DE2938770C2 - Werkzeugkalibrierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Warkzeugkalibrierung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine derartige Kalibrierung ist aus der Literaturstelle DD-Zeitschrift »Neue Hütte«, 1977, Heft 5, Seiten 255 bis 261, insbesondere Seite 259, Bild 7, und rechte Spalte, bekannt. *°

Dort ist zwar der Dorn dem Kaliberprofil teilweise entsprechend angepaßt und weist einen zylindrischen Abschnitt und einen konvex gekrümmten Abschnitt im Bereich der Abnahmezone und einen konkav gekrümmten Abschnitt vor der Kalibrierungszone auf. Jedoch ist der Kalibergrund im ersten Abschnitt der Abnahmezone konvex ausgebildet.

Mit der bekannten Werkzeugkalibrierung ist es also nicht möglich, die Größen der Walzdruckkräfte und die Verformungen des Rohrmetalls zu intensivieren, und die Leistung des Rohrwalzwerks zu erhöhen.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Werkzeugkalibrierung so auszugestalten, daß bei minimalem Energie- und Kraftaufwand eine Verminderung der Walzenpressungen am Walzwerkzeug gewährleistet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das vorgeschlagen, was im Kennzeichen des Hauptanspruchs erfaßt ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 2 erfaßt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kalibrierung mit dem zu bearbeitenden Rohr im Querschnitt,

F i z. 2 eine schematische Darstellung der erfindungs-

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60 gemäßen Kalibrierung mit dem zu bearbeitenden Rohr in vergrößertem Maßstab und Längsschnitt,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Walze im Querschnitt und

Fig.4 eine schematische Darstellung des Längsprofils der Mantellinie des Walzdornes mit dem auf diesem angeordneten zu bearbeitenden Rohr, das im Querschnitt wiedergegeben ist; das Profil der Außenfläche des Rohres stellt dabei eine Abwicklung vom QuerschnittsproFil des Kalibergrundes der Walze dar.

Die Werkzeugkalibrierung für Pilgerwalzwerke enthält einen Walzdorn 1 (F i g. 1), einen Schaft 2 (F i g. 2). der an einer Stange 3 befestigt ist. die an dem Ständer (in der Figur nicht wiedergegeben) eines Rohrwalzxverks mittels einer gewöhnlichen Gewindeverbindung montiert ist. Der Walzdorn 1 ist zur Aufnahme und zur Bearbeitung eines Rohres 4 am Innendurchmesser desselben bestimmt

Das Werkzeug enthält weiter zwei Walzen 5, die in einem beweglichen Walzgerüst (in der Figur nicht wiedergegeben) des Pilgerwalzwerkes befestigt und quer zu der Längsachse O-O des Walzdornes 1 angeordnet sind. Die Walzen 5 sind im gleichen Abstand von der Längsachse O-O des Walzdornes 1 hin- und herbewegbar entlang dieser Achse angeordnet, wodurch das Walzgerüst des Pilgerwalzwerks bewegbar ist.

Jede der Walzens seist Kaliber 6 (Fig. 1 und 2) auf, die einen in der Länge veränderlichen Querschnitt besitzen, der aus einer Reduzierungszone 7. einer Abnahmezone 8 für Wand und Durchmesser und einer Kalibrierungszone 9 besteht, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Auf der Länge der Kalibrierungszone 9 weisen die Kaliber 6 einen unveränderlichen Querschnitt auf. Auf der Länge der Reduzierungszone 7 und der Abnahmezone 8 besitzt das Kaliber einen veränderlichen Querschnitt

Die Reduzierungszone 7 des Kalibers 6 ist zur Verminderung des Außendurchmessers des Rohres 4 im Walzvorgang ohne Verminderung der Dicke der Wand desselben bestimmt In der AbnabT.ezone 8 wird im Walzvorgang eine gleichzeitige Verminderung des Außendurchmessers und der Wanddicke des Rohres 4 verwirklicht In der Kalibrierungszone 9 nimmt das Rohr 4 die endgültigen Kenndaten der Oberflächengestalt und des Oberflächenreliefs an.

In der Reduzierungszone 7 bildet sich im Walzvorgang eine Abwicklung vom Querschnittsprofil des Grundes des Kalibers 6 jeder Walze 5 in Form einer Parabel, wie das in F i g. 4 wiedergegeben ist. Der eine Abschnitt 8a (F i g. J und 4) der Abnahmezone 8, der sich an die Kalibrierungszone 9 anschließt, besitzt eine sich im Walzvorgang bildende Abwicklung vom Querschnittsprofil des Grundes des Kalibers 6 der Walze 5 in Form einer Parabel mit einer der Längsachse OO des Walzdorns 1 zugewandten Konvexität. Die Mantellinie des Walzdorns 1 weist auf der dem Abschnitt 8a der Abnahmezone 8 entsprechende Länge eine Konkavität gegenüber der Längsachse O-O auf.

Der andere Abschnitt 8b der Abnahmezone 8 des Kalibers 6 der Walze 5, der sich an die Reduzierungszone 7 anschließt, besitzt eine sich im Walzvorgang bildende Abwicklung von Querschnittsprofil des Grundes des Kalibers 6 der Walze 5 in Form einer Parabel mil einer Konvexität, die von der Längsachse OO des Walzdornes 1 abgewandt ist. Der diesem Abschnitt entsprechende Abschnitt 8b, der Mantellinie des Walzdorns t ist in Form einer konvexen Parabel in bezug auf die Längsachse O-O des Walzdornes t ausgeführt, und er schließt sich an den Abschnitt an. der der Zone 7 des Kalibers

entspricht auf dessen Länge die Mantellinie des WaIzdornes 1 parallel zu der Achse OO verläuft, während der eigentliche Abschnitt 7 des Walzdornes 1 zylindrisch ausgeführt ist Dem vorliegenden zylindrischen Abschnitt des Walzdornes 1 entspricht die Reduzierungszone 7 des Kalibers 6 der Walze 5.

Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen des Werkzeugs des Pilgerwalzwerks besitzen die Parabeln der Abwicklung vom Querschnittsprofil; des Grundes des Kalibers 6 jeder Walze S in den Abschnitten 8a, 86 der Abnahmezone 8 Grade, die kleiner als die Grade der Parabeln von den entsprechenden Abschnitten der Mantellinie des Walzdorns J sind. Dabei weist die Reduzierungszone 7 des Kalibers 6 eine sich im Walzvorgang bildende Abwicklung vom Querschnittsprofii des Grundes des Kalibers 6 der Walze 5 in Form einer Parabel auf, deren Grad um so höher ist je stärker die Reduzierungszone 7 einzuschränken ist; dabei istt eine Größenordnung des Grades der Parabel, die größer als die dritte Potenz ist bei der Ausführung des Profils des Kalibers 6 der Reduzierungszone 7 nicht zwieckmäßig, weil dadurch die Intensität der Verformung des Roiires 4 im Anfangsstadium und dementsprechend die Walzdruckkraft unzulässig erhöht werden.

Die für das Profil des Kalibers 6 und der Mantellinie des Walzdornes 1 zu verwendende Parabel kann man wie folgt darstellen:

worin

a und b feste Größen sind, die von konkreten Parametern des Werkzeugs (von dem Kaliber 6 und dem Walzdorn 1) abhängig sind;

.γ eine dimensionslose Größe der Koordinate,

die sich in einem Bereich von x—0 bis zu *= 1 bewegt;

m Exponent=Grad der Parabel

bedeuten.

Die Durchmesser des Kalibers 6 werden au? der Länge der Reduzierungszone 7, welche eine sich im Walzvorgang bildende Abwicklung vom Querschnittsprofil des Grundes des Kalibers 6 der Walze 5 in Form einer Parabel besitzt nach der folgenden Formel berechnet:

Xr

worin

Durchmesser des Kalibers 6 bei der laufenden Koordinate Xi;

D\ Durchmesser des Kalibers 6 am Anfang der Reduzierungszone 7;

D₂ Durchmesser des Kalibers 6 am Austritt aus der Reduzierungszone 7 (D\ > D₂);

Xi eine dimensionslose Größe, die der Koordinate entspricht, welche sich in einem Bereich von Xi = 0 bei D» Ch bis zu X*> 1 bei D- D₁ bewegt,

Da der der Reduzierungszone 7 entsprechende Abschnitt des Walzdornes 1 eine zylindrische Form aufweist, ist auf seiner gesamten Länge die Größe des Durchmessers des Walzdornes 1 konstant und gleich d\.

Für den Abschnitt Sb cter Abnahmezone 8 des Kalibers 6, der sich an die Reduzierungszone 7 anschließt.

wird der angegebene Typ der Parabel (1) für die Durchmesser des Kalibers 6 der Walze 5 am Abschnitt 86 der Abnahmezone 8 wie folgt aussehen:

X₂""³

und für den Walzdorn 1 werden die Durchmesser derselben an dem Abschnitt, der dem Abschnitt Bb der Abnahmezone 8 entspricht wie folgt aussehen:

Xi

^mD

wonn

is D Durchmesser des Kalibers 6 bei der laufenden Koordinate X₂; d Durchmesser des Walzdornes 1 bei der laufenden

Koordinate Xf,

Di Durchmesser des Kalibers 6 beim Übergang der Abschnitte von 8b zu 8a der Abna'^iezone 8; fli Durchmesser des zylindrischen Abschnitte» 7 des Walzdornes 1, der der Reduzierungszone 7 des Kalibers 6 entspricht;

c/₂ Durchmesser des Walzdornes 1 am Übergang der Abschnitte von Sb zu 8a der Abnahmezone 8; Xi eine dimensionslose Größe der Koordinate, die sich in einem Bereich von X₂ = O bei D-D₂ und d=d\ bis zu X₂ = 1 bei D= D₃ und d= d₂ ändert; mD Exponent=Grad der Parabel des Profils des KaIibers 6 der Walze 5;

md Exponent = Grad der Parabel der Mantellinie des Walzdornes 1

sind. Dabei soll die Bedingung unveränderlich bleiben, daß

md-mD=0A ...1,0

Die Einhaltung dieser Bedingung am Abschnitt 8ϋ der Abnahmezone gewährleistet den Beginn der Wanddikkenaünahme des Rohres 4. d. h. sie gewährleistet eine minimale Ausdehnung der Reduzierungszone 7 sogar bei einer Minustoleranz für die Dicke der Wund des zu walzenden Rohres 4.

Für den Abschnitt 8a der Abnahmezone 8 des Kalibers 6, der sich an die Kalibrierungszone 9 anschließt, wird der obenangeführte Typ der Parabel (1) für die Durchmesser des Kalibers 6 der Walze 5 wie folgt aussehen:

D=D₄-HfO₃-D₄)- Xi^mD un4 f ü. den Walzdorn d=d₃ + (d₂ - dij ■ X₃"* worin

D Durchmesser des Kalibers 6 bei der laufenden Koordinate X₃;

d Durchmesser des Walzdornes 1 bei der laufenden Koordinate Xy,

Da Durchmesser des Kalibers 6 am Übergang von dem Abschnitt 8a der Abnahmezone 8 zu der Kalibrieö5 rungszone 9;

di Durchmesser des Walzdornes 1 am Übergang von dem Abschnitt 8a der Abnahmezone 8 zu der Kalibrierungszone 9;

Xi eine dimensionslose Größe der Koordinate, die sich in einem Bereich von Xy = O bei D=Dt und d=dj bis zu Xi = I bei D= Dy und d= di bewegt,

So wie in dem vorhergehenden Fall für den Abschnitt Sb der Abnahmezone 8 wird in den Gleichungen (5) und (6) md> mD sein.

Die Einhaltung dieser Ungleichung gewährleistet eine Verminderung der beim Walzen entlang der Achse O-O auf den Walzdorn wirkenden Achsialkräf te.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Rohrwalzwerkzeuges beträgt die Differenz zwischen den Größenordnungen des Grades der Parabel der Abwicklung vom Querschnittsprofil des Grundes des Kalibers 6 jeder Walze S und dem der Parabel der Mantellinie des Walzdornes 1 einen Wert, der sich in einem Bereich von etwa 0,1 bis zu etwa 1 bewegt.

Ein kleinerer Wert der Differenz ist anwendbar, wenn die absoluten Werte der Exponenten (des Grades) gering sind (z. B. bei der Verwendung von quadratischen Parabeln), was seinerseits bei größeren durchmesserbezogenen Verformungen zweckmäßig ist.

Eine Größe der Differenz zwischen den Graden der Parabeln des Kalibers und des Walzdornes, die unter 0,1 liegt, führt zu keiner Senkung des Energie- und Kraftaufwands, weil deren Einfluß mit dem bei der Herstellung des Werkzeugs für Pilgerwalzwerk (des Walzdornes 1 und des Kalibers 6) zulässigen Fehler meßbar ist. Die Verwendung bedeutender Differenzen bei der Benutzung von Parabeln mit kleinerem Grad führt zu einer Umverteilung der Größe der laufenden Verformungen am Austritt aus der Abnahmezone 8, was entsprechend die Walzenpressungen erhöht und ein Anhaften des zu verformenden Metalls des Rohres 4 an dem Werkzeug (dem Kaliber 6 oder dem Walzdorn 1) hervorrufen kann.

Eine größere Differenz zwischen den Graden der Parabel der Abwicklung vom Querschnittsprofil des Grundes des Kalibers 6 der Walze 5 und der Parabel der Mantellinie des Walzdornes 1, die nahe t liegt, ist zweckmäßig bei erhöhten absoluten Werten des Grades der Parabeln und bei geringeren durchmesserbezogenen Verformungen, was eine ausreichende Verminderung der auf den Walzdorn 1 einwirkenden Axialkräfte gewährleistet und gleichzeitig keine erhöhten Walzenpressungen am Anfang der Kalibrierungszone 9 herstellt. Eine Erhöhung dieser Differenz auf einen Wert, der 1 übersteigt, erhöht jedoch die Walzenpressungen am Austritt aus der Abnahmezone 8 und am Anfang der Kalibrierungszone 9, was mit dem zu gewährleistenden Charakter der kombination von dem Profil des Kalibers 6 und der Mantellinie des Walzdornes 1 zusammenhängt, d. h. je größer die Differenz zwischen den Graden der Parabeln der Mantellinie des Walzdornes 1 und des Profils des Kalibers 6 ist, desto intensiver vermindern sich in bezug auf das Profil des Kalibers 6 die Durchmesser des Walzdornes 1 von einem größeren zu einem kleineren Durchmesser. Folglich entfallen die maximalen Verformungen des Rohres 4 auf die geringe Konizität des Waizdomes 1, was auch minimale entlang der Achse O-O des Walzdornes 1 wirkende Axialkräfte gewährleistet.

Gleichzeitig wird dadurch die Größe der laufenden Verformung des Rohres 4 in der Richtung zu der KaIibrierur.gszone 9 verschoben, was einen Nachteil bildet, der zu einem Anhaften des zu verformenden Metalls an dem Werkzeug führt, d. h. eine Zunahme der Differenz /wischen den Graden der Parabeln auf einen Wert von

z. B. mehr als 1 einschränkt.

Ein mittlerer Wert der Differenz zwischen den Graden der Abwicklung vom Querschnittsprofil des Grundes des Kalibers 6 der Walze 5 und der Parabel der Mantellinie 1 in einer Höhe von etwa 0,55 ist bei minieren durchmesserbezogenen Verformungen des Rohres

4 und bei mittleren Werten der absoluten Größen des Grades sowie auch beim Walzen eines breiten Walzprogramms von Rohren 4 aus Werkstoffen zweckmäßig.

die zum Anhaften am Werkzeug neigen. Das Problem der Erhöhung der Qualität ist für solche Rohre auch recht aktuell. Bei einer Differenz zwischen den Graden der Parabel des Profils des Kalibers und der Parabel der Mantellinie wird bei relativ niedrigen Axialkräften und

IS zulässigen Walzenpressungen auf der gesamten Länge des Walzkalibers und des Walzdornes ein recht hoher Stand der Leistung des Walzwerks und der Qualität der Rohre hinsichtlich der Innenfläche derselben gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Werkzeug für Pilgerwalzwerke hat folgende Arbeitsweise.

Beim Betrieb drehen sich die Walzen 5 und bewegen sich zusammen mit dem Walzgerüst entlang der Achse 0-0 des Walzdornes 1 in eine der Endstellungen, in der das Kaliber 6 der Walze 5 mit dem Rohr 4 in keiner Berührung steht. Der Walzdorn 1 ist mittels des Schaftes 2 an der Stange 3 befestigt und zwischen den Walzen

5 angeordnet. Das vorher auf die Stange 3 aufgesetzte Rohr verschiebt sich mittels eines Rohrwiderlagers (in der Figur nicht wiedergegeben) auf die vorgegebene Länge in Richtung von der Seite £er Reduzierungszone zur Kalibrierungszone 9. Dann laufen die Walzen 5. indem sie eine fortschreitende Bewegung unter gleichzeitiger Drehung um die eigenen Achsen ausführen, mit ihren Kalibern 6 auf das Rohr 4 auf und fangen an, das Rohr 4 von dem Außendurchmesser D_x bis zu einem Durchmesser Ζλ zu verformen.

In dem Abschnitt der Reduzierungszone 7 findet eine Verminderung des Außendurchmessers ohne Vermin derung der Wanddicke des Rohres 4 statt. Dann wird in der Abnahmezone 8 am Abschnitt 8b eine gleichzeitige Durchmesser- und Wanddickenabnahme des Rohres 4 von dem Durchmesser Dj bis zum Durchmesser Dj — auf dem AuBendurchmesser und von dem Innendurch messer d\ bis zum Durchmesser di — auf dem Innen durchmesser verwirklicht. Die Verformung des Rohres

4 in der Abnahmezone 8 in dem Abschnitt 8b wird mit geringen Konizitäten des Walzdornes I verwirklicht, und deshalb wird dabei eine bedeutende Wanddicken abnähme zugelassen. Im Abschnitt 8a der Abnahmezo ne 8 wird die gleichzeitig durchzuführende wanduicken- und durchmesserbezogene Verformung des Rohres 4 von dem Durchmesser D3 bis zum Durchmesser D₄ auf dem Außendurchmesser und von dem Durchmesser cfc bis zum Durchmesser cfj auf dem Innendurchmesser fortgesetzt und beendet In der Kalibrierungszone 9 wird das Rohr 4 auf dem Innen- und Außendurchmesser endgültig geformt, wobei es die vorgegebenen geometrischen Kenndaten und den erforderlichen Stand des

Oberflächenmikroreliefs annimmt. Nachdem die Walze

5 die Kalibrierungszone 9 passiert hat, unterbricht sie ihre Berührung mit dem Rohr 4. Beim Ausbleiben einer Berührung zwischen dem Walzkaliber 6 der Walze 5 und dem Rohr 4 wird eine Drehung des Rohres 4 mit dem Walzdorn 1 um die Längsachse O-O des Walzdornes 1 verwirklicht, und das Rohr 4 bewegt sich entlang der Achse O-O des Walzdornes 1 von dem größeren Querschnitt des Rohres 4 zu dem kleineren Querschnitt

desselben. Dann beginnt die Drehung der Walzen 5 in umgekehrter Richtung, und sie bewegen sich in folgender Reihenfolge: Kalibrierungszone 9, Abnahmezone 8 und Reduzierungszone 7.

Hergestellte Probemuster des erfindungsgemäßen Werkzeugs für Pilgerwalzwerke wurden unter verschiedenen T?mperaturverhäUnis$en beim Walzen von Rohren aus Kohlenstoff-, legierten, hochlegierten Stahlen auf verschiedene Typen und Größen von Pilgerwalzwerken erprobt. Die Ergebnisse der durchgeführten Erprobungen haben bestätigt. daB eine hohe Qualität der Rohre hinsichtlich ihrer Innenfläche bei erhöhten durchmesserbezogenen Verformungen sowie auch beim Walzen von Rohren aus Stahlen und Legierungen mit einer geringen Plastizität einschließlich von Rohren aus Werkstoffen, die zum Anhaften am Walzwerkzeug neigen, gewährleistet werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

to

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Werkzeugkalibrierung für Pilgerwalzwerkzeuge mit einem Walzdorn und mindestens zwei quer zu dessen Längsachse und in gleichem Abstand von diesem angeordneten Walzen, deren Kaliber einen in der Länge veränderlichen Querschnitt besitzen, der aus einer Reduzierungszone, einer Abnahmezone für Wand und Durchmesser und einer Kalibrierungszone besteht, wobei das Dornprofil, dem Kaliberprofil teilweise entsprechend, einen zylindrischen Abschnitt und einen konvex gekrümmten Abschnitt im Bereich der Abnahmezone und einen konkav gekrümmten Abschnitt vor der Kalibrierungszone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibergrund in der Reduzierungszone und in den Abschnitten (8a, 8b) der Abnahmezone von Wand und Durchmesser des Rohres die Form von Parabeln einesOades besitzt, der um eine Größenordnung niedriger als der Grad acr Parabel der entsprechenden Abschnitte der Mantellinie des Walzdornes ist. und daß im ersten Abschnitt (8b) der Abnahmezone die Parabel konkav ausgebildet ist

2. Werkzeugkalibrierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Graden der Parabel der Abwicklung von Querschnittsprofil des Kalibergrundes jeder Walze und der Parabel der Mantellinie des Walzdorns zwischen 0.1 und 1 liegt