DE3702066A1 - Kaltwalzwerk fuer grosse rohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kaltwalzwerk für Großrohre, insbesondere dünnwandige Großrohre.

Die Kaltwalztechnik für nahtlose Rohre wurde in den dreißiger Jahren entwickelt. Im Jahre 1931 erhielt die American Tube Company ein Patent für ein "Rockright mill for cold tube rolling". In den letzten fünfzig Jahren wurde die Kaltwalztechnologie für Rohre intensiv weiterentwickelt. Wenn auch die Rohrwalzwerke von Rockright größer und größer wurden und ihr Bau immer komplizierter und ihre automatische Steuerung umfangreicher wurden, änderte sich die grundlegende Technologie nicht wesentlich. Bei der Herstellung von dünnwandigen nahtlosen Rohren mit großem Durchmesser ist es schwierig, Rockright-Rohrwalzwerke zu verwenden, und zwar wegen ihrer technologischen Merkmale des hin- und hergehenden Walzvorganges. Im Zusammenhang mit der Weiterentwicklung der Raumfahrt, der Luftfahrt, des Schiffbaues und der chemischen Industrie wurden dünnwandige kaltgewalzte nahtlose Rohre mit großen Durchmesser immer mehr erforderlich und viele Länder unternehmen zur Zeit alles, um ein industriell verwertbares Verfahren zu entwickeln, um derartige kaltgewalzte dünnwandige nahtlose Rohre mit großem Durchmesser herstellen zu können. Zur Herstellung dünnwandiger Großrohre bedient man sich zur Zeit der Rockright-Rohrwalzwerke, Ziehbänken oder Schleppzangenbänken und gesteuerter umlaufender Walzwerke. Für dünnwandige Rohre mit größerem Durchmesser werden die letztgenannten Walzwerke verwendet und die Verformungs­ Technologie eines umlaufenden Walzwerkes entspricht der Arbeitstechnik von Walzen für Drehmaschinen. Da die Walzen bei einem umlaufenden Walzwerk jedoch nur einen sehr kleinen Verformungsbereich liefern und keine Spannkraft zur Verfügung steht, muß eine Extrakraft in axialer Richtung mit großer Stärke angewendet werden, um den Rohrrohling oder das Mutterrohr durch den Verformungsbereich hindurchzubringen. Daher sind bei diesen Verfahren Spirallinien an der Rohroberfläche unvermeidbar und die Rohlinge benötigen gewisse spezielle Vorbereitungen. Die Nachteile der vorgenannten Verfahren bestehen darin, daß hierfür sehr schwere Maschinen zum Einsatz kommen müssen, daß die Produktivität recht gering ist und daß die Qualität des Fertigproduktes nicht groß ist. Daher konnten bis jetzt dünnwandige kaltgewalzte nahtlose Rohre mit großen Durchmesser nur durch warmgewalzte Rohre ersetzt werden.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Kaltwalzwerk für die industrielle Herstellung von dünnwandigen Großrohren zu schaffen, welches einen einfachen Aufbau besitzt, leicht einzustellen ist, eine hohe Produktivität ergibt und Produkte in guter Qualität liefert.

Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemäßes Kaltwalzwerk für Großrohre, insbesondere dünnwandige Großrohre im wesentlichen durch ein Maschinengerüst mit Gleitbahn, einen Antriebsmotor, eine in Lagerböcken gelagerte Hauptwelle, eine Antriebswelle, einen auf dem Maschinengerüst montierten, kraftschlüssig mit der Antriebswelle verbundenen Matrizenkopf mit darin montierter Ringmatrize, welche mit dem Matrizenkopf längs der Gleitbahn axial bewegbar ist, um Wandstärke und Durchmesser des fertigen Rohres einzustellen, wobei die Innenfläche der Matrize im wesentlichen konisch ist, daß auf einem Maschinenkopf drei oder mehr Walzenständer mit darin montierten Arbeitswalzen gleichmäßig auf dem Umfang rund um die Walzmittellinie derart angeordnet sind, daß die Walzenachsen die Walzmittellinie im Raum unter einem Winkel β, dem sogenannten Schrägwalzwinkel schneiden, daß außerdem auf dem Maschinenkopf ein axial bewegbarer Einstellkonus sowie ein Satz von Ausgleichsfedern montiert sind, wodurch die axiale Position der Walzen in Bezug auf die Walzmittellinie einstellbar ist, um den Rohrrohling in den Zwischenraum zwischen Maschinenkopf und Matrize einführen zu können und/oder die Wandstärke des Fertigrohres einzustellen.

Das erfindungsgemäße Kaltwalzwerk wird als Kalt-Schrägwalzwerk mit innenliegenden Arbeitswalzen bezeichnet. Es verändert die gegenseitige Bewegung und die gegenseitige Lage zwischen den Walzen und dem Rohling auf dem herkömmlichen Schrägwalzwerk und kann daher dünnwandige Rohre mit großem Durchmesser effektiv walzen. Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Kaltwalzwerkes können dünnwandige Großrohre mit hohem Nutzeffekt kaltgewalzt werden, und zwar bei geringen Produktionskosten und bei guter Produktqualität.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert; es zeigt

Fig. 1 das Aufbauprinzip eines erfindungsgemäßen Kalt- Schrägwalzwerkes mit innenliegenden Arbeitswalzen für Großrohre in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Maschinenkopf und die Ringmatrize des Ausführungsbeispiels aus Fig. 2;

Fig. 4 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung; und

Fig. 5 den Arbeitsablaufplan bei industrieller Fertigung von dünnwandigen Großrohren mittels des erfindungsgemäßen Kaltwalzwerkes.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Kalt-Schrägwalzwerkes mit innenliegenden Arbeitswalzen für Großrohre ist in Fig. 1 dargestellt. Eine feststehende Ringmatrize 2 besitzt eine konische Innenfläche G, welche die Arbeitsfläche für das Rohrwalzen bildet und deren Anzug R etwa 1-6° beträgt. Innerhalb des Rohlings 1 befindet sich ein umlaufender Maschinenkopf 4, welcher drei oder mehr Planetenwalzen 3 trägt, welche gleichmäßig auf dem Umfang rund um die Walzmittellinie bzw. die Achse des Maschinenkopfes angeordnet sind. Jede Walzenfläche umfaßt zwei Arbeitszonen, und zwar eine Zone A als kreisrunde Kegelfläche mit einem Kegelwinkel α von annähernd 0-20° und eine Zone B als Profilfläche, welche tangential zur konischen Innenfläche der Ringmatrize 2 verläuft. Wenn der Rohling in der Zone A gewalzt wird, läuft er durch die Aufweitzone C und die Verformungszone D, während er in der Zone B die Glättwalzzone E und die Rundwalzzone F durchläuft. Die Mittellinien aller Walzen schneiden im Raum die Walzmittellinie und bilden mit derselben einen Winkel β. Um das Schrägwalzen durchführen zu können, beträgt der Winkel β normalerweise 1-15°. Wie Fig. 1 zeigt, läßt derMaschinenkopf 4 die Planetenwalzen in der Richtung H umlaufen, und wenn die umlaufenden Walzen die Innenfläche des Rohlings berühren, bildet sich an der Berührungsstelle der Walze mit dem Rohling infolge der Einschnürung der feststehenden Ringmatrize eine augenblickliche Umfangsgeschwindigkeit mit dem Mittelpunkt I in Umfangsrichtung. Dadurch erhält jede Walze eine Drehung J und erzeugt eine Axialgeschwindigkeit und eine Axial- Reibungskraft, was die Hauptbedingung für das Schrägwalzen von Rohren liefert. Daneben liefert während des Walzens die konische Innenfläche G der Ringmatrize 2 auch eine axiale Walzkraft. Unter der Wirkung dieser beiden Faktoren ergibt sich für den Rohling eine Axialbewegung und eine axiale Dehnung, sodaß ein Rohr 5 ausgewalzt werden kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Horizontal-Kalt- Schrägwalzwerkes gemäß der Erfindung zeigt Fig. 2. Mit diesem Kaltwalzwerk können dünnwandige Rohre mit einem Durchmesser von 200-600 mm ausgewalzt werden. Wie die Figur zeigt, kann die Antriebskraft für ein derartiges Walzwerk von einem Hydraulikmotor 7 geliefert werden oder es kann auch ein normaler Elektromotor verwendet werden. Der Antriebsmotor ist mit der Antriebswelle 9 über die Hauptwelle 8 verbunden und der Maschinenkopf 4 sitzt auf der Antriebswelle 9 (siehe Fig. 1 und 3). Der Maschinenkopf wird vom Antriebsmotor über die Hauptwelle 8 und die Antriebswelle 9 angetrieben, und die Walzen 3 auf dem Maschinenkopf können auf einen kleineren Abstand von der Walzmittellinie eingestellt werden, damit der Rohling in die Ringmatrize 2 eingeführt werden kann. Die Walzen können außerdem radial auf ihre genaue Walzposition eingestellt werden, um das Rohr auszuwalzen. Der Matrizenkopf 11 mit der Ringmatrize 2 ist auf dem Maschinengerüst 13 montiert. Die Axialposition der Ringmatrize 2 kann durch einen Spindelmechanismus eingestellt werden. Eine Vordrück- Einrichtung 12, welche von einem Hydraulikzylinder betätigt wird, ist auf dem Maschinengerüst 13 montiert und wird eingesetzt, um den Rohling 1 in Kontakt mit den Walzen und der Ringmatrize 2 zu drücken und den Schrägwalzvorgang mit innenliegenden Planetenwalzen in Gang zu setzen. Danach ist keine weitere Durchschubkraft mehr erforderlich, bis das ausgewalzte Rohr 5 automatisch aus dem Walzwerk ausgeworfen wird. Beim Walzen von sehr dünnwandigen Rohren wird eine Spanneinrichtung 12 auf der Maschine vorgesehen, welche von einem Hydraulikzylinder betätigt wird. Bei Verwendung dieser Spann- oder Zugeinrichtung kann das Rohr unter Spannung gewalzt werden, um den Walzvorgang stabil zu halten und ein gerades Rohr zu erhalten. Die Spanneinrichtung besitzt sechs normale Spannklauen. Unter normalen Bedingungen ist diese Spanneinrichtung allerdings nicht erforderlich, es sei denn, daß Rohre mit sehr dünnen Wandungen gewalzt werden sollen.

Die Vordrückeinrichtung 10 und die Spanneinrichtung 12 können axial längs der Gleitbahn des Maschinengerüstes 13 bewegt werden. Der Rohling 1 wird von rechts nach links zwischen den Matrizenkopf 11 und die Spanneinrichtung 12 in die Position eingebracht, an welcher das Walzen beginnt. Während des Walzvorganges bewegt sich der Rohling 1 in Richtung des Pfeiles M in Fig. 1 und 2.

Der Maschinenkopf und die Ringmatrize des bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind im Teilschnitt in Fig. 3 dargestellt. Die Welle 9 wird zur Übertragung der Wälzkraft verwendet und ein Verbindungsflansch 15 ist auf der Welle vorgesehen und mit Bolzen und Flachkeilen oder anderen Organen befestigt. Der Maschinenkopf 19 ist am Verbindungsflansch durch die Sicherungsmutter 19 gesichert und wird von der Antriebswelle 9 durch zwei radiale Flachkeile 16 oder irgendeine andere geeignete Einrichtung angetrieben. Auf dem Verbindungsflansch 15 ist ein Hydraulikzylinder 14 montiert, welcher einen Einstellkonus 18 in Axialrichtung vorschiebt. Am Maschinenkopf 19 sind drei oder mehr Gehäuse oder Sockel 20 vorgesehen, in deren jedem eine Walze 3 montiert ist. Die Walze 3 ist in ihrem Sockel durch eine Walzenwelle 21 und Lager abgestützt. Ein Satz von Ausgleichfedern 22 ist auf dem Deckel des Maschinenkopfes 23 vorgesehen, um die Walzengehäuse oder Sockel auszugleichen. Die Arbeitsposition der Walzengehäuse kann durch Bewegung des Einstellkonus 18 über den Hydraulikzylinder 14 verändert werden und die Walzen 3 in den Gehäusen 20 können auf ihre kleinste Axialposition längs der Walzmittellinie eingestellt werden, sodaß sie einen kleineren Abstand von dieser Mittellinie haben, damit der Rohling 1 in die Ringmatrize 2 eingeführt werden kann. Die Walzen 3 in den Gehäusen 20 können auch auf ihre Walzposition eingestellt werden, um die Wandstärke der gewalzten Rohre vorher einzustellen. Die Konizität des Einstellkonus 18 beträgt 1 : 3 bis 1 : 5, wobei es sich um eine Pyramide oder einen Kreiskegel handeln kann. Die Ringmatrize 2 kann sich mit dem Matrizenkopf 11 längs der Walzmittellinie unter dem Antrieb des Spindelmechanismus bewegen, um den Zwischenraum zwischen der konischen Innenfläche G der Ringmatrize 2 und den Walzen 3 zu verändern, was der Eineinstellung der Wandstärke und des Außendurchmessers der gewalzten Rohre gleichkommt. Der Rohling 1 wird durch die Ringmatrize 2 und die Walzen 3 zu einem Rohr 5 gewalzt und die Oberflächenglätte der Rohre kann ∇ 7 oder ∇ 8 betragen, während ihr Durchmesser etwas größer ist als der des Rohlings 1.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Vertikalausführung ist in Fig. 4 dargestellt. In einem derartigen Kaltwalzwerk können dünnwandige Rohre mit Durchmessern von 400-2000 mm oder darüber gewalzt werden. Das Prinzip und der Aufbau der Vertikalausführung sind im Grunde die gleichen wie bei der Horizontalausführung. Die Antriebskraft liefert ein Hydraulikmotor 24 oder ein Elektromotor und der Antriebsmotor ist mit der Antriebswelle 24 über eine Hauptwelle und ein Spannfutter 26 verbunden. Am Spannfutter 26 ist ein Spindelmechanismus 25 vorgesehen, um die vertikale Position der Antriebswelle 27 zu verändern. Die Ausbildung der nicht dargestellten Ringmatrize und des ebenfalls nicht dargestellten Maschinenkopfes sind die gleichen wie bei der Horizontalausführung des Kaltwalzwerkes. Der Maschinenkopf sitzt auf der Antriebswelle 27 und trägt drei oder mehr Walzengehäuse, in denen jeweils eine Walze sitzt. Der Antriebsmotor treibt den Maschinenkopf über die Hauptwelle und die Antriebswelle. Eine nicht dargestellte Ringmatrize sitzt im Matrizenkopf 29, welcher seinerseits auf der Grundplatte fest montiert ist, während zwei Hydraulikzylinder eine Vordrückeinrichtung 28 antreiben, welche sich längs der Walzmittellinie bewegen kann. Um den Rohling 1 mit der Ringmatrize in Berührung zu bringen und den Walzvorgang für ein Rohr 5 in Gang zu setzen, ist nur eine geringe Druckkraft erforderlich. Beim Walzen von sehr dünnwandigen Rohren ist eine spezielle Spanneinrichtung 30 vorgesehen. Diese Spanneinrichtung wird durch zwei Hydraulikzylinder betätigt, sodaß sie sich längs der Walzmittellinie bewegen kann, und sie wird verwendet, um den Walzvorgang stabil zu halten und gerade Rohre zu erhalten, ebenso wie dies bei der Horizontalausführung vorgesehen ist. Das Maschinengerüst der Vertikalausführung besteht aus einem Satz von zylindrischen Teilen 31. Der Rohling wird von oben her zwischen die Spanneinrichtung 30 und dem Matrizenkopf 29 eingeführt. Während des Walzvorganges bewegt sich der Rohling in Richtung des Pfeiles N in Fig. 4.

Das erfindungsgemäße Kaltwalzwerk für Großrohre kann als Schrägwalzwerk mit innenliegenden Planetenwalzen arbeiten, sodaß sich mit ihm dünnwandige Rohre im Durchmesser von 200-2000 mm oder darüber walzen lassen. Außerdem kann mit ihm mit bemerkenswert hoher Geschwindigkeit gewalzt werden, sodaß es die Produktivität beim Kaltwalzen von nahtlosen Rohren erhöht. Außerdem hat das erfindungsgemäße Schräg- Walzwerk mit innenliegenden Planetenwalzen für Großrohre gewisse Vorteile wie beispielsweise einen einfachen Aufbau, bequeme Einstellbarkeit, Leichtigkeit der Automatisierung, bessere Produktqualität und geringe Herstellungskosten. Mit dem erfindungsgemäßen Schrägwalzwerk mit innenliegenden Arbeitswalzen können auch andere Rohre als Stahl- und Stahllegierungsrohre beispielsweise Rohre aus Kupfer, Aluminium, Titan und anderen Nichteisenmetallen hergestellt werden. Sowohl warmgewalzte Hülsen wie geschweißte Rohre können als Mutterrohre oder Rohrrohlinge verwendet werden, um kaltgewalzte nahtlose Rohre herzustellen. Vor dem Walzen ist keine Spezialbehandlung der Rohlinge erforderlich.

Auf der Basis des erfindungsgemäßen Kalt-Schrägwalzwerkes mit innenliegenden Arbeitswalzen kann eine vollständige Fertigungsstraße für dünnwandige Großrohre aufgebaut werden. Der Arbeitsablaufplan der industriellen Fertigung von dünnwandigen Großrohren ist in Fig. 5 dargestellt. Warmgewalzte nahtlose Rohre 32 oder aufgewickelte Blechbänder 33 können als Rohmaterial verwendet werden. Nach dem Abschneiden der entsprechenden Blechlänge in 34 und Anschleifen der Kanten in 35 wird das Blech zu einem Rohr 36 gebogen und dann außen in 37 und innen in 38 zusammengeschweißt. Nach dem Nacharbeiten in 39 wird es zu einem geschweißten Rohr. Nahtlose Rohre und geschweißte Rohre werden in einem Wärmebehandlungsofen 40 geglüht und dann in 41 gebeizt und in 42 neutralisiert und gespült. Anschließend werden die Rohre auf dem erfindungsgemäßen Kalt-Schrägwalzwerk 43 mit innenliegenden Arbeitswalzen gewalzt. Die gewalzten Rohre werden in 44 beschnitten und dann nochmals mehrmals gewalzt. Nach abschließender Inspektion in 45 werden die Rohre verpackt und dem Lager 46 zugeführt.

Claims (11)

1. Kaltwalzwerk oder Kalt-Schrägwalzwerk mit innenliegenden Arbeitswalzen für Großrohre, insbesondere dünnwandige Großrohre, gekennzeichnet durch ein Maschinengerüst (13) mit Gleitbahn, einen Antriebsmotor (7), eine in Lagerböcken gelagerte Hauptwelle (8), eine Antriebswelle (9), einen auf dem Maschinengerüst montierten, kraftschlüssig mit der Antriebswelle verbundenen Matrizenkopf (11) mit darin montierter Ringmatrize (2), welche mit dem Matrizenkopf längs der Gleitbahn axial bewegbar ist, um Wandstärke und Durchmesser des fertigen Rohres einzustellen, wobei die Innenfläche der Matrize im wesentlichen konisch ist, daß auf einem Maschinenkopf (4) drei oder mehr Walzenständer (20) mit darin montierten Arbeitswalzen (3) gleichmäßig auf dem Umfang rund um die Walzmittellinie derart angeordnet sind, daß die Walzenachsen die Walzmittellinie im Raum unter einem Winkel β, dem sogenannten Schrägwalzwinkel schneiden, daß außerdem auf dem Maschinenkopf ein axial bewegbarer Einstellkonus (18) sowie ein Satz von Ausgleichsfedern (22) montiert sind, wodurch die axiale Position der Walzen in Bezug auf die Walzmittellinie einstellbar ist, um den Rohrrohling (1) in den Zwischenraum zwischen Maschinenkopf und Matrize einführen zu können und/oder die Wandstärke des Fertigrohres einzustellen.

2. Kaltwalzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrägwalzwinkel β annähernd 1-15° beträgt.

3. Kaltwalzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzug der konischen Innenfläche der Matrize (2) etwa 1-6° beträgt.

4. Kaltwalzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität des Einstellkonus (18) 1 : 3 bzw. 1 : 5 beträgt.

5. Kaltwalzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenoberfläche zwei Bereiche umfaßt, und zwar einen Bereich A mit konischer Oberfläche und einen Bereich B mit zur konischen Innenfläche der Matrize (2) tangential verlaufender konvexer Oberfläche.

6. Kaltwalzwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel α des Bereiches A etwa 0-20° beträgt.

7. Kaltwalzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Matrizenkopfes (11) ein Spindelmechanismus oder ein hydraulischer Mechanismus vorgesehen ist.

8. Kaltwalzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vordrückeinrichtung (10) vorgesehen ist, durch welche der Rohrrohling (1) mit der Ringmatrize (2) in Kontakt bringbar ist und dadurch der Walzvorgang in Gang setzbar ist.

9. Kaltwalzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Walzen von sehr dünnwandigen Rohren eine Streckeinrichtung (12) vorgesehen ist, durch welche der Walzvorgang stabil haltbar ist und ein gerades Fertigrohr herstellbar ist.

10. Kaltwalzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzwerk horizontal ausgebildet ist.

11. Kaltwalzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzwerk vertikal ausgebildet ist.