DE3005372C2

DE3005372C2 - Werkzeugkalibrierung für Kaltpilgerwalzwerke

Info

Publication number: DE3005372C2
Application number: DE19803005372
Authority: DE
Inventors: Edgar Dr.-Ing. 4050 Mönchengladbach Dietrich; Horst Ing.(Grad.) 4156 Willich Stinnertz
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1980-02-11
Publication date: 1982-02-11
Also published as: FR2475427A1; FR2475427B1; DE3005372A1; JPS5919767B2; JPS56128606A

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugkalibrierung für Kaltpilgerwalzwerke gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bekannt durch die DD-PS 1 28 088. Bei der bekannten Werkzeugkalibrierung bestehen die charakteristischen Merkmale der Werkzeuge darin, daß ein im wesentlichen mit einer konkaven Kontur versehener Pilgerdorn (Walzdorn) einlaufseitig mit einer kurzen konvexen Zone versehen ist. Vor dieser konvexen Zone des Pilgerdornes soll die Abwicklung des Kalibergrundes der Pilgerwalze eine konkave Zone aufweisen, um die freie Durchmesserreduktion luppenseitig, d. h. einlaufseitig, bereits vor der konvexen Zone des Pilgerdornes zu beenden. Der konvexe Dornteil dient dabei lediglich zur Minimierung des Bereiches der Hohlverformung, wobei je nach Luppentoleranzlage dort schon eine teilweise Reduzierung der Wandstärke beginnen kann, die aber im wesentlichen im konkaven Bereich erfolgt.

Moderne Kaltpilgerwalzwerke mit Drehmomenten- und Massenausgleich und mit Ringkalibern lassen immer höhere Reduktionen von Rohrdurchmesser und Rohrwand zu. Die Vorschübe und Leistungen konnten wesentlich erhöht und der Rückhub auch für eine nennenswerte plastische Verformung nutzbar gemacht werden. Insbesondere bei großen Durchmesserreduktionen und immer dann, wenn verfahrensbedingt auch der Rückhub zur Verformung mitverwendet wird, wie es durch Drehen und/oder Vorschieben ganz oder

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65 teilweise im Auslauftotpunkt geschieht, stellen die beim Walzen auftretenden Längskräfte, bei der dem Stand der Technik entsprechenden Kalibrierung der Werkzeuge, eine Grenze weiterer Leistungssteigerungen dar.

Aus der Literaturstelle DE-»Stahl u. Eisen« (90,1970, Nr. 3.5. Februar. S. 103— 111, insbesondere F i g. 4 und 5 und S. 108) ist zu entnehmen, daß die Dornkräfte durch die Dorn- bzw. Walzen-Kalibrierung gezielt derart beeinflußbar sind, daß maximal vorgebbare Dornkräfte nicht überschritten werden. Für Einzelfälle wird allerdings nur eine genaue Abstimmung zwischen Durchsatzsteigerung und Maschinenbeanspruchung empfohlen.

Aufgabe der Erfindung ist es, für die bezüglich der auftretenden Längskräfte problematischen Verfahrensfälle eine Werkzeugkalibrierung zu finden, bei der die Längskräfte nennenswert reduziert werden, ohne daß andere wichtige Verfahrensparameter in Frage gestellt sind.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 niedergelegten Maßnahmen.

Auf Weiterentwicklungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen sei verwiesen.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß sich die zu leistende Verformungsarbeit besser auf die gesamte Werkzeuglänge verteilt, wodurch Walzdruckspitzen und dam't Spitzen in den Horizontalkomponenten abgebaut werden. Somit wird das bei der Kalibrierung nach dem Stand der Technik gegebene zeitliche Aufeinanderfallen der die Längskräfte hervorrufenden Einflüsse zeitlich so entzerrt, daß die verbleibenden Längskräfte ohne Verletzung anderer technologischer Erfordernisse wesentlich reduziert werden. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die F i g. 6, 7 und 8 erläuternd auf die Kräfteverhältnisse eingeben. Im übrigen zeigt

F i g. 1 eine Werkzeugkalibrierung,

F i g. 2 eine weitere Werkzeugkalibrierung,

F i g. 3 eine weitere Werkzeugkalibrierung,

Fig.4eine Ringkaliberwalze,

Fig. 5 einen Ausschnitt aus einem Ringkaliberwalzenpaar,

F i g. 6 eine Werkzeugkalibrierung gemäß dem Stand der Technik,

F i g. 7 Walzdruckkomponenten beim Schalten im Einlauftotpunkt, und

Fig. 8 Walzdruckkomponenten beim Schalten im Auslauftotpunkt.

In Fig. 1 ist ausschnittsweise ein Walzdorn 1 dargestellt, der eine Längskontur 3 auf seiner Arbeitslänge aufweist, die im vorderen, dem größten Durchmesser des Walzdornes 1 zugeordneten Bereich eine konvexe Kontur 7, im hinteren, dem kleinsten Durchmesser des Walzdornes 1 zugeordneten Bereich eine konvexe Kontur 6 aufweist. Die konvexe Kontur 7 geht im Wendepunkte in die konkave Kontur6 über. Der Wendepunkt 8 liegt dabei in der Mitte der Arbeilslänge des Walzdornes 1.

Die Abwicklung des Kalibergrundes 4 der zugeordneten Ringkaliberwalzen folgt einer nichtlinearen, an die Längskontur des Walzdornes 1 angepaßten Funktion. Es ist ein Rohr 5 sowie dessen Verformung angedeutet. Eine strichpunktierte Linie 9 gibt die Achse des Walzdornes 1 wieder.

Zum Vergleich mit dem Stand der Technik ist durch eine weitere strichpunktierte Linie 10 die Längskontur eines parabolischen Walzdornes und durch eine gestrichelte Linie 11 die Abwicklung des Kalibergrun-

des eines entsprechenden Ringkalibers eingezeichnet

Fig.2 zeigt die anmeldungsgemäße Werkzeugkalibrierung in einem Koordinatensystem, nämlich den Durchmesser D der Längskontur des Walzdornes 1 Ober seine Arbeitslänge L

In Fig.3 ist, um die Steilheit der in Fig.2 dargestellten Kurven zu verändern, die in F i g. 2 dargestellte Kurve einer zur Rohrachse geneigten Geraden 12 überlagert, woraus sich eine Werkzeugkalibrierung geringerer Steigung ergibt Würde man die in F i g. 2 dargestellten Kurven mit einer anders geneigten Geraden 13 überlagern, so würde sich die Steigung erhöhen.

F i g. 4 zeigt eine Ringkaliberwalze 2, die während des Arbeitsprozesses einen Drehwinkel von über 340° ausführt mit einem Einlauftotpunkt ET und einem Auslauftotpunkt AT. Das Arbeitskaliber 14 setzt sich dabei aus einem vom Einlauftotpunkt ET bis zum Wendepunkt 8 reichenden, in der Abwicklung konvexen Abschnitt 15 und einem vom Wendepunkt 8 bis zum Auslauftotpunkt erreichenden konkaven Abschnitt 16 zusammen. Innerhalb des konkaven Abschnittes 16 liegt ein Glättkaliberabschnitt 17. Mit 18 ist der Einlaufkaliberabschnitt bezeichnet.

F i g. 5 zeigt ein Ringkaliberwalzenpaar 2, 2' und die zugeordneten Ritzel 23,23' sowie die größte Kaliberöffnung 19 wie auch die kleinste Kaliberöffnung 20. Mit 21 ist die Fließscheidenlage angedeutet. Die Fließscheidenlage kreuzt den Ritzelteilkreis 22. In dieser Darstellung besteht kein wesentlicher Unterschied zwischen einer anmeldungsgemäßen und einer dem Stand der Technik angehörenden Ausführung.

Im folgenden werden nun die Walzbedingungen behandelt. Fig.6 zeigt im Prinzip eine Werkzeugkalibrierung zum Kaltwalzen von Kupferrohren gemäß dem Stand der Technik, die sinngemäß auch auf andere Rohrwerkstoffe übertragen werden kann. Über der Gesamtkaliberlänge C, die aufgeteilt ist in die Reduzierlänge A und die Glättlänge B, ist die Abwicklung 25 des Kalibergrundes 4 des Außenwerkzeuges, die Fließscheidenlage 21, die Längskontur 24 des Walzdornes 1, die Rohrachse bzv/. Achse 9 des Walzdornes 1, die Abwicklung des Ritzelteilkreises 22 sowie die vertikale Walzkraftkomponente 26 aufgetragen. Die Darstellung läßt klar erkennen, daß der Bereich der maximalen Walzkraft, der größten Kalibersteilheit und dem größten Unterschied von Fließscheidenlage 21 zum Ritzelteilkreis 22 recht konzentriert am Kaliberanfang liegt.

Dies entspricht üblichen Walzbedingungen, insbesondere aber den Walzbedingungen bei einer teilweisen plastischen Umformung auf den Rückhub.

Daß die horizontale Komponente Ph der Walzkraft Pw dann größer ist, wenn im Auslauftotpunkt geschaltet wird, zeigen die F i g. 7 und 8, die auch deutlich machen, daß die vertikale Komponente Pv nicht in gleichem Maße steigt. Dies ergibt sich aus der Verbreiterung der Walzzone Id. In F i g. 8 liegt also ein plastischer Verformungsteil über eine größere gedruckte Länge vor, die eine Veränderung des Antriebswinkels der Walzkraft gegenüber der Walzrichtung bringt, und dadurch die größere horizontale Walzkraft Ph auslöst. Hierdurch klingt an, daß insbesondere bei plastischer Verformung auf dem Rückhub die dem Stand der Technik entsprechenden Kalibrierungen ungünstige Längskraftverhältnisse ergeben und in besonders vorteilhafter Weise durch die anmeldungsgemäße Kalibrierung ersetzt werden können.

Ein Rückblick auf F i g. 4 zeigt schematisch den Einfluß der Lage der Fließscheide 21 gegenüber dem Ritzelteilkreis 22. Am Kaliberanfang, also im Bereich der größten horizontalen Walzkräfte, ist die Kaliberöffnung 19 gegenüber dem Ritzelteilkreis 22 relativ groß, so daß auch die Fließscheide 21 hier auf einem kleineren Kreis gegenüber Walzenmitte als das Ritzel 23 liegt. Das bedeutet, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Ritzels 23, die der Gerüstgeschwindigkeit entspricht, größer ist als die natürliche Rohrgeschwindigkeit, so daß auf Grund dieser Differenzgeschwindigkeit auf dem Rückhub erhebliche Längskräfte im Bereich der großen Kaliberöffnung 19 auftreten. Man kann allerdings, wie aus F i g. 4 ersichtlich, den Ritzelteilkreis 22 nicht beliebig verkleinern, weil sonst die Verhältnisse für den Fertigrohrbereich, dem kleinsten Durchmesser des Kalibers sich unangemessen verschlechtern.

Somit wird wie dargestellt in den vorangegangenen Figuren, ein erheblicher Vorteil erzielt, wobei im Einzelfall und in Abhängigkeit vom Werkstoff zu entscheiden ist, ob die Grundfunktion nach F i g. 2 ausreicht. Bei dieser ist die gezeigte Längskontur 3 aus einer Arcuscotangens-Funktion und einer dieser überlagerten horizontalen Geraden entstanden. Bei der Kalibrierung nach F i g. 3 dagegen ergibt sich die Längskontur 3 aus einer Arcuscotangens-Funktion und einer überlagerten geneigten Geraden 12, wodurch insbesondere ein vorteilhafter Übergang vom Einlaufkaliber in das Arbeitskaliber und vom Arbeitskaliber in den Glätteil erreicht wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Werkzeugkalibrierung für Kaltpilgerwalzwerke, bei welcher der Kurvenverlauf der Abwicklung des Kalibergrundes der Ringkaliberwalzen und die Längskontur des Walzdornes in bezug auf die Dornachse einlaufseitig eine konvexe Kontur aufweisen, die an einem Wendepunkt in eine konkave Kontur übergeht dadurch gekennzeichnet, daß der Wendepunkt (8) des abgewikkelten Kalibergrundes (4) der Ringkalibcrwalze und der Längskontur (3) des Walzdornes (1) in der Mitte der Arbeitsgänge des Walzdornes (1) liegt

2. Werkzeugkalibrierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskontur des Walzdornes (1) einer Arcuscotangens-Funktion folgt

3. Werkzeugkalibrierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arcuscotangens-Funktion der Längskontur des Walzdornes (1) eine zur Dornachse geneigte Gerade (12 oder 13) überlagert ist, die die Dornachse am auslaufseitigen Ende der Arbeitslänge des Walzdornes (1) schneidet.

4. Werkzeugkalibrierung nach Anspruch 1, da- -5 durch gekennzeichnet, daß der Kurvenverlauf der Abwicklung des Kalibergrundes (4) im wesentlichen einer Kurve folgt, die sich aus einer Addition der überlagerten Arcuscotangens-Funktion des Konturverlaufes des Walzdornes (1) für die Innendurchmesserreduktion und einer Parabelfunktion für die Außendurchmesserreduktion ergibt.

5. Werkzeugkalibrierung räch einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glättkaliber in die gewählten Kurvenfunktionen der Kaliber einbezogen ist.