die Wülste auszubilden, indem das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, kann Eisen, Stahl, Aluminium, Messing oder Kupfer sein.

Die am besten geeignete Abmessung des zylindrischen metallischen Gegenstandes, an welchem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeübt wird, liegt im Bereich von 50 bis 1200 mm im Durchmesser, von 100 bis 5000 mm in der Länge und von 1,6 bis 12 mm in der Wandstärke, wenn auch rohrförmige Materialien von größerem Durchmesser und größerer Länge verarbeitet werden können, wenn die Notwendigkeit dazu besteht.

Für das individuelle Druckübertragungsmaterial eignet sich am besten ein Material mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, mit großer Härte, welches nicht haftet, in

609848/031 2

der Form von feinen Partikeln mit einer Korngröße von 60 bis 30 Maschen (die Korngrößenangabe entspricht dem "Japanese Industrial Standard JIS", wobei die Maschengröße durch die Anzahl der offenen Räume pro laufendem Zoll angegeben ist)· Das Material mit solchen Eigenschaften wird entweder für sich oder in Kombination mit einem anderen Material oder mit anderen Materialien verwendet, was von der Wandstärke, dem Durchmesser, der Länge und der Größe sowie von der Anzahl der herzustellenden Wülste abhängt· Beispielsweise werden bei der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes Seesand und Stahlkugeln mit kleinem Durchmesser in einer Kombination verwendet. Die übrigen Arten solcher geeigneter Materialien, die als Druckübertragungsmittel dienen, sind Sand, Glaspartikeln, kleine Stahlkugeln, niedrigschmelzende Metalle wie Blei, Zinn, Zink, usw., wobei diese Materialien jeweils einzeln oder in Kombination mit anderen Materialien verwendet werden können.

Als Heizeinrichtung kann eine Hochfrequenz-Heizeinrichtung verwendet werden, oder es kann eine Gasheizeinrichtung verwendet werden usw.. Solche Heizeinrichtungen können in spezieller Form gestaltet sein, welche dem Zweck angepaßt ist, die Umfangsfläche eines zylindrischen Metallmaterials gleichförmig aufzuheizen. Insbesondere ist im Falle der Verwendung einer Gasheizeinrichtung ein Brenner vorgesehen, der ringförmig ausgebildet ist. Es ist natürlich möglich, den zylindrischen Metallgegenstand während der Bearbeitung rotieren zu lassen.

609848/0312

In der Fig. Λ ist eine hydraulische Presse dargestellt, welche bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Diese Presse weist einen oberen Maschinenrahmen 1. auf, von welchem zwei für eine hin- und hergehende Bewegung ausgebildete hydraulische Zylinder 2,2 nach unten stehen. Ein Stempel 3 der hydraulischen Zylinder 2,2 ist gleitbar an einem Paar von Führungen 5»5 angebracht, die fest zwischen dem oberen Maschinenrahmen 1 und einer Grundplatte 4· angeordnet sind. In der Mitte des Stempels 3 ist eine Öffnung 6 ausgebildet, durch welche ein Bauteil 9 mit einem großen Durchmesser hindurchragt, welches am Ende einer Kolbenstange angebracht ist, die in einem Hydraulikzylinder 8 hin- und herbewegbar ist, der auf dem Stempel 3 befestigt ist, und zwar mit Hilfe einer Klammer 7» Das Bauteil 9 ist somit gegenüber der öffnung 6 bewegbar. Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein ringförmiger Gasbrenner bezeichnet, welcher dazu dient, das zylindrische Metallmaterial wie ein Rohr aufzuheizen. Der Gasbrenner ist mit einer Mehrzahl von Gasaustrittsdüsen 11 ausgestattet, welche in der Innenumfangsfläche des Brenners angeordnet sind, und er wird auf der Grundplatte 4· durch entsprechende Stützbeine 12 gehalten. Wenn eine Mehrzahl von Wülsten um das zylindrische Metallmaterial ausgebildet werden sollen, so werden eine entsprechende Anzahl von Gasbrennern in einer Mehrzahl von vertikalen Höhen in der unteren und der oberen Richtung angebracht. Der Durchmesser dieses ringförmigen Gasbrenners 10 hängt von einem Durchmesser des zylindrischen Metallraaterials ab, welches bearbeitet werden

609848/0312

soll. Dem Gasbrenner, welcher auf der jeweiligen vertikalen Stufe angeordnet ist, wird aus einem Behälter 14 über ein entsprechendes Zuführungsrohr 13 ein als Brennstoff dienendes Gas zugeführt.

Um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in der Praxis besonders einfach ausführen zu können, indem die obengenannte Presse verwendet wird, werden nachfolgend die einzelnen Arbeitsgänge anhand.eines Stahlrohres mit einem speziellen Durchmesser und einer entsprechenden Wandstärke als Beispiel beschrieben.

Als zylindrisches Metallmaterial, welches zu bearbeiten ist, wird ein Stahlrohr mit einem Durchmesser von 125 mm, mit einer länge von 200 mm und mit einer Wandstärke von 4,5 mm verwendet. Als Druckübertragungsmittel wird Seesand verwendet, dessen Korngröße im Bereich von 60 bis 30 Maschen liegt, und es werden weiterhin zu diesem Zweck Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 5 mm verwendet.

Folgende Arbeitsgänge werden durchgeführt:

1) Die oben erwähnten Stahlkugeln 17 werden in einen rohrförmitgen Aufnahmebehälter 18 gefüllt, der aus Papier besteht und dessen Boden geschlossen ist. Die Abmessung der Papierröhre 18 beträgt 62,5 mm im Durchmesser und 200 mm in der Länge. Nachdem die Stahlkugeln in diese Papierröhre oder diesen Zylinder 18 eingefüllt sind, wird er konzentrisch

609848/0312«

in das zu bearbeitende Rohr eingebracht. Das Stahlrohr 15 wird an seinem unteren Ende mit einer Bodenplatte 19 verschlossen. Darauf wird der Seesand 16 zwischen den Außenumfang des Papierzylinders 18 und den Innenumfang der Stahlröhre 15 eingebracht.

2) Das zylindrische Metallmaterial 15 wird auf die Grundplatte 4· der obengenannten hydraulischen Presse aufgesetzt, so daß sein offenes Ende nach oben gerichtet ist. Das offene Ende dieses zylindrischen Metallmaterials wird durch den Stempel 3 abgedeckt, indem der hin- und herbewegbare Zylinder 2,2 in der Weise betätigt wird, daß die Stahlröhre 15 in aufrechter Stellung gehalten wird.

3) Dann wird der hin- und herbewegbare Zylinder 8, welcher auf dem Stempel 3 befestigt ist, und zwar mittels der Klammer 7, in der Weise betätigt, daß das Bauteil mit dem großen Durchmesser, welches mit 9 bezeichnet ist und am äußeren Ende der Kolbenstange angeordnet ist, sich nach unten durch die Öffnung 6 bewegt, welche im mittleren Teil des Stempels 3 angeordnet ist, so daß dieses Bauteil in die 'Stahlkugeln eindringt, mit welchen der Papierzylinder 18 gefüllt ist. Danach empfängt der Seesand 16, welcher den Papierzylinder umgibt, eine entsprechende Druckkraft, welche durch die Stahlkugeln 17 übertragen wird, wodurch der innere Druck in der Stahlröhre auf etwa 15 Tonnen gehalten wird.

609848/0312

4) Die äußere ümfangsflache des zylindrischen Metallmaterials wird durch den ringförmigen Gasbrenner oder die.ringförmigen Gasbrenner 10,10 in zwei Abschnitten über drei Minuten auf eine Temperatur von 750 bis 800⁰G auf eine Breite von etwa 50 mm für jeden Abschnitt aufgeheizt,

5) Danach wird der Stempel 3 weiter nach unten gedrückt, um dem zylindrischen Metallmaterial über 10 Sekunden einen Druck von etwa 50 Tonnen zu erteilen. Zu dieser Zeit folgt der hin- und herbewegbare Zylinder 8 der Kontraktion des zylindrischen Metallmaterials 15» und der Innendruck in der Stahlröhre wird auf einem Wert von 15 Tonnen gehalten·

Bei diesem Vorgang beult sich das zylindrische Metallmaterial 15 in seinem aufgeheizten Abschnitt aufgrund des Innendruckes aus, und gleichzeitig zieht sich dieses Material in axialer Richtung zusammen, wodurch das Metallmaterial in seinem aufgeheizten Abschnitt, der in einem quasi plastischen und fließfähigen Zustand ist, dem Wulst 20 in seiner Ausbeulrichtung folgt, wobei die Wandstärke über das gesamte rohrförmige Metallmaterial im wesentlichen gleichförmig gehalten wird.

6) Nachdem das zylindrische Metallmaterial den obengenannten Bearbeitungsgängen unterzogen wurde, wird das Bauteil 9 mit dem großen Durchmesser am äußeren Ende der Kolbenstange zusammen mit dem Stempel 3 allmählich nach oben

609848/0312

geführt oder zurückgezogen, wonach das rohrförmige Metallmaterial 15 nach entsprechender Bearbeitung aus der Presse herausgenommen wird, und es werden schließlich die Stahlkugeln 17 und der Seesand 16, welche jeweils als Druckübertragungsmittel gedient haben, aus dem zylindrischen Metallmaterial herausgenommen. Auf diese Weise läßt sich das rohrförmige Material mit den gewünschten umlaufenden Wülsten herstellen, wie es in der Fig. 2 veranschaulicht ist·

Das Stahlrohr, welches mit den Wulsten auf seinem umfang ausgestattet wurde, hatte eine Gesamtlänge von 160 mm, wobei die Höhe der Wülste 22 mm betrug und der Abstand zwischen den höchsten Erhebungen der Wülste 5° mm betrug. Die Abweichung der Wandstärke der Wülste wurde auf der Oberseite und auf der Unterseite des Wulstes gemessen, wobei sich die folgenden Werte ergaben:

Oberseite 4,23 mm (9* # der Wandstärke des

ursprünglichen Rohres)

Unterseite 4,5 mm (+ 0)

Wenn mit dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteten Rohr Zug- und Druck-Prüfungen durchgeführt wurden, indem bei einem Rohr mit entsprechenden Wülsten ein Druck bzw. ein Zug von 7 Tonnen aufgebracht wurde, sind bei etwa 150 000 solcher Prüfungen keine Risse im Bereich der Wülste aufgetreten.

609848/0312

Aus diesem Ergebnis läßt sich erkennen, daß ein Rohr, welches einen oder mehrere Wülste aufweist, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, eine im wesentlichen gleichförmige Wandstärke über die Wulstabschnitte aufweist, wobei die Wandstärke im wesentlichen der Wandstärke des ursprünglichen Rohres entspricht, so daß ein solches Rohr eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit aufweist, wenn es als Verbindungselement verwendet wird, welches sowohl mechanischen als auch thermischen Dehnungen und Stauchungen ausgesetzt ist. Wenn ein solches Rohr mit entsprechenden Wulsten verwendet

wird, ist es zweckmäßig, daß das AbstandsIntervall zwischen den Wulsten schmaler gestaltet wird, so daß Wülste von im wesentlichen derselben Form auf der gegenüberliegenden Seite ausgebildet werden können (d.h. auf der Innenumfangsflache), und zwar an dem rohrförmigen Material zwischen den außen ausgebildeten Wülsten. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von Wülsten in einem vorgegebenen Abschnitt in einem einzelnen Vorgang herzustellen, so daß auf diese Weise leicht ein Wellrohr erzeugt werden kann. Somit ist ein guter Wirkungsgrad bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleistet. Weiterhin ist keine Form erforderlich, die eine genaue Bearbeitung erfordert, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, so daß die Gesamtkonstruktion einer entsprechenden Vorrichtung außerordentlich einfach ist. Weiterhin kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß dann, wenn Wülste auf einem langgestreckten zylindrischen Metallmaterial hergestellt werden sollen, ein horizontaler Zylinder verwendet wird, wodurch

609848/0312

- 12 die Herstellung der Wülste vereinfacht wird.

Es dürfte aus der obigen Beschreibung deutlich geworden sein, daß es durch die Erfindung ermöglicht wird, die Wülste, welche eine im wesentlichen gleichförmige Wandstärke aufweisen, die derjenigen des rohrförmigen Materials selbst entspricht, unter Verwendung einer Presse einfacher Bauart hergestellt werden können, so daß die Produktivität bei der Herstellung solcher Rohre mit Wülsten außerordentlich hoch sein kann.

- Patentansprüche -

609848/0312

Claims

1 4. MA! 1976

262>fc19

- 13 Patentansprüche

[Λ.)Verfahren zur Herstellung von Wülsten, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Druckübertragung dienendes Material in einen zylindrischen Metallgegenstand eingefüllt wird, der bearbeitet werden soll, daß das zur Druckübertragung dienende Material in der axialen Richtung des zylindrischen Metallgegenstandes unter Druck gesetzt wird, um innerhalb des zylindrischen Metallgegenstandes einen konstanten Innendruck aufrechtzuerhalten, daß die Außenumfangsflache des zylindrischen Metallgegenstandes in einer bestimmten vorgegebenen Breite in seiner Umfangsrichtung erhitzt wird und daß der erhitzte Abschnitt des zylindrischen Metallgegenstandes ausgebeult wird, während kontinuierlich der Druck auf den zylindrischen Metallgegenstand in der axialen Richtung des Gegenstandes aufrechterhalten wird, indem der Innendruck konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material zur Druckübertragung iS'and verwendet wird·

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. als Material zur Druckübertragung pulverisierte Glaspartikeln verwendet werden.

609848/0312

4-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material zur Druckübertragung Stahlkugeln mit geringem Durchmesser verwendet werden.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material zur Druckübertragung ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt verwendet wird·

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Druckübertragung dienende Material eine Schicht aus Stahlkugeln und eine Schicht aus Sand aufweist, daß beide Schichten eine säulenförmige Form haben, bei welcher das erstgenannte Material in der Mitte der Säule und das letztgenannte Material im äußeren Bereich der Säule angeordnet sind, so daß die mittlere Schicht der Stahlkugeln im wesentlichen konzentrisch umgeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Wülsten gleichzeitig bei einem einzigen Schritt hergestellt werden, indem ein entsprechender Druck an das zu bearbeitende zylindrische Metallstück angelegt wird, während die Außenumfangs-Oberfläche des zylindrischen Metallgegenstandes in einer Mehrzahl von ringförmigen Heizzonen in einem vorgegebenen Abschnitt jeweils aufgeheizt wird.

609848/0312

8· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Metallgegenstand mittels
einer Hochfrequenzheizung aufgeheizt wird.

9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Metallgegenstand einen Durchmesser von 50 bis 1200 mm, eine Länge von 100 bis 5OOO mm
und eine Wandstärke von 1,6 bis 12 mm aufweist·

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zylindrischer Metallgegenstand Stahl verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zylindrischer Metallgegenstand ein Aluminiumrohr verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zylindrischer Metallgegenstand ein Messingrohr verwendet wird.

13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zylindrischer Metallgegenstand ein Kupferrohr verwendet wird.

609848/0312

Leerseite