DE3323221A1

DE3323221A1 - Verfahren zur herstellung von gestaengerohr

Info

Publication number: DE3323221A1
Application number: DE19833323221
Authority: DE
Inventors: Chihiro Hayashi; Kazuyuki Hyogo Nakasuji
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-06-30
Filing date: 1983-06-28
Publication date: 1984-01-05
Anticipated expiration: 2003-06-29
Also published as: GB2124118B; GB2124118A; FR2529482B1; AU1628783A; IT1203829B; GB8317787D0; AU564031B2; US4510787A; DE3323221C3; SE450874B; IT8367713A0; SE8303710L; SE8303710D0; ATA239283A; DE3323221C2; AT393805B; FR2529482A1; CA1214952A

Description

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Verfahren zur Herstellung von Gestängerohr

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gestängerohren. Der Begriff "Gestängerohr" ("hollow rods") bezeichnet hierin allgemein extra-dickwandige Hohlstäbe desjenigen Typs, die in
Stabwalzwerken in großem Umfang hergestellt werden, und insbesondere solche Stäbe bzw. Gestänge, die ein Verhältnis Wandstärke zu Durchmesser (im Folgenden als T/D bezeichnet) von 25 % oder darüber aufweisen und die nicht in irgendeinem bestehenden Dornwalzwerk zu nahtlosen Rohren verarbeitet werden können. Typisch für solche Stäbe sind diejenigen, die für die Herstellung von Ölbohrer-Schwerstangen verwendet werden.

Die Herstellung der Gestängerohre der genannten Art wird herkömmlicherweise entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 durchgeführt, die schematisch ein übliches Verfahren zur Herstellung von Gestängerohren zeigt. Danach wird ein Knüppel B. durch ein Walzwerk 31 zu einem quadratischen Knüppel B- mit spezifizierten Abmessungen umgeformt (Fig. 1 (a)); der quadratische

Knüppel B wird mittels eines Bohrers 32 unter Bildung eines quadratischen Hohlknüppels B, zentral gelocht (Fig. 1 (b) ) ? dann wird ein Dorn 33 aus einem Mangan-Stahl in den Hohlknüppel B₃ eingeführt (Fig. 1 (c)); der Hohlknüppel B- mit dem so eingesetzten Dorn 33 wird in einem Heizofen 34 auf eine spezielle Temperatur erhitzt (Fig. 1 (d) ) ; danach wird er durch ein Stabwalzwerk 35 geschickt, das aus mehr als zehn Walzgerüsten besteht, von denen jedes Kalibrierwalzen 35a trägt, um den Hohlknüppel B- fertig zu bearbeiten, so daß er den

gewünschten Durchmesser und die gewünschte Wandstärke aufweist (Fig. 1 (e)); der Dorn 33 wird aus dem Hohlknüppel B- entfernt, und letzterer wird auf die vorgesehene Länge geschnitten (Fig. 1 (f)); anschließend
wird der Hohlknüppel B_ mittels einer Richtmaschine 36 gerichtet, wonach das Gestängerohr B₄ als fertiges Erzeugnis erhalten wird (Fig. 1 (g)) .

Dem herkömmlichen Herstellungsverfahren, wie es oben beschrieben ist, haften die folgenden Probleme an:
(1) Der Hohlknüppel B₃ wird gewalzt mit dem darin eingeführten Dorn 33, einem inneren Kalibrierwerkzeug, und da der Dorn 33 einer plastischen Verformung unterliegt, ist das Produkt in bezug auf seine Rundung nicht zufriedenstellend und anfällig
für eine Exzentrizität der Wand;

(2) das Produkt zeigt in beträchtlichem Maße Schwankungen des Innendurchmessers, was bedeutet, daß auch die Wandstärke Schwankungen unterliegt, und dementsprechend ist seine Maßhaltigkeit insgesamt

gering; und

(3) der Dorn 33, der der plastischen Verformung unterliegt, ist nach dem Gebrauch zu verwerfen, und demgemäß ist der Werkzeugbedarf der Einheit kostenaufwendig und unwirtschaftlich.

Im Hinblick auf die Oberwindung einer dieser Schwierigkeiten oder des Nachteils, daß aufgrund des Einsatzes eines Dorns der Werkzeugbedarf der Einheit kostenaufwendig ist, wurde vorgeschlagen, Gestängerohre auf folgende Weise herzustellen: Ein Vorblock wird mittels

eines Preßhohlwalzwerks zu einem Hohlkörper gelocht, und dann werden die Maße des Hohlkörpers dadurch reduziert, daß er durch ein kontinuierliches Walzwerk mit

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Kalibrierwalzen ova1-runder Bauart, die in einem alternierenden horizontal-vertikalen Muster angeordnet sind, ohne Verwendung eines Werkzeugs für die Innenkalibrierung hindurchgeschickt wird (JP-Patent Kokai 114 407,
Showa 55).

Versuche seitens der Anmelderin haben jedoch erwiesen, daß es mit einem derartigen Verfahren außerordentlich schwierig ist, eine hinreichende Rundung zu erzielen, wenn zwei Walzgerüste der Bauart eines Stopfenwalzwerks mit Kalibrierwalzen eingesetzt werden. Es wurde ebenfalls bestätigt, daß beim Einsatz eines Block-Walzwerks des Dreiwalzen-Typs mit Kalibrierwalzen eine bessere Rundung erreicht werden kann als in dem Fall, in dem ein solches des Zweiwalzen-Typs eingesetzt wird, daß

jedoch auch eine solche Verfahrensweise ihre Grenzen hat.

Neben dem beschriebenen Verfahren ist eines bekannt, das dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ähnelt, nämlich dasjenige der US-PS 374 703 mit dem Titel

"Rolls for reducing and tapering tubes and rods" (13. Dezember 1887). Jedoch sind die dort eingesetzten Walzen in bezug auf ihre Form und die Beziehung zwischen dem Schrägwinkel und der jeweiligen Lage des Walzenteiis mit dem größeren Durchmesser verschieden von

denen gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein anderes Verfahren, das demjenigen der vorliegenden Erfindung ähnlich ist, ist aus der US-PS 3 495 429 mit dem Titel "Method for reduing tubes, especially thick-walled tubes, and means for practicing the method" (17. Februar 1970) bekannt. Dieses Verfahren unterscheidet sich jedoch von dem gemäß der vorliegenden Erfindung in der

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Form der Walzen und dadurch, daß gemäß der vorliegenden Erfindung der Innendurchmesser eines Gestängerohres nicht verringert wird.

Ein weiteres Verfahren ähnlich demjenigen der vorliegenden Erfindung ist aus der DE-OS 31 28 055 der Anmelderin mit dem Titel "Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Metallrohren" bekannt. Dieses frühere Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß eine in der Bearbeitung befindliche Rohrluppe mittels eines Hohlwalzwerks mit drei oder vier Walzen, die um eine Walzbahn herum angeordnet sind, und ohne die Verwendung von Werkzeugen für die Innenkalibrierung der Verringerung des Außendurchmessers unterworfen werden, wobei die Achsen der Walzen geneigt sind oder geneigt werden

können, so daß die Wellenenden an beiden Seiten der Walzen dicht bei der Walzbahn oder aber von dieser entfernt bleiben, wobei die Achsen der Walzen so geneigt sind, daß sich die Wellenenden auf den betreffenden Seiten der Walzen in Umfangsrichtung auf ein und der-

selben Seite der in Bearbeitung befindlichen Rohrluppe gegenüberstehen.

Mit anderen Worten beruht das Prinzip des genannten Verfahrens darauf, daß dann, wenn die Rohrluppe eine gewisse Exzentrizität der Wand aufweist, bei der Ver-

ringerung ihres Außendurchmessers und der dadurch bewirkten Erhöhung der Wandstärke der Grad der Zunahme der Wandstärke in einem Teilstück mit dünner Wandstärke größer ist als in einem Teilstück mit dicker Wandstärke, so daß dadurch eine gleichmäßigere Wandstärke der

Rohrluppe erzeugt wird. Aufgrund von Versuchen der Anmelderin läßt sich jedoch eine solche Angleichung der

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Wandstärke nur dann erzielen, wenn T/D weniger als 25 % ist, und tatsächlich wurde bestätigt, daß es dann, wenn T/D 25 % oder mehr als 25 % beträgt, physikalisch unmöglich ist, die Wandstärke mittels einer Verringerung des Außendurchmessers nach dem früheren Verfahren zu erhöhen. Das bedeutet, daß das Verfahren jener früheren Anmeldung nur für eine Anwendung vorgsehen ist, bei der T/D weniger als 25 % ist. Auf der anderen Seite ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dort einsetzbar, wo T/D 25 % oder mehr beträgt. Während weiterhin das frühere Verfahren ein solches zur Verringerung des Durchmessers ist, bei dem die Wandstärke erhöht wird, zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Längung zu bewirken, so daß die Wandstärke ebenso wie der Außendurchmesser vermindert wird. Hieraus wird deutlich, daß die beiden Verfahren sich auf vollständig unterschiedliche Gegenstände beziehen.

Die vorliegende Erfindung entstand vor dem erwähnten technischen Hintergrund. Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Gestängerohren verfügbar zu machen, das kein Werkzeug für die Innenkalibrierung erfordert und demnach frei von diesbezüglichen wirtschaftlichen Belastungen ist und das es ermöglicht, Gestängerohre mit hoher Maßhaltigkeit sowohl in bezug auf die Wandstärke als auch in. bezug auf den Außendurchmesser herzustellen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Gestängerohren verfügbar zu machen, das die Herstellung eines Erzeugnisses ermöglicht, das den geforderten Abmessungen ent-

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spricht, ohne daß die mechanischen Eigenschaften des Materials, aus dem das Erzeugnis besteht, nachteilig beeinflußt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Gestängerohren umfaßt einen Arbeitsgang des Lochens, bei dem ein Rundknüppel durch maschinelle Bearbeitung oder plastische Verformung zu einem Hohlkörper gelocht wird, und einen Arbeitsgang des Längens, bei dem sowohl der äußere Durchmesser als auch die Wandstärke des Hohl-

körpers auf die gewünschten Werte der Abmessungen verringert werden, so daß dieser in ein Gestängerohr mit einem Verhältnis Wandstärke zu Durchmesser von 25 % oder darüber umgewandelt wird,
wobei der Arbeitsgang des Längens durchgeführt wird mit Hilfe eines Walzwerks mit drei oder vier um eine Walzbahn für den in Bearbeitung befindlichen Hohlkörper angeordneten Walzen vom Kegel-Typ und ohne irgendein Werkzeug für die Herstellung der Innenabmessung, wobei die Walzen derart beschaffen sind, daß sich ihre Durchmesser geradlinig längs ihrer Achsen verändern lassen, wobei das Hohlwalzwerk eines vom Typ mit solchermaßen gekreuzten Walzen ist, daß die Achsen der Walzen geneigt sind oder geneigt werden können um einen Schrägwinkel |p, so daß die Wellenenden an beiden Seiten der

Walzen dicht bei der Walzbahn oder aber von dieser entfernt bleiben, wobei die Achsen der Walzen so um einen Vorschubwinkel ß geneigt sind, daß sich die Wellenenden auf den betreffenden Seiten der Walzen in ümfangsrichtung auf ein und derselben Seite des in Bearbeitung

befindlichen Hohlkörpers gegenüberstehen.

Die vorgenannten und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.

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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens aufgrund der Abfolge der einzelnen Arbeitsgänge.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der Abfolge der einzelnen Arbeitsgänge.

Fig. 3 (a) zeigt eine schematische Darstellung der Ansicht von vorn eines Walzwerks, das beim Arbeiten gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.

Fig. 3 (b) zeigt eine schematische Darstellung im Schnitt längs der Linie b - b in der Fig. 3 (a).

Fig. 3 (c) zeigt eine schematische Seitenansicht längs der Linie c - c in der Fig. 3 (b) .

Fig. 4 (a) zeigt eine schematische Darstellung der Ansieht von vorn eines anderen Walzwerks, das beim Arbeiten gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.

Fig. 4 (b) zeigt eine schematische Darstellung im Schnitt längs der Linie b - b in der Fig. 4 (a).

Fig. 4 (c) zeigt eine schematische Darstellung im
Schnitt längs der Linie c - c in der Fig. 4 (b).

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Schrägwinkel und dem Vorschubwinkel und den Bohrungsdurchmessern der Gestängerohre.

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Fig. 6 (a) zeigt eine Schnittansicht eines Gestängerohres , das hergestellt ist mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 (b) zeigt eine Schnittansicht eines Gestängerohres, das hergestellt ist mittels des herkömmlichen Verfahrens .

Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Schrägwinkel und dem Vorschubwinkel und den mechanischen Eigenschaften der Gestängerohre.

Fig. 8 zeigt die Konturen eines mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Gestängerohr-Probekörpers für die Bestimmung der Eigenschaften im Zugversuch.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird

unter bezug auf die Zeichnungen, die seine Arbeitsweise veranschaulichen, im einzelnen beschrieben. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung verschiedener Stufen des Verfahrens zur Herstellung von Gestängerohren gemäß der vorliegenden Erfindung (im Folgenden auch als "dieses Verfahren" bezeichnet) in ihrer zeitlichen Abfolge. Ein Rundstab A₁ (der ein Rundknüppel sein kann) mit einem spezifizierten Durchmesser wird hergestellt, wie er in der Fig. 2 (a) dargestellt ist. Der Rundstab A₁ wird mittels einer mechanischen Bearbeitung unter

Verwendung eines Bohrers 1 zu einem Hohlkörper A₂ gelocht, wie dieses in der Fig. 2 (b) dargestellt ist. Nach dem Erhitzen auf eine spezielle Temperatur, wie dieses in der Fig. 2 (c) dargestellt ist, wird der Hohlkörper A_ mittels eines Walzwerks 4 dem Längen unterworfen, wie dieses in der Fig. 2 (d) dargestellt

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ist. Alternativ wird der zugeführte Rundstab A. zuerst in einem Heizofen 2 auf eine spezielle Temperatur erhitzt, die für eine plastische Bearbeitung geeignet ist/ wie dieses in der Fig. 2 (b¹) dargestellt ist, und anschließend wird der erhitzte Rundstab A- mit Hilfe eines Extruders 3 zu einem Hohlkörper A₂ zentral gelocht, wie dieses in der Fig. 2 (c¹) dargestellt ist. Der Hohlkörper A₂ wird dann mittels des Walzwerks 4 dem Längen unterworfen, wie es in der Fig. 2 (d) darge-

stellt ist. Der gelängte Hohlkörper wird in Gestängerohre A- von spezifizierter Länge geschnitten, wie dieses in der Fig. 2 (e) dargestellt ist. Das Walzwerk 4 ist eines mit einer solchen Anordnung, wie sie in den Figuren 3 (a), (b) und (c) dargestellt ist. Fig. 3 (a) zeigt eine schematische Darstellung der Ansicht von vorn mit einem in dem Walzwerk 4 in Bearbeitung befindlichen Hohlkörper A₂, gesehen von der Eintrittsseite des Hohlkörpers her. Fig. 3 (b) zeigt einen Schnitt längs der Linie b - b in der Fig. 3 (a), und Fig. 3 (c) zeigt eine Seitenansicht längs der Linie c - c in der Fig. 3 (b) . Jede der Walzen 41 besitzt eine Kehle 41a benachbart ihrem einen axial orientierten Ende, wobei der Durchmesser der Walze sich von der Kehle 41a geradlinig zu dem einen Ende der Welle hin verringert und

sich von der Kehle her zu dem anderen Ende der Welle hin geradlinig oder in Form einer bogenförmigen Linie vergrößert, so daß die Walze im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes mit einer Eintritts-Oberfläche 41b und einer Austrittsoberfläche 41c besitzt. Die Walzen

sind so angeordnet, daß ihre jeweiligen Eintritts-Oberflächen 41b auf der stromaufwärtigen Seite der Walzen relativ zu der Bewegungsrichtung des Hohlkörpers A„ liegen. Weiterhin sind die Walzen 41 im wesentlichen im

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gleichen Abstand um eine Walzbahn X-X des Hohlkörpers A₂ herum angeordnet, wobei Schnittpunkte 0 jeweils zwischen der Geraden der Walzenachse Y-Y und der Ebene durch die Kehle 41a (der betreffende Schnittpunkt wird im Folgenden als Einstellmittelpunkt der Walze bezeichnet) auf einer Ebene liegen, die senkrecht zu der Walzbahn X-X verläuft, so daß die Geraden der Achsen Y-Y jeder Walze, deren beide Endabschnitte der Wellen 4Id und 41e durch Lager gehalten werden, die nicht eingezeichnet sind, in dem Einstellmittelpunkt der Walze 0 die Walzbahn X-X unter einem bestimmten Winkel Jf (im Folgenden als Schrägwinkel bezeichnet) schneiden, so daß das vordere Ende der Walze, wie es im Aufriß zu sehen ist, d.h. das vordere Ende der Welle der Walze in der Nähe der Walzbahn X-X verbleibt. Außerdem ist aus der Fig. 3 (a) , in der drei Walzen 41 in ihrer Anord~ nung zueinander dargestellt sind, und aus der Fig. 3 (c) , in der eine Winkelbeziehung dargestellt ist, zu entnehmen, daß die Walzen 41 in solcher Weise angeord-

net sind, daß sie unter einem bestimmten Winkel ß (im Folgenden als Vorschubwinkel bezeichnet) geneigt sind, so daß ihre jeweiligen vorderen Enden der Wellen einer ümfangsrichtung des Hohlkörpers A₂ gegenüberstehen.

Die Walzen 41 sind mit einer nicht dargestellten An-

triebsquelle verbunden und werden in Richtung der in der Fig. 3 (a) eingezeichneten Pfeile gedreht, so daß ein Hohlkörper A₂, der in die Lücke zwischen den Walzen 41 eingefädelt ist, längs der Walzbahn fortbewegt wird und sich dabei um deren Achse dreht. Das heißt, daß der Hohlkörper A₂ während der schraubenartigen Fortbewegung unter schwerwiegender Verkleinerung gelängt wird, und zwar sowohl unter Verringerung des Durchmessers als

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auch unter Verringeruung der Wandstärke. Die Fig. 4 (a) , 4 (b) und 4 (c) zeigen eine andere Anordnung für den Arbeitsgang des Längens und ein in der vorliegenden Erfindung eingesetztes Walzwerk. Fig. 4 (a) zeigt eine schematische Darstellung der Vorderansicht des Walzwerks von der Austrittsseite her; Fig. 4 (b) zeigt einen schematischen Schnitt längs der Linie b - b in der Fig. 4 (a), und Fig. 4 (c) zeigt eine schematische Seitenansicht längs der Linie c - c in der Fig. 4 (b).

In den Abbildungen bezeichnet die Bezugszahl 51 die zum Längen dienenden Walzen. Die Walzen 51 sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen, die in den Fig. 3 (a) , 3 (b) und 3 (c) dargestellt sind, jedoch ist ihre Anordnung relativ zur Fortbewegungsrichtung des Hohl-

körpers A„ derjenigen in der Fig. 3 entgegengesetzt. Das heißt, daß jede der Walzen 51 eine ihrem einen axial orientierten Ende benachbarte Kehle 51a besitzt, wobei der Durchmesser der Walze von der Kehle 51a her in Richtung auf ihr eines Wellenende hin in Form einer

geraden oder gekrümmten Linie allmählich abnimmt und von der Kehle 51a her in Richtung auf ihr anderes Wellenende hin geradlinig zunimmt, so daß die Walze im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes mit einer Austrittsoberfläche 51c und einer Eintritts-Oberfläche

51b besitzt. Die Walzen 51 sind im wesentlichen im gleichen Abstand um die Walzbahn X-X des Hohlkörpers A_ herum angeordnet, wobei die Einstellmittelpunkte der Walzen O jeweils auf einer Ebene liegen, die die Walzbahn X-X senkrecht schneidet und wobei die Eintrittsoberfläche 51b jeder Walze 51 auf der stromaufwärtigen Seite der Walze, bezogen auf die Bewegungsrichtung des Hohlkörpers A_, liegt. Die Geraden der Achsen Y-Y jeder Walze 51 schneiden in dem Einstellmittelpunkt der

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Walze O die Walzbahn X-X, so daß das rückwärtige Ende der Walze unter einem Schrägwinkel Jf von der Walzbahn X-X entfernt bleibt, wie es im Aufriß der Fig. 4 (b) zu sehen ist, und das vordere Wellenende unter einem
Vorschubwinkel ß gegen die Walzbahn X-X geneigt ist und auf der gleichen Seite des in Arbeit befindlichen Hohlkörpers A₂ liegt, wie aus der Fig. 4 (c) zu ersehen ist.

Wie aus dem Vergleich zwischen den Fig. 3 (b) und 4 (b) hervorgeht, ist der Schrägwinkel Jf der Walzen 51 des in den Fig. 4 (a), 4 (b) und 4 (c) dargestellten Walzwerks entgegengerichtet demjenigen in der Fig. 3. Der in der Fig. 3 dargestellte Schrägwinkel Jf ist positiv definiert (jp > 0), und derjenige in der Fig. 4 ist negativ definiert (f<0).

Die oben beschriebenen Winkel, Schrägwinkel und Vorschubwinkel, stehen in enger Beziehung zu dem Innendurchmesser des Gestangerohres als Produkt. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, die Beziehung zwischen dem Schrägwinkel, dem Vorschubwinkel und dem Innendurchmesser vorherzubestimmen, damit Schrägwinkel und Vorschubwinkel entsprechend dem Sollwert in geeigneter Weise eingestellt und gesteuert werden können. Es gibt keine besondere Einschränkung dazu, wie Schräg- und Vorschubwinkel einzustellen sind. Jedes übliche Einstellverfahren kann so angewandt werden, wie es ist, oder mit einer zweckentsprechenden Modifizierung, die einen weiteren Einstellbereich erlaubt. Die Beziehung zwischen dem Schrägwinkel, dem Vorschubwinkel und dem Lochdurchmesser ist in den Fig. 5 (a), 5 (b) und 5 (c) beispielhaft dargestellt.

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In den Fig. 5 (a), 5 (b) und 5 (c) sind der Innendurchmesser (mm) des Hohlkörpers vor dem Längen auf der Abszisse und der Innendurchmesser (mm) des gelängten Hohlkörpers auf der Ordinate aufgetragen. Der Schrägwinkel γ ist in der Fig. 5 (a) auf 9°, in der Fig. 5 (b) auf 0° und in der Fig. 5 (c) auf -9° eingestellt. Für den Vorschubwinkel ß sind sechs Varianten dargestellt, nämlich 3°, 5°, 7°, 9°, 11° und 13°. In allen dargestellten Fällen ist das Walzwerk ein Dreiwalzen-

werk vom Kegelwalzentyp. Jede Walze ist hergestellt aus einem Chrom-Molybdän-Stahl mit einem Kehlendurchmesser von 205 mm. Rundknüppel aus einem Stahl mit mittlerem Kohlenstoff-Gehalt (Kohlenstoff: 0,45 %) wurden als Probestücke verwendet, die jeweils 70 mm Durchmesser

und 300 mm Länge besaßen. Sie wurden maschinell zu Hohlkörpern mit Löchern der Durchmesser 8 mm, 10 mm, 12 mm, 14 mm, 16 mm und 18 mm gelocht. Die Hohlkörper wurden bei 1200⁰C mittels eines Dreiwalzen-Schrägwalzwerks mit Einstellanordnung für Schrägwinkel und Vor-

schubwinkel und ohne Werkzeuge für die Innenkalibrierung wie Dorn oder dergleichen gelängt. Der Außendurchmesser wurde von 70 mm auf 33 mm vermindert. Für jedes Probestück wurde der Lochdurchmesser vor und nach dem Längen geprüft.

Wie aus den graphischen Darstellungen beim Vergleich der gelängten Hohlkörper mit den Hohlkörpern vor dem Längen deutlich hervorgeht, werden sowohl der Außendurchmesser als auch die Wandstärke vermindert. Es ist zu erkennen, daß der Lochdruchmesser bei allen Schräg-

0 winkeln y, bei 9°, 0° und -9°, vermindert wird, wobei für £= 9° der Effekt der Durchmesserverringerung am größten ist. Weiterhin ist festzustellen, daß die Änderung des Vorschubwinkels bei konstantem Schrägwinkel zu

Veränderungen des Lochdurchmessers führt. Diese Tatsache lehrt, daß es möglich ist, durch geeignetes Einstellen und Regulieren des Schrägwinkels und des Vorschubwinkels den Lochdurchmesser zu steuern.

Anschließend werden die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zwischen diesem Verfahren und einem herkömmlichen Verfahren mitgeteilt.

Zum Zwecke der Prüfung dieses Verfahrens wurden Rundstäbe aus einem Stahl mit mittlerem Kohlenstoff-Gehalt

(Kohlenstoff: 0,45 %) als Probestücke verwendet. Diese Stücke wurden maschinell zu Hohlkörpern gelocht. Die Hohlkörper wurden in einem Heizofen auf 1200⁰C erhitzt und dann dem Längen mittels eines Dreiwalzen-Schrägwalzwerks unterzogen, wie es in den Fig. 3 (a), 3 (b)

und 3 (c) dargestellt ist, wodurch Gestängerohre erhalten wurden.

Bei der Prüfung des herkömmlichen Verfahrens wurden quadratische Knüppel durch Bohren unter Bildung von Hohlkörpern zentral gelocht. Jeder Hohlkörper wurde

mittels eines Stabwalzwerks mit Kalibrierwalzen des oval-runden Typs gewalzt, die in einem alternierenden horizontal-vertikalem Muster angeordnet waren, wobei ein Dorn aus Manganstahl in den Hohlkörper eingeführt worden war. Auf diese Weise wurde ein Gestängerohr er-

halten.

Die jeweiligen Hohlkörper hatten einen Außendurchmesser von 110 rom und einen Innendurchmesser von 30 mm. Mit einem Außendurchmesser von 33 mm als vorgegebenem Sollwert wurden die Hohlkörper dem Längen unterzogen, und

an den gelängten Hohlkörpern wurden Außendurchmesser, Innendurchmesser, Rundung und Wand-Exzentrizität gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Ein Schnitt durch ein mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellten Gestängerohres ist in der Fig. 6 (a) dargestellt. Ein Schnitt durch ein mit Hilfe des herkömmlichen Verfahrens hergestellten Gestangerohres ist in der Fig. 6 (b) dargestellt.

Tabelle 1

Dieses Herkömmliches

Verfahren Verfahren

Max.AuSendurchm. - Min.Außendurchm. Mittlerer Aiißendurchnesser

Max. Innendurchm. - Min. Innendurchm. Mittlerer Innendurchmesser

Max.Wandstärke - Min.Wandstärke Mittlere Wandstärke

χ 100	0,01	0,75
χ 100	0,08	18,0
χ 100	0,07	15,0

Wie aus der Tabelle 1 und den Fig. 6 (a) und 6 (b) zu
ersehen ist, erlaubt das vorliegende Verfahren eine signifikante Verbesserung sowohl in bezug auf den Außendurchmesser als auch in bezug auf die Wandstärke gegenüber dem herkömmlichen Verfahren.

Wie bereits beschrieben wurde, besteht dieses Verfahren darin, daß der Hohlkörper mittels eines Walzwerks mit drei oder vier Walzen des kegelförmigen Typs gelängt wird, die hinsichtlich ihrer Schrägwinkel und Vorschubwinkel auf Sollwerte eingestellt sind, so daß sowohl

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der Außendurchmesser als auch die Wandstärke des Hohlkörpers vermindert werden, ohne daß irgendein Werkzeug für die Innenkalibrierung verwendet wird. Dadurch können Abweichungen des Außendurchmessers und der Wandstärke auf ein Minimum gesenkt werden, und die Maßgenauigkeit des Produkts läßt sich in bemerkenswerter Weise verbessern. Dieses Verfahren ist außerdem in wirtschaftlicher Beziehung von Vorteil, weil kein Werkzeug für die Innenkalibrierung verwendet wird. Weiterhin ist es möglich, den Innendurchmesser über einen weiten Bereich hinweg dadurch zu steuern, daß der Schrägwinkel und der Vorschubwinkel in passender Weise gewählt werden. Der erforderliche apparative Aufwand ist billig.

Gestängerohre müssen nicht nur maßhaltig sein, sondern sie erfordern auch mechanische Festigkeit. In solchen Fällen ist es nötig, den Schrägwinkel f und den Vorschubwinkel ß in Verbindung mit dem oben beschriebenen Arbeitsgang des Längens innerhalb des folgenden Be-

reichs zu wählen:

ΐ > 0°;
3° <■ ß < 20°.

Da der Schrägwinkel Jp positiv ist, muß die Seite mit dem größeren Durchmesser jeder kegelförmigen Walze sich auf der Austrittsseite des Produkts befinden, wie dies in den Fig. 3 (a) , 3 (b) und 3 (c) anschaulich dargestellt ist. Dieser Punkt wird im Folgenden unter Bezugnahme auf einige Beispiele erläutert.

Die graphischen Darstellungen in den Fig. 7 (a), 7 (b)
0 und 7 (c) zeigen die Ergebnisse von Messungen der mechanischen Eigenschaften von Probekörpern nach dem

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Längen. Zwei Arten von Hohlkörpern mit einem Lochdurchmesser von 8 mm und von 10 mm wurden mittels eines Walzwerks mit einer solchen Walzenanordnung, wie sie in den Fig. 3 (a) , 3 (b) und 3(c) dargestellt ist, mit
in verschiedener Weise variiertem Schrägwinkel y- und Vorschubwinkel ß gelängt, wobei die Außendurchmesser der Hohlkörper von 70 mm auf 33 mm vermindert wurden. Die gelängten Stücke wurden dann einer Wärmebehandlung unterworfen, während der sie eine Stunde bei 870⁰C

gehalten wurden, und dann wurden sie mittels Luft gekühlt. Aus den so gelängten und wärmebehandelten Stücken wurden Probekörper hergestellt, wie sie in der Fig. 8 dargestellt sind. Die Probekörper hatten jeweils eine Gesamtlänge von 75 mm und einen maschinell nachbearbeiteten Mittelteil mit einem Durchmesser von 7 + 0,03 mm und einer Länge von 30 mm. Der Probekörper erweiterte sich von dem Mittelteil mit einem Krümmungsradius von 7,5 mm zu den beiden Enden hin mit je einem Gewinde M12 (metrisches Gewinde von 12 mm Durchmesser).

Für die Messung der Dehnung wurde ein Abstand von 25 mm zwischen den Markierungen im Zentrum des Probekörpers festgelegt. Die mechanischen Eigenschaften nach dem Längen (Zugfestigkeit, Dehnspannung, Verminderung der Fläche und Dehnung) wurden gemessen. In den graphischen Darstellungen bezeichnet die Abszisse den Vorschubwinkel ß, und die Ordinate bezeichnet die mechanischen Eigenschaften. Der Schrägwinkel )f ist in der Fig. 7 (a) auf 9°, in der Fig. 7 (b) auf 0° und in der Fig. 7 (c) auf -9° eingestellt. Sechs Vorschubwinkel ß wurden gewählt, nämlich 3°, 5°, 7°, 9°, 11° und 13°. In den graphischen Darstellungen bezeichnen die gestrichelten Linien die mechanischen Eigenschaften vor dem Längen und die ausgezogenen Linien die mechanischen Eigenschaften nach dem Längen.

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Wie aus den graphischen Darstellungen deutlich zu entnehmen ist, ist die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften umso größer, je größer der Schrägwinkel
y ist und je größer der Vorschubwinkel ß ist. Bei
einem Schrägwinkel Jf von -9° ist keine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften gegenüber dem Wert vor dem Längen zu erkennen. Es ist ebenfalls festzustellen, daß bei einem Vorschubwinkel ß von weniger als 3° ein scharfer Abfall, insbesondere der Verminderung der Fläehe und der Dehnung, auftritt.

Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß der Schrägwinkel Jp > 0 sein muß und daß der Vorschubwinkel ß 3° oder darüber sein sollte; je größer er ist, desto besser ist es. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß es in dem Fall, in dem der Vorschubwinkel größer als 20° • ist, erforderlich ist, die Festigkeit des Walzenständers in außergewöhnlichem Maße zu erhöhen.

Demnach sollte die obere Grenze des Vorschubwinkels ß 20° betragen.

Wenn die vorstehenden Bedingungen für y und ß erfüllt sind, erlaubt das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Erreichung sowohl einer verbesserten Maßgenauigkeit als auch einer höheren mechanischen Festigkeit.

Die hier gegebene Beschreibung bezieht sich auf den
Fall, in dem ein Walzwerk mit drei Walzen eingesetzt wird, jedoch kann eine in ähnlicher Weise gute Wirkung auch beim Einsatz eines Walzwerks mit einer größeren Anzahl von Walzen erzielt werden. Wenn jedoch mehr als 5 Walzen zur Verwendung gelangen, muß die Größe jeder
Walze unter dem Gesichtspunkt der Walzenanordnung ver-

ringert werden. Es kann jedoch sein, daß der Einsatz solcher Walzwerke mit mehr Walzen nicht ausgesprochen praktisch ist, da das Ausmaß des Mechanismus für die Einstellung des Schrägwinkels und des Vorschubwinkels
zwangsläufig größer wird. Aus praktischen Erwägungen sollte deshalb die Zahl der Walzen auf drei oder vier begrenzt sein.

In den oben beschriebenen Beispielen war der Walzenständer, in dem Walzen montiert sind, ortsfest, und das zu bearbeitende Werkstück wurde gedreht. Es ist jedoch auch möglich, einen solchen Walzwerk-Typ einzusetzen, bei dem der Walzenständer und die Walzen sich um das zu bearbeitende Werkstück drehen und das Werkstück sich nicht dreht.

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Leerseite

Claims

VON KREISLER S-tHÖNWAiD; - EiSKjOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

Sumitomo Kinzoku Kogyo K.G. (Sumitomo Metal Industries,Ltd.) 15, Kitahama 5-chome, Higashi-Ku Osaka, Japan.

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisiert 1973

Dr.-Ing. K. Schonwald, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Seltirg, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln

DElChMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOP

D-5000 KÖLN 1

24. Juni 1983 AvK/GF 4 71

Patentansprüche

!.!Verfahren zur Herstellung von Gestängerohr mit einem "^ Arbeitsgang des Lochens, bei dem ein Rundknüppel durch maschinelle Bearbeitung oder plastische Verformung zu einem Hohlkörper gelocht wird, und einem Arbeitsgang des Längens, bei dem sowohl der äußere Durchmesser als auch die Wandstärke des Hohlkörpers auf die gewünschten Werte der Abmessungen verringert werden, so daß dieser in ein Gestängerohr mit einem Verhältnis Wandstärke zu Durchmesser von 25 % oder darüber umgewandelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsgang des Längens durchgeführt wird mit Hilfe eines Walzwerks mit drei oder vier um eine Walzbahn für den in Bearbeitung befindlichen Hohlkörper angeordneten Walzen vom Kegel-Typ und ohne irgendein Werkzeug für die Herstellung der Innenabmessung, wobei die Walzen derart beschaffen sind, daß sich ihre Durchmesser geradlinig längs ihrer Achsen verändern lassen, wobei das Hohlwalzwerk eines

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vom Typ mit solchermaßen gekreuzten Walzen ist, daß die Achsen der Walzen geneigt sind oder geneigt werden können um einen Schrägwinkel Jf" , so daß die Wellenenden an beiden Seiten der Walzen dicht bei der Walzbahn oder aber von dieser entfernt bleiben, wobei die Achsen der Walzen so um einen Vorschubwinkel ß geneigt sind, daß sich die Wellenenden auf den betreffenden Seiten der Walzen in Umfangsrichtung auf ein und derselben Seite des in Bearbeitung befindlichen Hohlkörpers gegenüberstehen.
2. Verfahren zur Herstellung von Gestängerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsgang des Längens in solcher Weise durchgeführt wird, daß der Schrägwinkel γ und der Vorschubwinkel ß die Werte

γ > 0° und
3° < ß < 20° besitzen.
3. Verfahren zur Herstellung von Gestängerohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsseite jeder Walze für das Werkstück die Seite mit dem größeren Durchmesser ist.
4. Verfahren zur Herstellung von Gestängerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrägwinkel

)fden Wert f< 0 besitzt und die Austrittsseite jeder Walze für das Werkstück die Seite mit dem kleineren Durchmesser ist.
5. Verfahren zur Herstellung von Gestängerohr nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in dem Arbeitsgang des Längens gedreht wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Gestängerohr nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Arbeitsgang des Längens Walzen des kegelförmigen Typs um ein sich nicht drehendes Werkstück gedreht werden.