DE2812392C2

DE2812392C2 -

Info

Publication number: DE2812392C2
Application number: DE2812392A
Authority: DE
Inventors: Tom D. Naylor; Ulf Kennwick Was. Us Matinlassi
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1977-03-21
Filing date: 1978-03-21
Publication date: 1991-10-02
Also published as: CA1075506A; JPS63121B2; FR2384559B1; US4090386A; DE2812392A1; FR2384559A1; JPS53137064A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Zirkon oder Legierungen auf Zirkonbasis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der oben genannten Art bekannt (US-PS 34 87 675), bei welcher ein feststehendes Walzgerüst und ein während der Bearbeitung hin und her bewegter Dorn vorgesehen sind. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist eine spezielle Textur erreichbar, die zu einer guten Eigenschaftskombination führt. Die Produktivität der bekannten Vorrichtung läßt aber zu wünschen übrig. Außerdem ergeben sich gewisse Synchronisationsprobleme. Auch sind die Abmessungen der erzeugten Rohre nicht gleichmäßig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem bei guter Produktivität und guter Abmessungsstabilität auch eine spezielle Textur erreichbar ist, welche die Herstellung von Rohren aus Zirkon oder Legierungen auf Zirkonbasis hoher Qualität ermöglicht.

Dies wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die so hergestellten Rohre haben auch eine mehr radial gerichtete Kornorientierung, eine feinere Kornstruktur, eine verbesserte Hydrid-Orientierung und höhere Verhältnisse von Festigkeit zu Verformbarkeit.

Es sind auch Kaltpilgerwalzvorrichtungen bekannt (DE-OS 24 49 862 und DE-OS 21 35 385), bei denen der Dorn nicht bewegt wird, so daß das zu bearbeitende Rohr schrittweise über den Dorn bewegt wird. Diese bekannten Vorrichtungen können keinen Hinweis auf die Erfindung geben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2: eine Seitenansicht der Rohrformwalzen nach Fig. 1,

Fig. 3: eine Draufsicht auf das Kaliber in einer der Rohrformwalzen nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4: einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein "McKay rocker"-Walzwerk 2 schematisch dargestellt mit einem feststehenden Fundament 4, einem bewegbaren Spannkopf 6, in welchem ein rohrförmiges Werkstück oder ein Hohlkörper 18 sichergeklemmt ist, und mit einem zylindrischen Dorn 17. Der Dorn ist in dem Werkstück angeordnet und besitzt einen gleichmäßigen äußeren Durchmesser, der nur wenig geringer ist als der Innendurchmesser des Werkstückes. Das linke Ende des Werkstückes ist in einer Formzone 33 während des Formvorganges dargestellt, der durch ein Paar Formwalzen 11 und 12 ausgeführt wird, die auf einem Walzgerüst 9 drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst 9 wird durch einen Kurbelarm 7 hin- und herbewegt, wobei die Bewegung so ist, daß die Formzone 33 in bezug auf das Werkstück axial bewegt wird.

Während des Formvorganges wird das Werkstück schrittweise in und durch die Formzone vorgeschoben, und zwar durch eine Schraubenanordnung mit einer Gewindespindel 22, die sich durch den Tragarm 26 für den Spannkopf erstreckt. Während jeder Schrittbewegung des Werkstückes und des Dornes wird das Werkstück um eine vorbestimmte Zahl von Graden um seine Achse gedreht, wobei die Drehung nicht durch 360 teilbar ist. Dieses Merkmal hat besondere Bedeutung, wie es im folgenden dargelegt werden soll.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, sind die Walzen 11 und 12 jeweils auf Wellen 13 und 14 angeordnet, und es besitzt jede Walze ein Kaliber (siehe Fig. 3), das einen Hauptteil 30, einen Nachbearbeitungsteil 31 und einen Ruhe- oder Stillstandteil 32 besitzt. Die Oberflächen der Teile 30 und 31 jedes Kalibers haben im wesentlichen einen halbkreisförmigen Querschnitt, dessen Achse konzentrisch zur Achse des Dornes und des Werkstückes verläuft, wenn die betreffenden Teile des Kalibers in der Formzone in Eingriff stehen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Es ist aber jedes Kaliber an seinen Kanten aufgeweitet, um einen Aussparungsbereich 15 zu bilden. Die Umfangskanten 35 der Walzen liegen entlang einer Linie zwischen der Achse der Walzen aneinander, welche die Achse des Werkstückes schneidet. Der Bogen des ruhenden Teiles 32 in bezug auf die Walzenachse liegt üblicherweise in der Größenordnung von 60 bis 120°. Der Hauptformteil 30 ist üblicherweise länger als der Nachbearbeitungsteil 31, und es erstreckt sich der Ruheteil über den restlichen Teil des Walzenumfanges.

Während des Betriebes oszilliert das Walzengerüst nach rechts und links der in Fig. 1 dargestellten Lage, und es bewegt sich in der Tat nach links in einer Haupt-Rohrformbewegung des Hubes. Zu dieser Zeit greifen die Teile 30 der Kaliber das Werkstück an, wobei sich die Walze 11 im Gegenuhrzeigersinn dreht, während sich die Walze 12 im Uhrzeigersinn dreht. Die Bewegung des Walzgerüstes, welches die Walzen trägt, in bezug auf die Drehung der Walzen ist derart, daß die Nachbearbeitungsteile 31 der Kaliber an ihren Enden neben den Ruheteilen 32 ineinandergreifen, wenn das Walzgerüst und die Walzen sich in der äußersten linken Stellung befinden. Die Bewegungen werden dann gleichzeitig umgesteuert, so daß die Walzen anfangen, sich in ihren jeweiligen entgegengesetzten Richtungen zu drehen, und zwar zur gleichen Zeit, wenn das Walzgerüst beginnt, die Walzen nach rechts zu bewegen.

Die stärkste Reduktion wird normalerweise während des Vorwärtshubes von rechts nach links ausgeführt. In Abhängigkeit von der Bewegung des Werkstückes, wenn die Walzen über das Werkstück rollen, kann ein gewisser Betrag der Deformation während des Rückwärtshubes von links nach rechts ausgeführt werden.

Wenn das Walzgerüst sich seiner äußersten rechten Lage nähert, haben sich die Walzen so gedreht, daß die Ruhe- oder Stillstandteile 42 der Kaliber einander berühren. Zu dieser Zeit wird durch Drehung der Schraubenwelle 22 eine Stufen-Vorschubbewegung hervorgerufen, um das Werkstück und den Dorn eine Stufe nach links vorzuschieben. Gleichzeitig dreht der Spannkopf 6 das Werkstück um die oben erläuterte Anzahl von Graden. Jede der Bewegungen wird dann umgesteuert, wobei die vorausgehenden Enden der Teile 30 der Kaliber (in Fig. 3 unten) sich auf das Werkstück zu bewegen und den Teil des Werkstückes angreifen, der durch den letzten Vorwärtsschritt in den Bereich der Walzen bewegt worden ist. Das bewirkt den Haupt-Rohrformschritt, wobei das Metall axial entlang dem Dorn fließt. Es ergibt sich daraus eine Vergrößerung der Rohrlänge, was das linke Ende des Werkstückes nach links vorschiebt in bezug auf den Teil des Werkstückes zur rechten und dem linken Ende des Dornes.

Die jeweiligen Antriebe zur Erzeugung der Bewegungen des Werkstückes und der Formwalzen sind bekannt. Die allgemeine Konstruktion der Formwalzen ist ebenfalls bekannt (z. B. US-PS 34 87 675). Die bisher bekannten Rohrform-Walzwerke der "McKay rocker"-Art (z. B. DE-OS 24 29 862) haben feststehende Dorne, die konisch sind. Solche Walzwerke haben gewisse Nachteile in der Verwendung für die Herstellung von Zirkaloy-Rohren. Sie sind aber bisher für diesen Zweck verwendet worden. Walzwerke der in der US-PS 34 87 675 beschriebenen Art sind ebenfalls zur Erzeugung von Zirkaloy-Rohren verwendet worden. Solche Rohre haben eine hohe Qualität. Die vorliegende Erfindung verwendet gewisse Rohrformprinzipien jeder der obengenannten Walzwerke. Ein typisches bekanntes "McKay rocker"-Walzwerk besitzt einen konischen Dorn, der in Ruhe gehalten wird und dessen vorderes Ende durch die Rohrformzone vorspringt, wobei die Formwalzen auf einem bewegbaren Walzgerüst gelagert sind und durch eine Kurbelarmanordnung hin- und herbewegt werden. Bei Walzwerken der in der US-PS 34 87 675 beschriebenen Art sind die Formwalzen auf einem feststehenden Gerüst angeordnet, und es werden das Werkstück und ein zylindrischer Dorn in der Rohrformzone axial hin- und herbewegt.

Die zylindrische Oberfläche des Dornes, gegen die die Innenfläche des Werkstückes gepreßt wird, bewirkt radiale Kräfte entgegen den Kräften, die durch die Walzen gegen die Außenfläche des Werkstückes aufgebracht werden. Zur Erzielung dieser vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, die früher erwähnt worden sind, muß ein zylindrischer Dorn verwendet werden. In einem Pilgerschritt- Walzwerk der üblichen Art, d. h. einem "McKay rocker"-Walzwerk, ist der Dorn feststehend. Eine Verschiebung auf einem feststehenden zylindrischen Dorn führt zu hohen radialen Druckspannungen und hohen axialen Zugspannungen im Dorn, und zwar insbesondere dann, wenn die Reduktion hoch ist. Wenn dagegen nach der Erfindung der zylindrische Dorn vorgeschoben wird, und zwar in Fig. 1 von rechts nach links, während gleichzeitig das Werkstück zugeführt wird, sind die radialen Druckkräfte im Dorn geringfügig kleiner. Die axialen Zugspannungen werden wesentlich geringer, und es werden die Zahl der Belastungszyklen auf irgendeine Zone des Dornes während der Hin- und Herbewegung eines Rohres kleiner im Vergleich mit den Bedingungen bei Verwendung eines feststehenden Dornes. Die Verringerung der Zugspannungen ist insbesondere von Bedeutung, da die Lebensdauer der Dorne sich auf dem Teil der S-N-Ermüdungskurve befindet, indem sehr kleine Änderungen in der Spannung zu einer bedeutenden Änderung der Lebensdauer des Dornes führen können.

Bei einem "McKay rocker"-Walzwerk mit einem zylindrischen Dorn 17 (mit gleichem Durchmesser) wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, wird zu Beginn der Haupt-Rohrformbewegung ein unbearbeiteter Teil des Werkstückes während der Ruheperiode nach links bewegt, so daß das voreilende Ende des Kaliberteiles 30 (dargestellt am Boden der Fig. 3) sich nach abwärts auf den unbearbeiteten Teil des Werkstückes zu bewegt. Das heißt, die Walzen haben sich aus ihrer in Eingriff stehenden Ruhelage bewegt, in welcher die Kaliberteile 32 das Werkstück einschließen, wobei die Walze 11 sich im Gegenuhrzeigersinn und die Walze 12 sich im Uhrzeigersinn bewegt. An diesem Punkt haben sich die beiden Kaliber auf dem Werkstück geschlossen (siehe Fig. 4), um die Wand des Werkstückes zusammenzudrücken und zu deformieren. Das bearbeitete Ende des Werkstückes ist verjüngt, und es bewegen sich die Walzenkaliber nach abwärts dem verjüngten Ende zu. Koordiniert mit der Walzendrehbewegung bewegt das Walzgerüst die Walzen nach links, und zwar mit einer linearen Bewegungsweise, die im wesentlichen die gleiche ist wie die Bewegung der Umfangsflächen 35 um die Achse der jeweiligen Walzen. Anders ausgedrückt, es hält die Bewegung des Walzgerüstes an während der Ruheperiode am rechten Ende des Vorschubes der Kurbelarmanordnung, und es wird die Drehbewegung der Walzen zur gleichen Zeit angehalten, und es werden diese Bewegungen gleichzeitig im umgekehrten Sinne begonnen, und es beschleunigen sich die Bewegungen zusammen.

Fig. 1 zeigt den Mechanismus während der Periode der schnellsten Bewegung von rechts nach links, wonach sich beide Bewegungen verzögern in Richtung auf den Umkehrpunkt. Infolgedessen rollen die Kaliberflächen auf dem Werkstück und stoßen das Metall von rechts nach links in die Formzone. Mit Ausnahme des Kaltfließens des Metalls und der sich ergebenden Bewegung des Metalls in bezug auf die Kaliberflächen sind die Bewegungen der Kaliberflächen in bezug auf das Werkstück Rollwirkungen auf die neu gebildete konische Oberfläche des Werkstückes. Die Gesamtbeziehung ist dann die gleiche als wenn das konische Ende des Werkstückes entlang dem Walzenkaliber in Fig. 3 angeordnet würde, wobei sich das unbearbeitete Werkstück am Boden der Figur befindet. Das obere konische Ende des Werkstückes, das bearbeitet worden ist, hat die allgemeine Form der Kaliberteile 30 und 31, und es erstreckt sich der nachbearbeitete Teil nach aufwärts durch den Kaliberteil 32.

Wie oben erläutert, fließt ein Teil des Metalles zu den Seiten der Kaliber in die Aussparungsbereiche 15 während der Formarbeit. Auch das Werkstück wird um eine vorbestimmte Zahl Grade um seine Achse gedreht, und zwar jedesmal dann, wenn das Werkstück um einen Schritt in die Formzone vorgeschoben wird. Diese Drehbewegung wird als "Indexieren" bezeichnet, und es bewegt die Teile des Werkstückes, die sich in den Aussparungsbereichen 15 befinden, um eine vorbestimmte Anzahl Grade aus der Position nach Fig. 4. Dies sichert eine Gleichförmigkeit in der Bearbeitung des Metalls. Jede Indexier-Bewegung ist eine Anzahl von Graden, beispielsweise 35 bis 80°, die durch 360° nicht teilbar ist. Somit ist auch nach einer vollständigen Drehung des Werkstückes die Orientierung des Werkstückes in den Kalibern nicht genau die gleiche wie vorher.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Zirkon oder Legierungen auf Zirkonbasis, in denen parallel zu den Innen- und Außenflächen Hydrideinschlüsse enthalten sind, bei welchem ein zylindrisches Rohr mit vorbestimmten Außendurchmesser auf einem eng in das Rohr passenden zylindrischen Dorn aufgebracht wird und Rohr und Dorn zusammen an einem Ende gehalten werden, während das freie Ende mit einer durch Rohrformwalzen gebildeten Rohrformzone ausgerichtet ist, und bei welchem mehrere Serien von Formschritten ausgeführt werden, wobei bei jedem Schritt

a) das Rohr mit dem Dorn in axialer Richtung eine vorbestimmte Strecke vorgeschoben und damit das freie Rohrende in die Rohrformzone eingebracht wird;
b) während des Vorschubschrittes die Rohrformwalzen, die spiegelbildlich gleiche bogenförmige Kaliber aufweisen, die in der Rohrformzone miteinander in Eingriff stehen und einen kreisförmigen, zur Achse der Rohraußenfläche konzentrischen Rohrform-Hohlraum bilden, wobei jedes Kaliber im wesentlichen einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzt, der sich von dem der Ruhestellung benachbarten Ende an, wo er einen dem Radius der Außenfläche des Rohres im wesentlichen gleichen Radius besitzt, verjüngt und einen progressiv verjüngenden Radius durch eine Haupt-Rohrformzone bis zu einem Radius aufweist, der in der Größenordnung des Radius der Außenfläche des fertigen Rohres liegt, wobei jedes Kaliber eine Rohr-Nachbearbeitungszone aufweist, in welcher der Radius im wesentlichen gleich ist und die sich von dem Hauptformteil zu dem Ruhe- oder Stillstandsteil erstreckt, in einer Ruhestellung gehalten werden, in welcher sie das Rohr nicht angreifen;
c) die Rohrformwalzen gedreht werden, wobei der Rohrform- Hohlraum zwischen den Walzen während der Bewegung von einem maximalen Durchmesser auf einen minimalen Durchmesser verringert wird und wobei die Walzen über einen Bogen mit solcher Geschwindigkeit gedreht werden, daß die Kaliber im wesentlichen schlupffrei an der Rohroberfläche anliegen, wobei die Walzen die vorgeschobene Rohrlänge berühren;
d) die Drehung der Walzen umgesteuert wird, um diese in ihre Ruhelage zurückzubringen,

dadurch gekennzeichnet, daß
das Walzgerüst mit den Rohrformwalzen während ihrer Drehung gleichzeitig in axialer Richtung parallel zur Rohrachse vorgeschoben und danach um die gleiche Strecke wieder zurückgezogen wird und daß der Dorn und das Rohr nur während des Eingriffs der Ruhe- und Stillstandsteile der Walzenkaliber in Richtung auf die Rohrformzone vorgeschoben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgerüst um eine Strecke vorgeschoben wird, die größer ist als die Länge der Haupt-Rohrformzone der Kaliber zuzüglich einer vorbestimmten Länge der Rohr-Nachbearbeitungszone.