DE2839168C2

DE2839168C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Kaltziehen von Rohren

Info

Publication number: DE2839168C2
Application number: DE2839168A
Authority: DE
Inventors: Paul E. Beaver Falls Pa. Stump
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Pmac Ltd Beaver Falls Pa Us
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1982-04-29
Also published as: US4148207A; ATA539178A; SE7809095L; SE442712B; GB2067446B; JPS54117366A; GB2067446A; DE2839168A1; FR2417349B1; AT372021B; JPS5635962B2; FR2417349A1; SE8404745D0; CA1106316A; SE452417B; GB2014890B; GB2014890A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltziehen von Rohren, bei dem in einem ersten Verformungsabschnitt unter äußerer ortsfester Abstützung der Rohrwandung der Rohrdurchmesser verringert und in einem mit dem ersten Verformungsabschnitt übergangsbs verbundenen zweiten Verformungsabschnitt unter gleichzeitig wirkender äußerer und innerer ortsfester Abstützung der Rohrwandung deren Wandstärke unter weiterer Reduzierung des Rohrdurchmessers verringert wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Ziehmatrize mit konischem Einlaufbereich und daran anschließendem zylindrischem Bohrungsbereich und mit einem an einer Dornstange ortsfest einstellbaren zylindrischen Ziehstopfen.

Das Kaltziehen von Rohren umfaßt häufig das Ziehen von warmgewalzten Mantelrohren durch eine festgelegte Ziehmatrize. Der Durchmesser und die Wandstärke des Rohrmantels sind normalerweise größer als die gleichen Abmessungen des Endrohres. Eine gleichzeitige Reduzierung der Wandstärke und des Durchmessers kann durch Ziehen des Rohrmantels durch eine Ziehmatrizenöffnung erzielt werden, in welche ein zylindrischer Ziehstopfen eingeführt ist, der an einer Dornstange befestigt ist, welche den Stopfen In einer Voreingestellten Position hält- Die Ziehmatrizenöffnung welche normalerweise kleiner als def Außendurchfries' ser des kaltzuziehenden Rohrmantels ist, ist im allgemeinen mit einem glockenförmigen oder konischen Einlaufs-¹ oder Zugangsbereich Versehen, dei' zu einer kreisförmigen tragenden Fläche oder einem zylindrischen Bohrungsbereich der Ziehmatrize führt. Zwischen

•Ό dem Ziehstopfen und der Ziehmatrizenöffnung wird ein Ringraum ausgebildet. Wenn der Rohrmantel durch den Ringraum hindurchgeführt wird, berührt seine innere Oberfläche eine Formungs- bzw. Arbeitsfläche auf dem Ziehstopfen und seine äußere Oberfläche die Formungs- bzw. Arbeiisoberfläche der Ziehmatrize.

Der Außendurchmesser des Rohrmantels wird auf den Durchmesser des Bohrungsbereichs reduziert, wenn er durch den konischen Einliufsbereich hindurchtritt. Der Innendurchmesser des Rohrmantels wird gleichzeitig mit seinem Außendurchmesser reduziert, wobei eine geringfügige oder keine Reduktion der Wandstärke auftritt, bis die innere Oberfläche des Rohrmantels die zylindrische Oberfläche des im Inneren angeordneten Ziehstopfens innerhalb des konischen Einlaufsbereiches berührt. Danach bleibt der Innendurchmesser des Rohrmantels im wesentlichen konstant, wobei jedoch die Wandstärke gemeinsam mit dem Außendurchmesser bis zum Eintritt in den Bohrungsbereich abnimmt. Wenn der Mantel den Bohrungsbereich betreten hat.

erfolgt keine weitere Wandreduzierung. Aufgrund der Querschnittsreduzierung vorhandenes überschüssiges Metall bewirkt eine Erhöhung der RohrlängCi Der aus der Ziehmatrizenöffnüng austretende Rohrquerschnitt ist ungefähr gleich dem Querschnitt des Ritigraurnes Innerhalb des Bohrungsbereichs-

Die Qualität des Rohrmantels hat eine erhebliche Bedeutung für die Qualität des Endrohres. Es ist daher wesentlich, daß die Oberflächen des Mantels frei von

Defekten wie ζ. B. Nähten und Walzsplittern sind, um die Ausbildung von Oberflächenfehlern, Lochkorrosion und nicht akzeptabler Oberflächenrauheit in dem gezogenen Rohr auszuschließen, insbesondere in Rohranwendungsgebieten wie z. B. für hydraulische Zylinder. Rohrmäntel mit Defekten können in geeigneter Weise bearbeitet werden mit Hilfe eines lokalen oder vollständigen Schteifens der Oberflächen des Mantels. D"-S erfordert zusätzliche arbeitsintensive Schritte, wie z. B. Aufbohren der Innenoberfläche des Mantels oder Abdrehen der Außenoberfläche, und ergibt die Notwendigkeit, das während der Bohr- und/oder Drehvorgänge entfernte Metall auszugleichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen eine möglichst geringe Oberflächenrauhheit der Rohre erzielt und Oberflächenfehler weitgehend vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgenrüß dadurch gelöst, daß ein dritter Verformungsabschnit' übergangslos an den zweiten anschließt, in dem die Rohrwandstärke unter Beibehaltung der erzeugten Reduzierung des Rohraußendurchmessers durch Materialverdrängung aus dem an die Innenoberfläche anschließenden Wandungsbereich verringert wird.

Die eingangs genannte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ziehstopfen ein zweiter im Durchmesser größerer zylindrischer Stopfenteil einstückig und unmittelbar anschließend verbunden ist, der zum zylindrischen Teil einen konischen Übergangsaufschnitt aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 5 und 6 beansprucht.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren und dieser erfindung ,gemäßen Vorrichtung kann die Güte der inneren Oberfläche eines mit einem abgestuften Dorn kaltgezogenen Rohres verbessert werden. Wenn der Rohrmantel den konischen Übergangsaufschnilt passiert, wird der Innendurchmesser ausgedehnt, wobei das Rohrmaterial radial nach außen gedrückt wird Die Kombination einer selektiven Metallformung an der Innenoberfläche und radialer Druckformung erzeugt eine verbesserte Glätte auf der Innenoberfläche. Hierdurch wird jede Oberflächenrauhigkeit auf der Innenoberfläche eines ankommenden Rohrmantels, wie sie z. B. bei warm geformten nahtlosen Rohren normales weise vorhanden ist, in starkem Umfange verringert, wenn nicht vollständig eliminiert. Im Gegensatz hierzu würde eine erhebliche Rauhigkeit auf der Innenoberfiäche eines warm geformten Rohres verbleiben, das mit einem herkömmlichen Dornstopfen mit einem zylindrischen Stopfen mit konstantem Durchmesser gezogen wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art auch dadurch gelöst, daß ein dritter Verformungsabschnitt übergangslos an den zweiten anschließt, in dem die Rohrwandstärke unter Beibehaltung der erzeugten Reduzierung des Rohrinnendurchmessers durch Materialverdrängung aus dem an die Außenoberflächs anschließenden Wandungsbereich verringert wird. Die eingangs genannte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß def zylindrische Bohrungstereich über einen, in Ziehriditung gesehen, dahinter liegenden konischen Bereich in einen zweiten zylindrischen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser übergeht. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren und dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Qualität der Außenoberfläche in der gleichen Weise erheblich verbessert werden, wie mit der vorhergehenden Lösung die Innenoberfiäche verbessert werden kann.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Figuren beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines aus einem Rohrmantel, einer Ziehmatrize und einem Dorn bestehenden Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer herkömmlichen Anordnung mit einem Rohrmantel, einer Ziehmatrize und einem Dorn, und

F i g. 3 eine teilweise geschnittr ; Seitenansicht eines aus einem Rohrmantel, einer Ziehmatrize und einem Dorn bestehenden Aufbaus gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein Rohrmantel 10 dargestellt, der mittels eine^r bekannten Einrichtung (nicht gezeigt), wie z. B. einem Ziehwagen, durch eine feststehende Ziehmatrize 11 in Richtung des Pfeils 12 gezogen wird. Ein stationärer Dorn 13 i;t innerhalb des Rohrmantels 10 angeordnet.

Der Dorn 13 hat einen Dornstopfen 14, der an einer Dornstange 15 mit Hilfe eines Halteschraubenbolzens 16 befestigt ist, der ein mit Gewinde versehenes Ende 17 aufweist, das durch eine zentrale Längsbohrung 20 in dem Dornstopfen 14 hindurchtritt und in Gewindeeingriff mit einer mit Gewinde versehenen Aussparung 21 in dem Ende der Dornstange 15 steht. Der Dornstopfen 14 der bevorzugten Ausführungsform hat abgestufte Formungs- bzw. Arbeitsoberflächen mit eine!τ großen zylindrischen Stopfenteil 22. der winkelig mit einem Ziehstopfen 24 über einen konischen Übergangsauf· • jhnitt 23 verbunden ist. Der Übergangsaufschnitt 23 weist einen Neigungswinkel 30 in bezug zur Längsachse des Stopfens auf. Das Vorderende 25 des Dornsiopfens 14 befindet sich auf dem größeren />lindristhen Stopfenteil 22 und ist bei der bevorzugten Ausführungsform in bekannter Weise abgeschrägt, um die Positionierung des Dornstopfens 14 innerhalb des Rohrmantels 10 zu erleichtern. Das hintere Lnde 26 des Dornstopfens 14 befindet sich auf dem Ziehstopfen 24 (Arbeitsabschnitt mit kleinerem Durchmesser) und stößt an die Dornstange 15 an. Bei der bevorzugten Ausführungsform haben die Abschnitte 22, 23, 24 des Dcrrstopfens 14 eine gemeinsame zentrale Längsachse.

Die Ziehmatrize 11 weist eine Ziehmatri/enöffnung auf mit einem konischen Einlaufbereich 31. e'nem Bohrungsbereich 32 und einem Senkausgangs- oder Entlastungsbereich 33 an der Ausgangsseite der Ziehmatnzenöffnung, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der konische EinlaJsbereich hat einen Halbwinkel 34 relativ -ur Achse der Ziehmatrizenöffnung. Die Längsachse des Rohrmantels 10 ist pa-allel und vorzugsweise koaxial mit der Achse dtr Ziehmatrizenöffnung.

In Betrieb wird der Rohrmantel 10 innerhalb der Ziehmatrizenöffnuiig positioniert und der Dornstopfen 14 innerhalb der Ziehmatrize und des Rohrmantels 10 in seiner Position festgehalten.

Wie Eezeiet. berührt die AuBenoberflächp rlpc

Rohrmantels die Oberfläche der Ziehmalrizenöffnung und die Innenoberfläche des Mantels den Dornstopfen 14. Der Rohrmantel 10 wird mit Hilfe einer herkömmlichen Einrichtung in Richtung des Pfeiles 12 durch die Ziehmatrize axial gezogen, um den Mantel einem Kallformungsvorgang zu unterwerfen, f-'ig. 2 ist repräsentativ für einen ähnlichen Kaltformungsvorgang, bei welchem ein herkömmlicher Dorn 113 mit einem zylindrischen Dornstopfen 114 verwendet wird, der an einer Dornstange 115 befestigt und innerhalb der Ziehmatrize 11 festgelegt ist. Wie in beiden F i g. 1 und 2 dargestellt ist, beginnt die entgegengesetzte (innere und äußere) Reduzierung des Rohrmantels 10. wenn der Rohrmantel 10 in Berührung mit der Oberfläche des konischen Einlaufbereichs 31 kommt. Die Reduzierung des Außendurchmessers wird fortgesetzt, wenn der Rohrmantel 10 den konischen Einlaufbereich 31 passiert. Die Reduzierung des Innendurchmessers wird beendet und die Reduzierung der Wandstärke gestartet, wenn uic iimefe Oberfläche des fvianiers den Dornstopfen 114. im Falle des erfindungsgemäßen Dornstopfens den Ziehstopfen 24 mit kleinerem Durchmesser (vgl. Fig. I) berührt. Beim Stand der Technik, wie in Fig.2 dargestellt ist, bleibt der Innendurchmesser des sich bewegenden Rohrmantels 10 nach Berührung des Dornstopfens 114 im wesentlichen unverändert. Wie am besten aus Fig. 1 hervorgehl, wird der Rohrmantel 10 gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb des Bohrungsbereichs 32 nach Passieren des konischen Übergangsaufschnitts 23 und Berühren des größeren zylindrischen Stopfenteils 22 auf seinen abschließenden Innendurchmesser und seine abschließenden Wandstärkenabmessungen reduziert.

Im nachfolgenden Beispiel sind Einzelheiten eines Rohres angegeben, das mit einem Dorn gezogen worden ist. der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist:

Beispiel

Ein Stahlrohrmantel mit einem Außendurchmesser von 139.7 mm und einer Wandstärke von 15.2 mm wurde zu einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 127.0 mm und einer Wandstärke von 13.0 mm kaltgezogen. Die Anfangsoberflächenrauhigkeit der inneren Oberfläche des Rohrmantels lag zwischen 635 und 7,62 χ 10-^Jmm (quadratischer Mittelwert). Die resultierende inwendige Oberflächenrauhigkeit betrug 635 bis 7.62 χ 10-⁴ mm (quadratischer Mittelwert). Die sich bei Verwendung eines herkömmlichen zylindrischen Dorns zur Herstellung der gleichen Endrohrgröße ergebende Oberflächenrauhigkeit würde ungetähr 2,54 χ 10-'mm (quadratischer Mittelwert) betragen. Der verwendete Dornstopfen hat folgende Abmessungen:

Größerer zylindrischer Stopfenteil 22, Durchmesser
Ziehstopfen 24, Durchmesser
Winkel 30

101,0 mm
100,5 mm
45°

Eine verbesserte außenseitige Glätte eines Rohrmantels kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verwendung einer in Fig. 3 gezeigten Ziehmatrize 41 erzielt werden. Die Ziehmatrize 41 hat eine Ziehmatrizenöffnung mit einem konischen Einlaufsbereich 42. einer Ziehmatrizentragfläche mit einem größeren zylindrischen Bohrungsbereich 43, der über einen konischen Bereich 44 mit einem kleineren zweiten zylindrischen Abschnitt 45 verbunden ist. und einem

ίο Äusgangsbereicn 46. Der kleinere zylindrische Abschnitt 45 ist in der Nähe der Ausgangsseile der Ziehringöffnung angeordnet. Ein konventioneller Dorn 113 mit einem zylindrischen Dornstopfen 114 ist innerhalb der Ziehmatrize 41 angeordnet. Der Rohrmantel wird axial in Richtung des Pfeils 12 mittels einer bekannten Einrichtung (nicht gezeigt) gezogen.

Im Betrieb wird der Dornstopfen 114 innerhalb der Ziehmatrize 41 und des Rohrmantels 10 in seiner Position tsstgehalten. Der Rohrmantel 10 ist innerhalb der Ziehmatrizenöffnung derart positioniert, daß seine innere diametrale Oberfläche die zylindrische Oberfläche des Dornstopfens 114 berührt. Der Rohrmantel wird axial derart gezogen, daß die äußere Oberfläche des Rohrmantels nacheinander mindestens einen Teil der Oberfläche des konischen Einlaufbereichs 42, den größeren zylindrischen Bohrungsbereich 43, den konischen Bereich 44 und den zweiten kleineren zylindrischen Abschnitt 45 berührt.

Es wird angemerkt, daß es möglich ist, einen

■Ό Rohrmantel sowohl mit einer Ziehmatrize als auch mit einem Dorn zu ziehen, die gemäß der vorliegenden, im Vorhergehenden beschriebenen Erfindung aufgebaut sind.

Für eine gegebene Wandstärkenreduzierung können

•*5 darüber hinaus noch glattere Oberflächen erzielt werden, indem der Rohrmantel nacheinander mehreren Ziehkalibern unterworfen wird, um stufenweise die abschließend gewünschte Wandreduzierung zu erreichen.

Der Begriff »Arbeitsabschnitt« wird dahingehend verstanden daß er in der Lage ist. eine Kaltformung eines Rohres zu bewirken, das in Berührung mit einem Oberflächenteil des Arbeitsabschnittes gezogen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kaltziehen von Rohren, bei dem

in einem ersten Verformungsabschnitt unter äußerer ortsfester Abstützung der Rohrwandung der Rohrdurchmesser verringert und in einem mit dem ersten Verformungsabschnitt übergangslos verbundenen zweiten Verformungsabschnitt unter gleichzeitig wirkender äußerer und innerer ortsfester Abstützung der Rohrwandung deren Wandstärke unter weiterer Reduzierung des Rohrdurchmessers verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Verformungsabschnitt übergangslos an den zweiten anschließt, in dem die Rohrwandstärke Jt unter Beibehaltung der erzeugten Reduzierung des Rohraußendurchmessers durch Materialverdrängung aus dem an die Innenoberfläche anschließenden Wandungsbereich verringert wird.

2. Verfahren zum Kaltziehen von Rohren, bei dem in einem ersten Verformungsabschnitt unter äußerer ortsfester Abstützung der Rohrwandung der Rohrdurchmesser verringert und in einem mit dem ersten Verformungsabschnitt übergangslos verbundenen zweiten Verformungsabschnitt unter gleichzeitig wirkender äußerer und innerer ortsfester Abstützung der Rohrwandung deren Wandstärke unter weiterer Reduzierung des Rohrdurchmessers verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Verformungsabschnitt übergangslos an den zweiten anschließt, in dem die Rohrwandstärke unter Beibehaltung der erzeugten Reduzierung des Rohrinnendurchmessers durch tv.dterialverdrängung aus dem an die Außenobei flr.che anschließenden Wandungsbereich verringert wird,

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nuch Anspruch 1 mit einer Ziehmatrize mit konischem Einlaufbereich und daran anschließendem zylindrischem Bohrungsbereich und mit einem an einer Dornstange ortsfest einstellbarer, zylindrischen Ziehstopfen, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ziehstopfen (24) ein zweiter, im Durchmesser größerer zylindrischer Stopfenteil (22) einstückig und unmittelbar anschließend verbunden ist, der zum zylindrischen Teil einen konischen Übergangsaufschnitt (23) aufweist

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einer Ziehmatrize mit konischem Einlaufbereich und daran anschließendem zylindrischem Bohrungsbereich und mit einem an einer Dornstange ortsfest einstellbaren zylindrischen Ziehstopfen, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Bohrungsbereich (43) über einen, in Ziehrichtung gesehen, dahinterliegenden konischen Bereich (44) in einen zweiten zylindrischen Abschnitt (45) mit kleinerem Durchmesser übergeht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite größere zylindrische Stopfenteil (22) des Stopfens (14) in der Nähe des Ausgangs der Ziehmatrize (11) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstopfen (24), der zweite größere zylindrische Stopfenteil (22) und der konische Übergangsaufschnitt (23) eine gemeinsame Längsachse haben.