DE2739962B2

DE2739962B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Metallrohres

Info

Publication number: DE2739962B2
Application number: DE2739962A
Authority: DE
Inventors: Toshio Fukuoka Kikuma; Wataru Kitakyushu Fukuoka Midzutani; Koe Nakama Nakajima; Seiichi Kitakyushu Sasahira
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1977-09-06
Publication date: 1979-08-23
Also published as: GB1562847A; US4148426A; BR7706028A; FR2364074B1; CA1052989A; JPS6044050B2; IT1086465B; DE2739962A1; FR2364074A1; JPS5333966A; DE2739962C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohres nach dem Oberbegriff des Anspruchs t und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Im einzelnen ist dieses Verfahren auf die

T) Kaltformung von Streifen zu einem Rohr gerichtet, wobei die Längsstoßnaht nach der Technik der Unterpulveriichtbogenschweißung hergestellt ist

Bei der Herstellung von solchen Rohren mit großem Durchmesser und mit einer Unterpulverlichtbogenschweißnaht geht man nach dem UOE-Verfahren von einem Streifen oder einer Platte aus; der Streifen wird durch Abbiegung an beiden Längskanten mittels eines konvexen Oberwerkzeugs und eines konkaven Unterwerkzeugs in eine flache Hohlrinne geformt Dann wird der Mitteltei! des Streifens durch eine U-Formpresse in einen im wesentlichen U-Formmantel geformt; die U-Formpresse kann einen oder zwei Zylinder haben und besitzt zwei schwenkbare, schwingenförmige

Werkzeuge auf der linken und auf der rechten Seite. In dieser U-Formpresse erfolgt eine Abbiegung in einen U-Formmantel. Der U-Formmantel wird zwischen das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug einer Rundpresse eingeführt Der Abstand zwischen diesen s Werkzeugen wird allmählich verkürzt, wobei der Mantel auf den Innenflächen der Werkzeuge geformt wird Schließlich wird der Enddruck in Umfangsrichtung auf den Mantel aufgebracht, so daß der Mantel in einen O-Rundmantel geformt wird Dann werden Schweißnähte auf der Innenseite und auf der Außenseite hergestellt Schließlich wird das Rohr aufgeweitet

Bei diesem herkömmlichen Formverfahren treten die nachstehenden Schwierigkeiten auf:

1. Die Formung des U-Formmantels kann normalerweise mit vergleichsweise geringer Belastung erfolgen. Doch bei der Rundformung erhält man einen polygonalen Querschnitt des Mantels im Beginn der Formungsstufe. Bei der Formung eines Stahliohres mit großer Wandstärke und hoher Zugfestigkeit dessen Blechdicke größer als 35 mm ist, wird die Formung des polygonalen Querschnitts in einen runden Querschnitt mit handelsüblichen Rundpressen einer Leistungsfähigkeit von 50 000 bis 60 000 t schwierig. Es zeigt sich vor allem, daß der Bereich um die Verbindungsnaht kaum genau rundgeformt werden kann. Dieses läßt sich in den nachfolgenden Aufweitstufen kaum korrigieren.

2. Wenn bei der O-Formung der Druck normalerweise in Umfangsrichtung des Rohres aufgebracht wird, ist die notwendige Druckbelastung P zur Sicherstellung jo einer zufriedenstellenden Form etwa zwei- bis dreimal größer als die im Augenblick eines vollständigen Anliegens des Mantels an der Innenfläche des Werkzeuges, wie noch im einzelnen beschrieben wird Es gilt die folgende Gleichung: r>

P = I,ISir,2f/ (I)

mit a, als Zugfestigkeit des Mantels (kp/mm²),

t als Liechdicke des Mantels (mm), ^

I als Länge des Mantels (mm).

Da diese Belastung bei der O-Formung proportional zur Blechdicke und zur Rohrlänge sowie zur Zugfestigkeit des Halbzeugs ist, wird diese Belastung außerordentlich groß, wenn die Blechdickc und die Rohrlänge größer werden. Bei einem Stahlrohr mit hoher Zugfestigkeit und großer Wanddicke, dessen Zugfestigkeit 52 kp/mm² und dessen Wanddicke 40 mm sowie dessen Länge 18 m beträgt, erreicht die erforderliche Formbelastung etwa 86 000t, was eine außerordentlich w umfangreiche Rundpresse erfordert

Bei der Herstellung von langen Rohren mit großer Wandstärke erfolgt nach dem Abkanten und Vorformen in Formpressen mit vergleichsweise kleiner Leistungsfähigkeit die Rundformung in Werkzeugen Vergleichsweise kurzer Länge. Doch dann ist die Form nicht immer stabilisiert Zur Verhinderung von Druckmarken der Werkzeuge, die bei der Formung auftreten können, ist eine sehr große Zeitdauer und Anzahl von Formungsstufen erforderlich, so daß die Herstellung oo außerordentlich schwierig und unwirtschaftlich wird

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines U-0-Formverfahrens zur Formung von langen Stahlrohren hoher Zugfestigkeit und großer Wandstarke, ohne daß für die Rjndformung eine übermäßig große t,s Formkraft erforderlich ist Die Belastung der Formpresse soll kleiner sein, und trotzdem soll das Rohr eine gute Rundheit haben. Vor allem im Bereich der Stoßkante soll die Rohrform rund sein. Insgesamt erstrebt die Erfindung eine Verbesserung der Produktivität durch Vermeidung von Richtarbeiten bei der Aufweitung sowie eine Vergrößerung des Herstellungsbereichs.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Nach diesem Verfahren erhält man ein Stahlrohr mit guter Rundheit

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugsnahme auf die Zeichnungen erläutert in denen darstellen:

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Arbeitsschritte bei der Herstellung eines Rohres ausgehend von einer Platte oder einem Streifen,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Kantenabbiegepresse,

Fig.3 eine schematische Darstellung der U-Formpresse,

Fig.4 in Fig.4a eine Ansicht des Werkzeugteils einer Rundpresse und in F i g. 4b eiv«cn Schnitt nach der linie IV-IV in F ig. 4a,

F i g. 5 eine Darstellung der Umform vorgänge bei der Rundformung,

Fig.6 ein Schaltbild der Beziehung zwischen der Druckspannung in Umfangsrichtung und der Formbelastung bei der Rundformung,

Fig.7 einen Querschnitt des O-Formmantels nach der herkömmlichen Technik,

F i g. 8 eine Ausführungsform einer Rundpresse nach der Erfindung, in Fig.8a in Ansicht und in Fig.8b in einem Schnitt nach der Linie VIII-VIIl der F i g. 8a,

F i g. 9 eine Erläuterung des Formverfahrens mit der Rundpresse nach F i g. 8,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht des Teils der Obergangsformung,

F i g. 11 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung in F i g. 11 a in der Ansicht des Werkzeugteils der Rundpresse und in Fi g. 11b einen Schnitt nach der LinieXI-XIder Fig. lla,

Fig. 12 eine Erläuterung des Formverfahrens in der Rundpresse nach F i g. 11,

Fig. 13 eine weitere Ausführungsform einer Rundpresse in der Ansicht, die eine Vor-Rundpresse und eine Fertig-Rundpresse umfaßt

F i g. 14 in der Ansicht eine weitere Ausführungsform einer Rundpresse nach der Erfindung mit Werkzeugen für eine Vor-Rundpresse, eine Zwischen-Rundpresse und eine Fertig-Rundpresse und

Fig. 15 eine Erläuterung der Formung innerhalb der Rundpresse nach F i g. 14.

Bei der Herstellung von zylindrischen Metallrohr«™ nach der Erfindung wird ein Streifen oder eine Platte als HalL/eug benutzt Der Streifen wird in mehreren Formungsstufen in das zylindrische Rohr geformt, wobei mehrere Werkzeuge und mehrere Pressen eingesetzt werden. Normalerweise erfolgt die Formung des Streifens in einen U-Formmantel durch eine Reihe von Formungsstufen. Sodann erfolgt eine Formung in das zylindrische Rohr nach einem Mehrstufen-Formverfahren durch O-Formwerkzeuge einschließlich Vorformwerkzeuge und Obergangsformwerkreüge nach der Erfindung oder durch ein mehrstufiges Formverfahren mit einem Fertigwerkzeug allein, das auch Obergangsformflächen umfaßt

Eine Zusammenfassung des Verfahrensgangs ist in Fig. 1 dargestellt Der Streifen \A wird an den Längskanten abgebogen, um eine Abnutzung der Werkzeuge zu verhindern und dem fertigen Ruhr eine

gute Rundheit zu verleihen. Da« Abbiegen der Längskanten erfolgt in einer Kantenabbiegepresse 11, wodurch die abgebogene Platte \B als flache Rinne gemäß F i g. 2 erhalten wird. Die Kantenabbiegepresse 11 besitzt ein Oberwerkzeug 12 mit konvex gekrümmter Oberfläche und ein Unterwerkzeug 13 mit konkav gekrümmter Oberfläche. Beide Kantenbereiche 2 der Platte \B werden durch das Oberwerkzeug 12 und das Unterwerkzeug 13 gedruckt und dabei abgebogen.

Die abgebogene Platte XB wird durch die U-Formpresse 15 nach Fig.3 in einen U-Formmantel geformt. Innerhalb der U-Formpresse 15 wird die abgebogene Platte 1B an der linken und an der rechten Seite durch ein schwingenartiges Werkzeug abgestützt, das um einen Zapfen 17 verschwenkbar ist. Der Mittelteil der r, Platte wird durch einen Stempel 18 mit einem Formkopf 19 nach unten gedrückt und zu einem U-Mantel IC gebogen. L)er Ü-Formmantei iC wird in der noch zu beschreibenden Weise in den O-Formmantel umgeformt. Dann wird der O-Formmantel \D durch eine [nnenschweiQnaht /Wund eine AuBenschweiBnaht OW an der Stoßkante zusammengefügt. Schließlich wird das Rohr aufgeweitet.

Die O-Formung wird nunmehr im einzelnen beschrieben. Nach einem herkömmlichen Verfahren gemäß r, Fig.4 besitzt die Rundpresse 21 mehrere hydraulische Zylinder, die über eine Öldruckeir.neu 72 und jeweils mittels eines Kolbens 24 eines Öldruckzylinders 23 eine Aufspannplatte 25 betätigen. Die Aufspannplatte 25 trägt ein Oberwerkzeug 26 mit halbzylindrischer Formfläche. Ein ebenfalls eine halbzylindrische Formfläche aufweisendes Formwerkzeug 27 ist gegenüber dem Oberwerkzeug 26 angeordnet.

Der U-Formmantel wird in den Fomnhohlraum zwischen dem Oberwerkzeug 26 und dem Unterwerk- r, zeug 27 mit beiden Kanten nach oben gerichtet eingelegt. Das Oberwerkzeug 26 wird mil mäßigem Druck nach unten geschoben. Der Mantel wird über die gesamte Rohrlänge gleichförmig mit dem Formdruck beaufschlagt und in den O-Formmante! geformt F i g. 5 zeigt die verschiedenen Schritte der Formänderung des Mantels bei dieser Formung durch die Formstufen A, B und C In der Formstufe A ist der U-Formmantel gerade zwischen die Werkzeuge 26 und 27 eingelegt und geringfügig zusammengedrückt In der Fonnstufe B liegt der untere Halbteil des Formmantels dicht über die halbe Umfangsfläche des Bodenwerkzeuges 27 an. In der Formstufe C schließlich ist der Mantel in dichter Anlage an der gesamten Umfangsfläche des Oberwerkzeugs 26 und des Unterwerkzeugs 27, womit die Formung des O-Formmantels beeendet ist Für diese Rundformung gibt F i g. 6 die Beziehung zwischen der Druckspannung, die in dem Formmantel wirkt und der Belastung der Rundpresse an. Die Bezugszeichen A, B und C entsprechen jeweils den Formstufen der F i g. 5. Aus diesen Schaubild erkennt man deutlich die große Formbelastung, die für eine dichte Anlage des rundgeformten Mantels an den Werkzeugen für die Fertigstellung des O-Formmantels notwendig ist Dies bedeutet für das herkömmliche Verfahren die Notwendigkeit einer außerordentlich großen Rundpresse.

Bei der Formung eines dicken Streifens zu einem Rohr nach dem herkömmlichen Verfahren liegt der Streifen in der Nähe der Stoßnaht 3A des O-Formmantels 3 nicht in genügendem Ausmaß an der Innenfläche des Werkzeugs an, weil die Leistungsfähigkeit der Rundpresse erschöpft ist Infolgedessen bildet sich eine Form ähnlich einer geraden Linie aus, so daß der O-Formniantel 3 nicht vollständig rund wird. Auch wenn er beim Aufweiten gerichtet wird, kann man kaum ein fertiges Rohr mit genauer Formtreue erhalten.

Im Rahmen der Erfindung wird zwar die gleiche Grundarbeitsweise wie nach dem Stand der Technik angewandt, doch sind vier unterschiedliche O-Formverfahren, die sich untereinander geringfügig unterscheiden, nämlich das Einwerkzeugverfahren, das Doppelwerkzeugverfahren, das Doppelpressenverfahren und das Teilwerkzeugpreßverfahren vorgeschlagen. Diese Verfahrensweisen werden nunmehr nacheinander beschrieben. Fig.8 zeigt die Rundpresse des Einwerkzeugverfahrens. Die Rundpresse 31 ähnelt der herkömmlichen Rundpresse 21 nach Fig.4 und umfaßt eine öldnickeinheit 32, einen Öldruckzylinder 33, einen Kolben 34, eine Aufspannplatte 35 und ein Werkzeug 36. Im Vergleich zu der Rundpresse 21 nach F i g. 4 ist die Länge des Werkzeugs 36 kurz. Das Werkzeug 36 umfaßt eine Übergangsformfläche 39, in der die Scheitelhöhe der Formfläche des Oberwerkzeugs 37 gegen das rückwärtige Rohrende etwas angehoben ist gegenüber der Eintrittsseite des Werkzeugs 36. Der Querschnitt im Bereich der Übergangsformfläche 39 ist ovalfönnig. Eine Feriigformflächc mit kreisförmigem Querschnitt schließt sich gegen die Stirnseite hin an. Schließlich ist eine Wiederformfläche 41 mit gleichem Quef .fiinitt wie die Fertigformfläche 40 vorgesehen.

Im einzelnen beträgt die Länge Ib der Übergangsformfläche 39 etwa das Einfache bis Dreifache des Durchmessers des fertigen Rohres. Die Neigung der Innenfläche des Oberwerkzeug!» 37 gegen die Stirnfläche 5 wird ausgehend von einem Schnittpunkt Oi einer Mittellinie c senkrecht zum Querschnitt des Werkzeugs 36 und einer Umfangslinie / des Querschnitts des Oberwerkzeugs 37 gegen einen Schnittpunkt Ch einer Mittellinie m horizontal zum Querschnitt des Werkzeugs 36 längs einer Umfangslinie /und der Umfangslinie h kleiner. Die Neigung der Scheitellinie ausgehend vom Schnittpunkt Oi beträgt etwa '/s bis >h. Auch die Umfangslinie /1 des Unterwerkzeugs 38 ist halbkreisförmig und demzufolge ist der Gesamtquerschnitt des Werkzeugs 36 ovalförmig.

Die Fertigformfläche 40 des Werkzeugs 36 hat kreisförmigen Querschnitt Ein Ende der Übergangsformfläche 39 ist mit glattem Übergang an das benachbarte Ende der Fertigformfläche 40 angeschlossen. Die Länge /_rder Fertigformfläche beträgt etwa '/2 bis '/« der Rohrlänge. Auch die Länge U der Wiederformfläche 41 beträgt etwa 03 bis 1.0 des Durchmessers des fertigen Rohres.

Außerdem ist auf der Eintrittsseite der Rundpresse 31 ein Rollgang 42 zum absatzweisen Vorrücken des U-Formmantels IC und auf der Austrittsseite der Rundpresse 31 ein Rollgang 43 zum Transport des O-Formmantels \D vorhanden.

Die Formung des U-Formmantels IC in den O-Formmantel verläuft in der beschriebenen Rundpresse folgendermaßen. Fig.9 zeigt schematisch das Formrhren. Der U-Formmantel wird derart in die Rundpresse 31 eingesetzt, daß sich das Stirnende des Fonranantels in der Nähe des Stirnendes des Werkzeugs 36 befindet. Durch Zusammendrücken des Werkzeugs 36 wird der U-Formmantel zusammengedrückt and in O-Form gebogen. Dabei wird der Mantel 4c im Bereich der Fertigformfläche40 des Werkzeugs 36 in Zyfinderform gebogen, der Abschnitt 4« im Bereich der Übergangsformfläche 39 wird in einen Ovalquerschnitt geformt, da das Oberwerkzeug 37 die beschrie-

bene Form hat Wenn die Formung dieses Rohrabschnitts beendet ist, wird der U-Formmantel AA, der auf einer Länge entsprechend der Länge der Fertigformfläche 40 des Werkzeugs 36 in eine Zylinderform geformt ist durch den Rollgang 42 vorgeschoben. Dabei wird der Rohrabschnitt mit geneigter Wandung des Mantels AA ii. viie Nahe des Stirnendes des Werkzeugs 36 gebracht. Nunmehr wird der Mittelteil des Mantels AA in eine Zylinderform geformt Die geformten Mantelabschnitte 4/1 und AB werden nacheinander erhalten, indem die Rundformung des Mantels und der Vorschub in der beschriebenen Weise durchgeführt werden. Schließlich kann man das vollständige Zylinderrohr 4C ausformen. Nach dieser Ausführungsform beträgt die Länge I₁- des Fertigformabschnitts 40 des Werkzeugs 36 ¹Aj der Länge /des Rohres. Demzufolge wird das Rohr in drei Formungsstufen in Zylinderform gebracht.

Die Wiederformfiache 4i mit der Länge Id ist in der beschriebenen Weise am Stirnende der Fertigformfläche 40 angeordnet Das Stirnende P des durch die Übergangsformfläche geformten Abschnitts befindet sich nach Abschluß der ersten Formungsstufe in der in F i g. 9 dargestellten Lage. In der zweiten Formungsstufe wird dieses Stirnende P auf das linke Ende der Wiederformfläche 41 ausgerichtet Eine ähnliche Arbeitsweise wird im Hinblick auf das Stirnende Q des Übergangsformabschnitts der nächsten Formungsstufe durchgeführt Der Abschnitt entsprechend dem Kopfteil jeder Stufe des Mantels wird zusammengedrückt und QOer die Länge h zweimal geformt. Infolgedessen ändert sich die Naht des O-Formmantels in Längsrichtung desselben nicht und wird gleichförmig. Dies ist zur Durchführung einer gleichmäßigen Schweißung notwendig.

Fig. 10 zeigt die Fläche 6 des geformten Mantels einschließlich der Fläche 6/4, die durch die Übergangsformfläche geformt wird, deren Querschnitt sich ausgehend von einem U-Querschnitt gegen die Stirnseite des Mantels hin der Kreisform annähert Der Spalt g zwischen den einander gegenüberstehenden Kanten 7 wird gegen die Stirnseite hin allmählich enger. Die Übergangsformfläche 6/4 wird unter Biegen durch die Fertigformfläche 40 nochmals geformt Dadurch wird eine Verbiegung der Kanten 7 bis auf einen vernachläsnahezu in die O-Rundform, nämlich in einem Grade, daß ein kleiner Spalt zwischen den einander gegenüberstehenden Längskanten verbleibt. Das Oberwerkzeug 56 und das Unterwerkzeug 57 des Vorformwerkzeugs 55

'> haben jeweils Halbkreisquerschnitt mit gleichem Radius, jedoch ist das Oberwerkzeug 56 um einen Abstand δ gegenüber der Mittellinie r des O-Formwerkzeugs 58 nach oben versetzt Der Abstand δ beträgt zum Beispiel 10 mm. Da das Oberwerkzeug 56 um den Abstand 6

in nach oben versetzt ist, kann der Spalt zwischen den

Längskanten des O-Vorformmantels etwa 20 mm

betragen, wenn der Durchmesser des fertigen Rohres 1000 mm und die Wandstärke 30 mm betragen.

Das O-Formwerkzeug 58 umfaßt die Übergangs-

> formfläche 59, eine Fertigformfläche 60 und eine

Wiederformfläche 61. Diese Formflächen haben eine

ähnliche Gestalt wie in dem Einwerkzeugverfahren nach F i g. 8.

Die Länge jeder Formfläche bei der Mehrstufenfor-

_'o mung mit dem Doppelwerkzeug ist:

/„ = (0.1 - 0.2) I)
I₁₁ = «U - 1,0)0.

jeweils bezogen auf die Länge / des Rohres, η ist eine positive ganze Zahl und gibt die Anzahl der Formungsstufen der O-Fertigformung an. D ist der Außendurchmesser des fertiggeformten Rundrohres.

Das Formungsverfahren nach dieser Ausführungsform wird gemäß Fig. 12 so durchgeführt daß das Stirnende des U-Formmantels ICmit dem rechten Ende des O-Formwerkzeugs in Übereinstimmung gebracht wird, so daß dann die erste Formungsstufe durchgefüh-t wird. Das Rohr 8/4 wird rückwärtig in eine O-Vorform und am Stirnende in die O-Fertigform gebracht. Die Übergangsformfläche 86 wird zwischen der O-Formfläche 8a und der O-Fertigformfläche 8causgebildet In der zweiten Formungsstufe wird das Rohr um die Länge Ic

zylindrisches Rohr mit sehr gutem Formverhalten herstellen. Da jedoch mit diesem Einwerkzeugverfahren die Mehrstufenformung des U-Mantels nur in einem Werkzeug durchgeführt wird, wird die durch die Biegeformung im Kantenbereich an der Übergangsstoß le P zu der Fertigformfläche erzeugte Formungsspannung größer, wenn nicht die Länge der Übergangsformfläche verlängert wird Wenn nicht eine entsprechende Druckspannung in Umfangsrichtung des Rohres zur Anwendung kommt, besteht die Möglichkeit daß ein geringer eingedrückter Abschnitt innerhalb des Bereiches /»der Ubergangsformfläche 6A verbleibt und auch in der Fertigfonnfläche 6Ä

Als nächstes wird das Zweiwerkzeugverfahren beschrieben. F i g. 11 zeigt den Hauptteil der Rundpresse 51 für dieses Verfahren mit der hydraulischen Druckeinheit 52 und dem Hydraulikzylinder 53, die gleidiartig wie bei der Rundpresse 31 nach Fig.8 aufgebaut sind, so daß deren Einzelbeschreibung ausgelassen wird.

Das Werkzeug 54 besteht aus dem O-Vorformwerkzeug 55 und dem O-Formwerkzeug 58. Das O-Vorformwerkzeug 55 dient zur Vorformung des U-Formmantels

Vuigciü'jkL Die Füimüiig cifüigi cuisprcwucüd uci ersten Formungsstufe. Man erhält einen Mantel 8ß mit einer O-Vorformfläche 8a und einer Übergangsformfläche 86. Entsprechend erfolgt in der nächsten Stufe die Fertigformung des Mantels 8c in eine vollständige O-Form.

fm Rahmen dieses Formverfahrens muß entsprechend der Kurve der F i g. 6 innerhalb derFertigformfläche 60 des O-Formwerkzeugs 58 die größere Formbelastung auf den Mantelabschnitt 8/4, BB und SC wirksam sein. Die Formbelastung wird nunmehr genau angegeben, wobei eine maximale Formbelastung durch die Werkzeuge gemäß der folgenden Gleichung (4) als Summe eines Wertes der Gleichung (2) für die Vorformfläche 8a und eines Wertes der Gleichung (3) für die O-Formfläche 8cdargesteIIt wird

P₁ = l,\5-a_r-2fl_A-<x (2)

(* = ¹U - ^lh)

P_c = 1,15-σ,-2i-(Jt +/„) (3)

P = 1,15 · τ,. · Ix ■ (l_A ■ * + /,· + Ip). (4)

Hier ist die Belastung innerhalb der Übergangsformfläche %b klein und infolgedessen vernachlässigt.

Das Doppelpressenverfahren ist durch die Ausführungsform nach Fig. 13 erläutert Eine Rundpresse 71 umfaßt eine O-Vorformpresse 72 und eine O-Formpres- ο se 75. Das Oberwerkzeug 73 und das Unterwerkzeug 74 der O-Vorformfresse 72 haben jeweils Halbkreisquerschnitt Die Länge der Werkzeuge ist größer als die Länge des Mantels.

Die O-Vorformpresse 72 hat im wesentlichen gleichen Aufbau wie eine herkömmliche O-Formpresse 21 nach Fig.4. Die O-Formpresse 75 entspricht der O-Formpresse nach F i g. 8; deren Werkzeug 76 umfaßt eine Übergangsformfläche 77, eine Fertigformfläche 78 und eine Wiederformfläche 79. Die Länge k der r> Übergangsformfläche 77 ist kleiner als etwa ²h des Rohrdurchmessers A die Länge leder Fertigformfläche 78 ist kleiner als etwa '/2 der Rohrlänge /. Die Länge Io der Wiederformfläche 79 beträgt etwa 0,2 bis 1,0 des Rohrdurchmessers D.

Die Rundformung mit dieser Rundformpresse wird nunmehr erläutert Dabei wird der U-Formmantel zunächst über die gesamte Länge durch die O-Vorformpresse 72 vorgeformt Dabei wird das Oberwerkzeug 73 so weit niedergedrückt daß der Spalt zwischen dem 2> Oberwerkzeug 73 und dem Bodenwerkzeug 74 die Größe δ erreicht Mit dieser Einstellung erhält man einen vorgeformten Mantel mit einem Spalt zwischen den Längskanten. Danach wird der vorgeformte Rundmantel in die fertige Rundform gebracht, wobei jo jeweils ein Längenabschnitt l_c am Stirnende durch die Fertigformfläche 78 der O-Formpresse 75 geformt wird. Diese Arbeitsstufe ähnelt der O-Formung gemäß F i g. 9 mit der Abwandlung, daß in die O-Formpresse 75 ein vorgeformter O-Mantel eingeführt wird. r>

Nach diesem Verfahren wird der Mantel zunächst in eine rohe Rundform über seine gesamte Länge geformt bevor er abschnittsweise in die fertige Rundform gebracht wird. Infolgedessen muß die O-Formpresse einen hohen spezifischen Druck ähnlich wie bei dem Doppelwerkzeugsystem haben; da jedoch die Formlänge für die O-Formung kurz ist, erhält man eine vollkommene Formung mit kleiner Leistung der Presse im Vergleich zu dem Doppelwerkzeugverfahren.

!m Rahmen des Formungsverfahrens nach F i g. 13 ist es möglich, eine Verbiegung der Kanten des O-Formmantels bei der Formstufe in die fertige Rundform auf einen vernachlässigbaren Wert herabzudrücken, indem die Querschnittsform auf der Eintrittsseite des Werkzeugs 76 allmählich in Längsrichtung geändert wird. Dadurch kann man ein Rohr mit vollkommener Rundheit erhalten.

Die Vorteile des mehrstufigen O-Formverfahrens nach dem Doppelpressenverfahren sind folgende: Die O-Vorformung erfolgt mit einer Belastung von etwa '/3 bis '/2 der theoretischen O-Formbelastung über die gesamte Rohrlänge gemäß Gleichung (1). Die O-Fertigformbelastung beträgt etwa >Λ gemäß Gleichung (1), da die jeweilige Formlänge kurz ist und etwa V3 beträgt Wenn also ein Vergleich mit dem herkömmlichen O-Formverfahren vorgenommen wird, kann die Formung eines O-Formmantels mit großer Wandstärke durch eine Presse mit vergleichsweise niedriger Leistungsfähigkeit durchgeführt werden.

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50 Zum Schluß wird das Teilwerkzeugpreßverfahren erläutert Nach Fig. 14 ist das Werkzeug 85 der O-Formpresse 81 in ein O-Vorformwerkzeug 86, ein O-Zwischenformwerkzeug 87 und ein O-Fertigformwerkzeug 88 unterteilt Die einzelnen Werkzeuge werden jeweils durch hydraulische Druckeinheiten 82, 83, 84 betätigt Jedes Teilwerkzeug 86,87, 88 hat eine gleiche Form und ist im wesentlichen gleich wie das Werkzeug 36 nach F i g. 8 ausgebildet; es umfaßt eine Übergangsformfläche 89, eine Fertigformfläche 90 und eine Wiederformfläche 91. Die Gesamtlänge des Werkzeugs 85 ist kürzer als die Länge des herzustellenden Rohres. Die Anzahl der Teilwerkzeuge beträgt 2 bis 4 Stück.

Fig. 15 erläutert das Verfahren der Formung des U-Formmantels in den O-Formmantel mit der Rundpresse. Nach der Zeichnung wird der U-Formmantel in das Werkzeug 85 eingeführt, so daß das Stirnende des Rohres mit dem rechten Ende des Werkzeugs 85 übereinstimmt Das Rohr wird durch das Werkzeug 85 gepreßt und in den O-Formmantel 9A geformt Dabei wird der Spalt zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug in jedem Teilwerkzeug 86,87 und 88 fortschreitend kleiner gewählt damit eine O-Vorformung erfolgt

Ein Beispiel der Formbelastung für das mehrstufige Formverfahren nach einem der vier Arbeitsweisen der Erfindung wird im folgenden dargestellt nämlich nach dem Einwerkzeugverfahren, dem Doppelwerkzeugverfahren, dem Doppelpressenverfahren und dem Teilwerkzeugpreßverfahren.

Nach dem Doppelwerkzeugverfahren wird ein X-60-Stahlrohr mit einer Wanddicke von 30 mm, einem Außendurchmesser von 750 mm und einer Länge von 18 m hergestellt Dabei betragen die einzelnen Längen innerhalb des Werkzeugs A = IUm, B=O^m und C-6 m. Die Höhendifferenz δ zwischen den Scheitelkanten der oberen Halbflächen der Formlinge SA und 8Cnach F i g. 12 beträgt 40 mm. Die Formung erfolgt in drei Stufen (n-3). Die Formbelastung nach dem herkömmlichen Verfahren für diese Formbedingungen kann mit 55 8901 gemäß Gleichung (1) angesetzt werden unter der Annahme σ,=45 kp/mm².

Die Formbelastung der ersten Formstufe nach dem Rundformverfahren der Erfindung beträgt 31 0001 Dieser Wert liegt nahe dem errechneten Wert von 30 530 t der mit «= >/3 nach Gleichung (4) errechnet ist Die Belastung beträgt weniger als 44% des Wertes nach dem herkömmlichen Verfahren.

Im Rahmen eines Doppelpreßverfahrens zur Herstellung des gleichen Rohrmantels kann man eine vollkommene Form des fertigen Mantels mit einer Belastung der Q-Vorformpresse von 27 9001 und der O-Fertigformpresse von 18 6001 erhalten.

Die Wirkung des Mehrstufen-O-Formverfahrens nach der Erfindung ermöglicht eine Herabsetzung der Formbeiastung um etwa ²Ii bis ⁴/s gegenüber dem herkömmlichen Formverfahren unter Verwendung von einer oder zwei O-Formpressen.

Gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht die Erfindung die Herstellung von dickwandigen Stahlrohren guter Rundheit in einer O-Formpresse vergleichsweise geringer Kapazität Dadurch wird der Bereich der möglichen Rohrabmessungen stark erweitert

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patenunsprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Metallrohres, wonach ein Streifen durch Kaltbiegen in einen U-Formmantel und einen O-Formmantel gebogen und die Längsstoßnaht des O-Formmantels geschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Endformung des U-Formmantels in einen O-Formmantel in einem an eine Stirnfläche anschließenden Endabschnitt und gleichzeitig eine Übergangsformung in einem anschließenden Abschnitt erfolgt, so daß die Querschnittsform aus der U-Form allmählich in die O-Form an der genannten Stirnfläche übergeht und der Spalt zwischen einander gegenüberstehenden Längskanten allmählich schmaler wird, daß der Mantel um eine Strecke entsprechend dem fertiggeformten Endabschnitt vorgeschoben wird, daß die Endformung in O-Form und die Gbergsngsformung sowie der Vorschub abwechselnd durchgeführt werden und daß der U-Formmantel dadurch über die gesamte Rohrlänge in einen O-Querschnitt umgeformt wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Endformung des :in die genannte Stirnfläche anschließenden Endabschnitts und der Übergangsformung eine Vorformung des zur gegenüberliegenden Stirnfläche anschließenden Abschnitts des Mantels erfolgt, wodurch derselbe nahezu in eine O-Form geformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der U-Fotimnantel zunächst Ober die gesamte Länge in einen O-For imantel roh umgeformt wird und daß die Endformung in den O-Formmantel und die Übergangsformung abschnittsweise erfolgen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formung in d:n O-Formmantel innerhalb von 2 bis 4 Längsabschnätten des Mantels erfolgt, daß abschnittsweise eine Übergangsformung erfolgt, wobei die Querschnittsform gegen das Stirnende des Mantels sich immer mehr der O-Form annähert und wobei sich die Querschnittsform in Längenabschnitten von 0,1 his 0,2 des Rohrdurchmessers von der rückwärtigen Stirnseite des Mantels aus gegen die vordere Stirnseite hin ausgehend von der. U-Form der O-Form allmählich annähert und der Spalt zwischen einander gegenüberstehenden Längskanten immer enger wird, daß der Mantel in Längenabschnitfcun kürzer als die Länge des fertiggeformten O-Albschnitts an der Stirnseite vorgeschoben wird, daß die O-Fonnung und die Zwischenformung abwechselnd wiederholt werden und daß dadurch schließlich dier Mantel Ober die gesamte Länge von der U-Form in eine O-Form umgeformt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit eimer Kanteflabbiogepresse, einer U-Formpresse uiiid einer Rundpresse, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundpresse zur Formung des O-Formmantds innerhalb des Oberwerkzeugs und des Unterwetilczeugs eine Endformfläche einer Länge kleiner als die Hälfte der gesamten Länge des herzustellenden Rohres und eine Übergangsformfläche einer Län|{e zwischen dem 0,1- bis 3,0fachen des Rohrdurchmessers im Anschluß in Richtung auf das gegenüberlie-

gende Stirnende des Mantels umfaßt, daß die Endformfiäche des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs halbkreisförmig mit gleichem Radius wie das fertige Rohr ausgebildet ist, daß die Übergangsformfläche des Oberwerkzeugs halbovalförmig und die Übergangsformfläche des Unterwerkzeugs halbkreisförmig mit gleichem Radius wie das fertige Rohr ausgebildet ist, daß die durch das OLerwerkzeug und das Unterwerkzeug gebildete Gesamtoberfläche im Übergangsbereich einen allmählichen Übergang aus der U-Form in die O-Form gegen die genannte Stirnseite des Mantels aufweist, daß der Spalt zwischen einander gegenüberliegenden Längskanten allmählich kleiner wird, und daß eine Transportvorrichtung zum schrittweisen Vorschub des geformten Mantels um eine Länge entsprechend der Länge der Endformfläche auf der Eintrittsseite der Rundpresse vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine O-Vorformfläche ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug mit Halbkreisform und gleichem Krümmungsradius wie das fertige Rohr umfaßt und daß die Oberwerkzeugfläche in gleichmäßigem Anschluß an die Oberfläche der Übergangsformfläche an der oberen Längskante des Mantels angeordnet ist und sich gegen das gegenüberliegende Stirnende des Mantels hin erstreckt

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine O-Vorformpresse ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug mit Halbkreisform und gleichem Krümmungsradius wie das fertige Rohr umfaßt, daß diese Werkzeuge mit einer Länge entsprechend der Rohrlänge in den Vorstufen der Rundformung angeordnet sind und daß schließlich diese O-Vorformpresse den U-Formmantel roh weitgehend in die O-Form über die gesamte Rohrlänge formt

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nrehr als 2 Werkzeuge der Rundpresse, die eine Endformfiäche und eine Übergangsformfläche umfaßt, in Längsrichtung des Rohres nebeneinander angeordnet sind und daß die Werkzeuge unabhängig voneinander betätigbar sind, so daß der U-Mantel schrittweise aus der Vorform in die O-Endform geformt werden kann.