DE3105351A1

DE3105351A1 - "verfahren zum biegen einer stahlplatte und formen eines stahlrohres und vorrichtung zur vorbereitung der kante einer stahlplatte fuer ein derartiges verfahren"

Info

Publication number: DE3105351A1
Application number: DE19813105351
Authority: DE
Inventors: Yutaka Tokyo Mihara; Tomoshige Yokohama Kanagawa Sudo
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1980-02-14
Filing date: 1981-02-13
Publication date: 1981-12-17
Also published as: JPS56114530A; JPS5949096B2; IT8119793A0; DE3105351C2; CA1167361A; IT1135494B

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der Kantenvorbereitung einer Stahlplatte an der Längsseitenkante in Längsrichtung mit einem sich anschließenden U-förmigen Umbiegen der Kante bei einem Stahlrohrhcrlungsverfahren, bei dem eine Stahlplatte U-förmig und O-förmig geformt und anschließend zur Zentrierung aufgeweitet wird (UOE-Verfahren). Durch die Erfindung soll insbesondere die Druckkraft zum Biegen eines schmalen Kantenbereiches einer dicken Stahlplatte ausgenutzt werden und soll der zur Verfügung stehende Bereich der Herstellung dicker Stahlrohre erweitert werden.

Bei der Herstellung von Stahlrohren nach dem UOE-Verfahren wird eine Stahlplatte vorher an beiden Seitenkanten durch Schneiden und Formen zum Bilden von Schweißkanten vorbereitet, werden anschließend durch ein U- und O-förmiges Biegen die Kanten stumpf zusammengefügt und daraufhin an einer Schweißnaht verschweißt. Wenn bei dem O-förmigen Biegen die Druckkraft unzureichend ist, werden die Kanten nicht in ausreichendem Maße bei der Preßformung aneinander gefügt und werden die Kantenteile gerade zusammengefügt, so daß sich sogenannte Spitzen ergeben, die außerhalb eines wirklichen Kreises liegen.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird bei dem herkömmlichen Verfahren vor dem U-förmigen Biegen die Stahlplatte an den Längsseitenkanten mit einer bestimmten Krümmung gebogen. Bei einem bekannten Verfahren erfolgt das Biegen einer Stahlkante an den Kanten mittels einer oberen und einer unteren Walze. Dieses Verfahren eignet sich zum Biegen der Kanten von dünnem Stahlmaterial, wenn der Stahl Jedoch dick ist oder dor

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Kantenbereich eine geringe Breite hat, nimmt die Kraft zum Formen der Stahlplatte schnell zu und müssen die Walzen groß ausgebildet werden, da sie starr gehalten werden sollten. Es wird daher eine Preßvorrichtung mit einem oberen und einem unteren Preßstempel, d.h. die sogenannte C-Presse, verwandt, um über einen Öldruck die Platte an den Kanten einem starken Preßdruck auszusetzen, wobei jedoch bei einer starken Platte ein äußerer Kantenteil des unteren Preßstempels durch die plastische Verformung aufgrund der Reaktionskraft der Platte entweicht, so daß ein Zwischenraum zwischen einer Kante an der Oberfläche der Platte und einem äußeren Teil des oberen Preßstempels gebildet und die' Stahlplatte an dieser Kante nicht mit einer Kraft beaufschlagt wird. Die Stahlplatte wird daher nur an den Teilen dem Preßdruck ausgesetzt, der mit den Preßstempeln in Kontakt steht. Das Biegemoment ist daher nicht effektiv wirksam, so daß nach dem Biegevorgang gerade Teile an den Enden der Seitenkanten bleiben, was zu der Spitzenbildung führt.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist in der Japanischen Patentanmeldung No. 53-135 877 eine Biegevorrichtung beschrieben, bei der eine Stahlplatte an einer ihrer Seitenkanten zwischen einer Preßpatrize und Preßmatrize gehalten wird, wobei letztere drehbar um einen Drehpunkt gehalten ist, der vertikal bewegt werden kann.

Bei dieser Vorrichtung ist es möglich, die Preßbelastung an der Stahlplatte am Endteil der Seitenkante mittels der Matrize zu konzentrieren, so daß das gewünschte Biegen mit einer Vorrichtung erreicht werden kann, die jedoch unvermeidlich ein großes Format hat, um die Patrize, die durch den Drehpunkt gehalten ist, nach oben zu bewegen.

Durch die Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen einer Stahlplatte geliefert werden, so daß der Ein-

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bau einer einfacheren Einrichtung möglich ist, mit der das Biegen wirksam,ohne mehr Kraft als üblich zu benötigen, durchgeführt werden kann.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht das Kantenbiege

verfahren mittels herkömmlicher Walzen,

Fig. 2 in einer Seitenansicht das Kantenbiege

verfahren mittels einer herkömmlichen Preßformung,

Fig. 3 in einer Seitenansicht ein Kantenbiege

verfahren mittels einer Kurvenflächeneinrichtung, das vor dem erfindungsgemäßen Verfahren entwickelt wurde,

Fig. 4 in einer Seitenansicht eine Vorrichtung

zur Verwendung bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 in einer Seitenansicnt die Wirkung .des

Preßbiegemomentes gemäß der Erfindung,

Fig. 6 in einer erläuternden Ansicht die Pro

portionalität der auf die Matrize wirkenden Kraft,

Fig. 7 eine Vergleichsansicht zwischen dem er-

findungsgemäöen Verfahren und dem herkömmlichen Verfahren über den möglichen

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Kantenbiegebereich, und

Fig. 8 eine Vergleichsansicht zwischen dem er-

i findungsgemäßen Verfahren und dem her

kömmlichen Verfahren bezüglich des zur Verfügung stehenden Bereiches bei der Herstellung von Stahlrohren mit großer Stärke.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes Verfahren, bei dem eine Stahlplatte 3 an ihren Kanten mittels einer oberen Walze 1 und einer unteren Walze 2 gebogen wird. Dieses Verfahren eignet sich zum Biegen der Kanten einer dünnen Stahlplatte, falls die Stahlplatte jedoch dick ist, oder die Breite des Kantenbereiches klein ist, nimmt die zum Biegen erforderliche Kraft zu, so daß die Walzen sehr groß werden, da sie starr gehalten werden sollten. Es wird daher eine Preßvorrichtung verwandt, die in Fig. 2 dargestellt ist und die einen oberen Preßstempel 4 und einen unteren Preßstempel 5 aufweist, um über einen Öldruck die Stahlplatte an den Kanten einem starken Preßdruck auszusetzen, wobei jedoch bei dieser Vorrichtung bei einer starken Stahlplatte ein äußerer Kantenbereich 5a des unteren Preßstempels 5 durch plastische Verformung aufgrund der Reaktionskraft der Platte entweicht, so daß ein Zwischenraum 6 zwischen dem oberen Kantenteil der Platte und dem oberen Preßstempel 4 gebildet wird und an dieser Kante die Kraft nicht auf die Stahlplat te wirkt. Die Stahlplatte wird dem Preßdruck daher nur an den Teilen ausgesetzt, die den Preßstempeln 4 und 5 entsprechen. Ein wirksames Biegemoment wirkt daher nicht auf die Stahlplatte, so daß nach dem Biegevorgang gerade Teile an den Enden der Seitenkanten bleiben.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist bereits eino Biegevorrichtung vorgeschlagen worden, bei der in der in Fig. 3 dargestellten Weise die Stahlplatte an der Seitenkante z^ic-hc

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einer Patrize 7 und einer Matrize 8 gehalten wird, die drehbar um einen Drehzapfen 9 gehalten ist, der nach oben bewegbar ist.

Bei dieser Vorrichtung ist es möglich, die Druckbelastung an der Stahlplatte an den Endteil der Seitenkante mittels der Matrize 8 zu konzentrieren, so daß das gewünschte Biegen erreicht werden kann, eine Vorrichtung, die die Patrize 8, die durch den Drehzapfen 9 gehalten ist, nach oben bewegt, ist jedoch unvermeidlich großformatig.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung beschrieben. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, ist eine Stahlplatte 3 nahezu horizontal zwischen Klemmeinrichtungen 10.. und 10g gehalten und eine Patrize 12, die an einer oberen Befestigung 11 befestigt ist,ist auf der Seitenkante 3a der Stahlplatte angeordnet, wobei sich eine Matrize 13 darunter befindet. Die Kurvenform der Patrize 12 hat eine bestimmte Krümmung, die mit der herzustellenden Krümmung übereinstimmt,und die Kurvenform der Matrize 13 weist eine Krümmung auf, deren Radius gleich oder größer als die Kurvenform der Patrize ist, wobei die Matrize 13 vorzugsweise einen Krümmungsradius hat, der größer als dieSumme der Stärke der Stahlplatte und des Krümmungsradias der Kurvenform der Patrize ist.

Die Matrize 13 ist fest auf einer Oberfläche eines Bettes 14 angebracht, dessen eines Ende drehbar um einen Drehzapfen 15 angelenkt ist, der an der Innenseite und unter der Seitenkante 3a der Stahlplatte liegt, und dessen anderes Ende als Arbeitsteil 16 dient, der sich über die Seitenkante 3a nach außen erstreckt. Unter dem Arbeitsteil 16 ist eine Hochdrückeinrichtung 17 vorgesehen, die eine Ölzylinderkolbeneinrichtung unfaßt. Durch die Arbeit der Hochdrückeinrichtung 17 wird das Bett 14 mit der Matrize 13 um den Drehzapfen 15 geschwenkt.

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Wenn die Seitenkante 3a der Stahlplatte 3 unter der Patrize 12 angeordnet ist, wird die Stahlplatte 3 zwischen den Klemmeinrichtungen 1O₁ und 10p so gehalten, daß die Höhe konstant bleibt. Unter diesen Umständen "bewegt sich die Hochdrückeinrichtung 17 nach oben und drückt die Hochdrückeinrichtung 17 den Arbeitsteil 16 des Bettes 14 nach oben, so daß sich die Matrize 13 um den Drehzapfen 15 nach oben bewegt, der weiter innen als die Seitenkante 3a liegt,und dadurch das Biegen der Seitenkante erfolgt. Da hinsichtlich dieses Biegens der Drehzapfen 15 des Bettes 14, das die Matrize 13 trägt, weiter innen als die Seitenkante 3a und unter der Seitenkante 3a angeordnet ist, kommt das innere Ende des Kurventeils der Matrize 13, d.h. ein Teil in der Nähe des Drehzapfens 15, mit der Seitenkante 3a in Kontakt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der Druckpunkt an der Seitenkante 3a bewegt sich in der Folge nach außen, während die Matrize 13 angehoben wird. An der höchsten Stelle, die in Fig, 5 dargestellt ist, ist die Kraft des Kurventeils, die auf die Seitenkante 3a wirkt, weiter zum Mittelpunkt der Krümmung der Patrize 12 orientiert.

Fig. 6 zeigt den Anteil der Kraft, der auf den Drehteil der Matrize 13 wirkt. Wenn angenommen wird, daß der Anteil der effektiven Kraft zum Biegen gleich Q ist und der Reibungskoeffizient an der Tangente zur Seitenkante 3a gleich μ ist, so ist die Reibungskraft μΟ. und

μ = tani/"
Die -us Q und μθ resultierende Kraft ist daher

Wenn andererseits angenommen wird, daß die Druckkraft, die auf die Hochdrückeinrichtung 17 wirkt, gleich P ist, so i.jt eier Anteil P. der Kraft in vertikaler Richtung bei A und B gleich

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P₁ = P

und ist der Anteil R₁ der Kraft R in vertikaler Richtung bei A und B gleich

R₁ = R cos Θ.

Aus dem Anteil des Kraftmomentes, das am Punkt A wirkt, ergibt sich

R₁I₁ - P₁I₂

j Q , cos θ · Ij. = Ρ· cos o£ · I ⁴ * cosv- '

cos θ 1_Λ

' ρ/η _β . —L

• · *'" cosiT * cos cc τ

Je kleiner I₁A₂ ist, umso kleiner wird daher der Wert von P/0, so daß die für dieselbe Biegung erforderliche Druckkraft kleiner wird.

In Fig. 6 zeigt Pa die Kraft, die auf den Drehzapfen 15 wirkt, wobei Pa₁ sowie Pa₂ die Kraftanteile von Pa bezeichnen.

Da erfindungsgemäß der Kontaktpunkt am Ende der Seitenkante der Stahlplatte liegt, wenn die Matrize 13 durch ein drehendes Bett 14 angehoben ist, ist es möglich, das Biegemoment am Endteil zu konzentrieren, so daß der Biegevorgang am Ende der vorbestimmten Krümmung erfolgen kann, ohne den in Fig. 2 dargestellten Zwischenraum zu erzeugen. Da die Preßkraft wirksam das Schwenken des Bettes 14 ausnutzt, das zum Biegen erforderlich ist, reicht eine geringe Last aus und kann die erfin-

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dungsgemäße Vorrichtung, verglichen mit der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung, einen einfacheren Aufbau haben und praktischer zu handhaben sein.

Fig. 7 zeigt den Unterschied in der Verteilung der Krümmung nach der Herstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach einem herkömmlichen Verfahren zur Erzielung eines Krümmungsradius von 40 cm bei einer Preßkraft von 1500 t bezüglich einer Stahlplatte mit einer Stärke von 25,4 mm. Auf der Abszisse ist der Abstand vom Ende der Seitenkante der Stahlplatte aufgetragen, während auf der Ordinate die Krümmung der Stahlplatte aufgetragen ist. Eine ausgezogene Linie zeigt das erfindungsgemäße Verfahren und eine unterbrochene Linie zeigt das bekannte Verfahren. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Biegeformung bis zu einem Teil näher am Ende der Platte gebildet wird.

Fi.g 8 zeigt einen Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem herkömmlichen Verfahren bezüglich des zur Verfügung stehenden Bereiches der Stärke der Stahlplatten und des Außendurchmessers bei Verwendung einer Preßantriebsquelle. Auf der Abszisse ist die Stärke der Stahlplatte aufgetragen, während die Ordinate den Außendurchmesser zeigt, wobei eine ausgezogene Linie den zur Verfügung stehenden Bereich beim erfindungsgemäßen Verfahren darstellt, während eine unterbrochene Linie den zur Verfügung stehenden Bereich beim bekannten Verfahren darstellt. Es ist ersichtlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der zur Verfügung stehende Bereich zur Herstellung eines Stahlrohres bei gleichem Preßvermögen breiter ist.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

3/Li

P-81130-598

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha, Tokyo Japan

Verfahren zum Biegen einer Stahlplatte und Formen eines Stahlrohres und Vorrichtung zur Vorbereitung der Kante einer Stahlplatte für ein derartiges

Verfahren

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Biegen einer Stahlplatte an den Längsseitenkanten, die durch Schneiden vorbereitet sind, und zum Formen zur Herstellung eines Stahlrohres gemäß eines Herstellungsverfahrens, bei dem eine Stahlplatte U-förmig und O-förmig gebogen und anschließend aufgeweitet wird, mittels einer Preßformung mit einer bestimmten Krümmung, so daß an der Naht nach der Q~£örmigen Biegung keine Spitzenbildung auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseitenkanten zwischen einer gekrümmten Patrize und einer gekrümmten Matrize gehalten werden, die bestimmte Krümmungen aufweisen, daß die Patrize 130051/0604

fest angebracht wird und die Matrize auf einem Bett angeordnet wird, deren eines Ende schwenkbar um einen Drehzapfen gelagert ist, der weiter innen als die Seitenkante der Stahlplatte liegt, und deren anderes Ende als Arbeitsteil dient, der sich über die Seitenkante nach außen hinaus erstreckt, und daß der Arbeitsteil um den Drehzapfen gegen die Patrize gedreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Druckpunkt der Matrize an der Seitenkante nach und nach nach außen bewegt, während die Matrize angehoben wird.
3. Vorrichtung zur Kantenvorbereitung für ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlrohres, bei dem eine Stahlplatte U- und O-förmig gebogen und anschließend aufgeweitet wird, gekennzeichnet durch eine Klemmeinrichtung, die horizontal dazwischen eine Stahlplatte hält, eine Patrize, die über der Oberfläche der Stahlplatte angeordnet ist, eine Matrize, die unter der Unterfläche der Stahlplatte angeordnet ist, ein Bett, auf dem die Matrize fest angebracht ist, einen Drehzapfen, der schwenkbar das Bett an einem Ende hält und weiter iimen als die Seitenkante der Stahlplatte angeordnet ist, und eine Ho^hdrückeinrichtung, die vertikal das Bett am anderen Ende um den Drehzapfen bewegt, wobei sich das Bett über die Seitenkante der Stahlplatte hinaus nach außen erstreckt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Patrize einen bestimmten Krümmungsradius hat, der mit dem herzustellenden Krümmungsradius übereinstimmt, und daß die Krümmung der Matrize einen Krümmungsradius hat, der gleich oder größer als der Krümmungsradius der Krümmung der Patrize ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize einen Krümmungsradius hat, der größer als die Summe der Stärke der Platte und des Krümmungsradius der Patrize ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdrückvorrichtung eine Öldruckzylinderkolbeneinrichtung umfaßt.

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