DE3818108A1 - Pilgerschritt-kaltwalzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pilgerschritt-Kaltwalz­ vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dabei handelt es sich um eine Walzvorrichtung zum Kalt­ walzen dünnwandiger Metallrohre im Pilgerschrittverfahren.

Das Kaltwalzen im Pilgerschrittverfahren stellt ein her­ kömmliches Verfahren dar, bei welchem ein Rohr über einen feststehenden Dorn vorbewegt und gleichzeitig unter Verwen­ dung von zwei gegenüberliegend angeordneten Kaliberwalzen gedrückt wird, so daß sich eine Querschnittsverringerung bei gleichzeitiger Streckung des Rohres ergibt. Beispiele her­ kömmlicher Pilgerschritt-Walzmaschinen dieser Gattung ergeben sich aus den US-Patentschriften 34 16 346, 34 87 675, 36 90 850, 40 90 386 und 42 33 834.

Typischerweise wird das Ausgangsmaterialrohr durch Hindurchpassieren durch mehrere aufeinanderfolgende Walz­ stationen einer Pilgerschritt-Kaltwalzmaschine im Querschnitt auf das Fertigrohr verringert und gestreckt, wobei jede Walzstation einen ortsfest angeordneten Dorn/Walzen-Satz aufweist. Beim Walzen erfolgt sowohl eine Durchmesserver­ ringerung als auch eine Wanddickenverringerung des Rohres durch Zusammenwirken des konisch geformten Dornes und der sich in Umfangsrichtung verjüngenden Gestalt der Kalibrier­ nuten in den Walzen, welche das Rohr von oberhalb und unter­ halb des Dornes umgreifen und in einem konstanten Zyklus rückwärts und vorwärts entlang des Rohres walzen. Zwischen jedem Walzzyklus der Kaliberwalzen wird das Rohr entlang des Dornes schrittweise vorgeschoben und gedreht. Der Dorn verhindert, daß das Rohr unter der Preßkraft der Kaliber­ walzen zusammengedrückt wird, und bestimmt gleichzeitig den sich ergebenden Innendurchmesser des Rohres.

Obwohl die Dorne und Kaliberwalzen aus hochfestem Stahl hergestellt sind, stellt die Notwendigkeit des häufigen Austauschens von Dornen und Kaliberwalzen einen begrenzen­ den Faktor im Pilgerschritt-Kaltwalzverfahren dar. Ein Austausch des Dornes ist erforderlich, wenn die Stahldorne überbeansprucht werden und aufgrund der schweren Betriebs­ bedingungen und der gelegentlich auftretenden Biegemomente aufgrund von Rohrexzentrizitäten oder kleinen Fluchtungs­ fehlern brechen. Außerdem müssen die Dorne gelegentlich nachgearbeitet werden, um im Betrieb auftretenden Metall­ aufbau abzutragen. Ein Kaliberwalzenaustausch ist häufig erforderlich, da infolge der hohen Betriebsbeanspruchungen der Pilgerschritt-Walzmaschine Oberflächenrisse, Ausbröcke­ lungen und Abplatzungen in den Kalibernuten der Stahlwalzen auftreten. Auch die Kaliberwalzen müssen gelegentlich nach­ gearbeitet werden, um im Einsatz auftretenden Metallaufbau wieder abzutragen. Typischerweise reicht die Standzeit einer Kaliberwalze aus hochfestem Stahl nur zur Fertigung von etwa 6000 m Rohr aus, bevor die Kalibernut nachgearbeitet werden muß.

Infolgedessen ist es wünschenswert, eine Möglichkeit zu schaffen, welche die Standzeit der Pilgerschritt-Walz­ werkzeuge, d.h. der Dorne und Kaliberwalzen von Pilger­ schritt-Kaltwalzmaschinen zu steigern, um so die Produktivi­ tät und Effizienz der Pilgerschritt-Walzmaschine zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Pilgerschritt-Kaltwalzvorrichtung gelöst.

Erfindungsgemäß werden also die hochbeanspruchten Walz­ werkzeuge der Maschine, also die Dorne und die Kaliber­ walzen, aus hochfestem zementiertem Karbid hergestellt, um den obengenannten Anforderungen bezüglich langer Standzeit und geringem Verschleiß zu entsprechen. Aus hochfestem zementiertem Karbid bestehende Dorne und Kaliberwalzen ergeben gegenüber Dornen und Kaliberwalzen aus hochfestem Stahl längere Standzeiten. Obwohl Dorne und Kaliberwalzen aus zementierte Karbid im Zuge ihrer Herstellung eine auf­ wendigere und sorgfältiger gesteuerte Bearbeitung erfordern, überwiegt die verlängerte Standzeit den Nachteil dieses zusätzlichen Aufwands. Wegen ihres größeren Elastizitäts­ moduls ergeben die Dorne und Kaliberwalzen aus zementiertem Karbid eine bessere Rundheit des fertigen Rohres, wobei gleichzeitig dieser neue Werkzeugwerkstoff eine 50%-ige Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit des Rohrmaterials durch das Pilgerschritt-Walzwerk möglich erscheinen läßt. Des weiteren brechen die Dorne im Betrieb nicht - ein häufiges Schicksal herkömmlicher Dorne - und sie können häufiger als aus hochfestem Stahl hergestellte Dorne nachgeschliffen und wiederverwendet werden. Die Kaliberwalzen nach der Erfin­ dung können zum Walzen einer minimalen Rohrlänge von schätzungsweise 150 000 m verwendet werden, bevor eine Nach­ bearbeitung erforderlich ist, gegenüber nur etwa 6000 m gefertigter Rohrlänge bei Verwendung von hochfestem Stahl.

Die Erfindung richtet sich demgemäß auf einen Pilger­ schritt-Walzwerkzeugsatz in einer Pilgerschritt-Kaltwalz­ maschine zum Kaltwalzen dünnwandiger Rohre, mit einem lang­ gestreckten feststehenden Dorn zur Abstützung eines bestimm­ ten Längenabschnitts des gewalzten Rohres, und mit zwei Kaliberwalzen, die beiderseits des Dornes angeordnet sind und einander gegenüberliegend miteinander und mit dem Dorn zusammenwirken, um den Rohrquerschnitt zu verringern. Die Kaliberwalzen sind beide ringförmig und haben eine mittige Öffnung, um die Kaliberwalzen auf jeweils einer Welle zu montieren, und sie haben eine Keilnut in ihrer mittigen Öffnung zum drehfesten Verkeilen der Kaliberwalze auf der Welle. Dabei stellt die Keilnut auch eine Positionsmarkierung zur genauen und drehwinkelrichtigen Montage der Kaliberwalze auf der Welle dar. Jede Kaliberwalze hat außerdem zwei in ihrem Umfang gebildete Profiltaschen, die umfangsmäßig mit gegenseitigem Abstand auseinanderliegen und durch eine Mate­ rialbrücke voneinander getrennt sind, sowie eine in ihrem Umfang gebildete Kalibernut mit konischer Konfiguration, die an ihren Enden in die beiden Taschen ausmündet. Die End­ kante einer der Profiltaschen liegt radial fluchtend mit der Mitte der Keilnut am Walzenumfang, um einen Bezugs­ punkt am Umfang der Walze herzustellen.

Dorn und Kaliberwalzen sind aus hochfestem zementiertem Karbidmaterial hergestellt, das aus Wolframkarbid mit einem Anteilsbereich von etwa 81,5 bis 86 Gewichtsprozent und Kobalt mit einem Anteilsbereich von etwa 14 bis etwa 18,5 Ge­ wichtsprozent zusammengesetzt ist. Das zementierte Karbid­ material hat eine minimale Rockwell-A-Härte von etwa 84,6 bis etwa 87,7, eine Dichte im Bereich von etwa 13,7 bis 14,0 g/cm³, eine minimale Querbruchfestigkeit im Bereich von etwa 2500 MPa bis etwa 2900 MPa, eine mittlere Korngröße im Bereich von 1 µm bis 6 µm gemessen bei 1500-facher Ver­ größerung, einen Elastizitätsmodul im Bereich von etwa 520 000 MPa bis etwa 540 000 MPa, und ein Druckfestigkeit im Bereich von etwa 4000 MPa bis etwa 4100 MPa.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 eine Pilgerschritt-Kaltwalzvorrich­ tung mit Dorn und Kaliberwalzenpaar in schematischem Axialschnitt,

Fig. 2 den Dorn in Seitenansicht,

Fig. 3 eine Kaliberwalze in Stirnansicht,

Fig. 4 eine Kaliberwalze im Axialschnitt in der Ebene 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine Stirnansicht aus der Ebene 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 eine umfangsmäßige Draufsicht aus der Ebene 6-6 in Fig. 3 mit den Profiltaschen am Kaliberwalzenum­ fang mit der dazwischen verlaufenden Brücke, und

Fig. 7 eine umfangsmäßige Draufsicht aus der Ebene 7-7 in Fig. 3 mit der Kalibernut am Kaliberwalzenumfang.

Der in Fig. 1 dargestelle Pilgerschritt-Kaltwalzwerkzeug­ satz 10 zum Kaltwalzen eines dünnwandigen Rohres 12 besteht aus einem langgestreckten, feststehend angeordneten Dorn 14 zum Abstützen des Rohres 12 während des Kaltwalzvorgangs, und mit einem Paar von Kaliberwalzen 16, 18, die oben und unten auf gegenüberliegenden Seiten des Dornes 14 angeordnet und einander zugewandt sind, um im Zusammenwirken mit dem Dorn den Querschnitt des Rohres 12 in bekannter Weise zu verringern. Wie schon eingangs beschrieben, stellt das mit dem Dorn 14 und den Kaliberwalzen 16 und 18 erfolgende Kalt­ walzen ein herkömmliches Walzverfahren dar, bei welchem das Rohr 12 über den Dorn 14 vorgeschoben wird, während der Dorn feststehend bleibt und das Rohr mittels der beiden gegen­ überliegenden Kaliberwalzen gedrückt wird, woraus sich die Querschnittsverringerung und Streckung des Rohres ergibt.

Typischerweise erfolgt die Querschnittsverringerung und Streckung des Ausgangsmaterials zum fertigen Rohr durch mehrere aufeinanderfolgende Walzstationen der Pilgerschritt- Kaltwalzmaschine, wobei jede Walzstationen einen Walzwerk­ zeugsatz 10 aufweist. Die Querschnittsverringerung erfolgt sowohl in Form einer Durchmesserverringerung als auch einer Wanddickenverringeung des Rohres 12 im Zusammenwirken der konischen Form des Dornes 14 und des konischen Verlaufs der umfangsmäßigen Kalibernuten 20, 22 der Kaliberwalzen 16, 18, die das Rohr 12 von oben und unten jeweils halbkreis­ förmig umgreifen und in gleichbleibendem Zyklus in Form einer Rückwärts- und Vorwärts-Rollbewegung entlang des Rohres dieses im Zusammenwirken mit dem Dorn walzen. Zwischen jedem Walzzyklus, also zwischen jedem Kaliberwalzenbewe­ gungszyklus, wird das Rohr 12 mittels eines nicht darge­ stellten herkömmlichen Vorschubmechanismus schrittweise auf dem Dorn 14 vorgeschoben und gedreht. Der Dorn 14 ver­ hindert, daß das Rohr 12 unter dem Walzdruck der Kaliber­ walzen 16, 18 zusammengedrückt wird und legt gleichzeitig den Innendurchmesser des gewalzten Rohres fest.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Pilgerschritt-Kaltwalz­ werkzeugen sind der Dorn 14 (Fig. 2) und die Kaliberwalzen 16, 18 (Fig. 3 bis 7) aus hochfestem zementiertem Karbidmaterial hergestellt, das aus Wolframkarbid und Kobalt zusammenge­ setzt ist. Vorzugsweise liegt der Wolframkarbidanteil im Bereich zwischen etwa 81,5 und etwa 86 Gewichtsprozent und der Kobaltanteil im Bereich von etwa 14 bis etwa 18,5 Ge­ wichtsprozent. Außerdem hat das zementierte Karbidmaterial eine minimale Rockwell-A-Härte im Bereich von etwa 84,6 bis etwa 87,7 und eine Dichte im Bereich von etwa 13,7 bis 14,0 g/cm³. Des weiteren hat das Material eine minimale Querbruchfestigkeit im Bereich von etwa 2500 MPa bis etwa 2900 MPa, eine mittlere Korngröße im Bereich von 1 µm bis 6 µm (gemessen bei 1500-facher Vergrößerung), einen Elasti­ zitätsmodul im Bereich von etwa 520 000 MPa bis etwa 540 000 MPa, und eine Druckfestigkeit im Bereich von etwa 4000 MPa bis etwa 4100 MPa.

Der Dorn 14 wird nach einem geeigneten herkömmlichen Herstellungsverfahren gefertigt, beispielsweise durch Rund­ schleifen. Die Kaliberwalzen 16 und 18 werden unter Anwen­ dung eines herkömmlichen isostatischen Heißpreßverfahrens gefertigt. Die beiden Profiltaschen 24 und 26 werden vorge­ formt, während die Kalibernuten 20 und 22 unter Verwendung einer herkömmlichen Funkenerosionsbearbeitung und/oder Diamantrad-Schleiftechnik und anschließendem Polieren auf ihre Fertigkontur bearbeitet werden. Beim Polieren bilden die beiden durch eine Brücke 28 voneinander getrennten Taschen 24 und 26 Einlaß- und Auslaßräume zum Hindurchpumpen einer Schleifschlämme durch die Kalibernuten. Im späteren Walzbetrieb stellen die Taschen 24 und 26 Spielräume zwischen den Kaliberwalzen und dem Rohr 12 am Walzzyklusende dar, was den schrittweisen Rohrvorschub und das Drehen des Rohres relativ zum Dorn 14 ermöglicht.

Die Kaliberwalzen 16 und 18 (die spiegelbildlich iden­ tisch sind, weshalb in den Fig. 3 bis 7 nur die Kaliber­ walze 16 dargestellt ist) haben jeweils eine Ringform mit mittiger Bohrung 30 zur Montage auf einer Welle 32 (Fig. 1) der Pilgerschrittmaschine. Die mittige Bohrung 30 ist außer­ dem mit einer Keilnut 34 zur drehfesten Verkeilung der Kaliberwalze auf der Welle versehen. Die Keilnut 34 stellt gleichzeitig eine Positionsmarkierung zur winkelgenauen Montage der Kaliberwalze auf der Welle dar. Wie schon zuvor erwähnt, hat die Kaliberwalze 16 an ihrem Umfang zwei Profil­ taschen 24, 24 A, die durch eine Materialbrücke 28 voneinander getrennt sind. Die konische Kalibernut 20, die am Walzenum­ fang gebildet ist, mündet an ihren beiden Enden in die beiden Profiltaschen.

Wenn die Kaliberwalze 16 auf der Welle 32 der Pilger­ schritt-Walzmaschine montiert wird, ist ihre Keilnut 34 für das Bedienungspersonal zum Zwecke späterer Einstellungen nicht mehr sichtbar. Daher ist die Endkante 36 der einen Profiltasche 24 A radial fluchtend mit der Mitte der Keil­ nut 34 angeordnet, so daß die Endkante dieser Profiltasche als Bezugsmarke am Umfang der Kaliberwalze 16 dienen kann, die für das Bedienungspersonal sichtbar ist.

Claims (10)

1. Pilgerschritt-Kaltwalzvorrichtung zum Kaltwalzen dünnwandiger Rohre, mit einem feststehenden Dorn (14) und einem Paar damit zusammenwirkender Kaliberwalzen (16, 18), dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (14) und/oder die Kaliberwalzen (16, 18) aus einem hochfesten zementierten Karbidmaterial gefertigt ist bzw. sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zementierte Karbidmaterial aus Wolframkarbid mit einem Anteil von etwa 81,5 bis 86 Gewichtsprozent und aus Kobalt mit einem Anteil von etwa 14 bis 18,5 Gewichtsprozent zusammengesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zementierte Karbidmaterial eine minimale Rockwell-A- Härte von etwa 84,6 bis 87,7 hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zementierte Karbidmaterial eine Dichte von etwa 13,7 bis 14,0 g/cm³ hat.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zementierte Karbidmaterial eine minimale Querbruchfestigkeit von etwa 2500 MPa bis 2900 MPa hat.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zementierte Karbidmaterial eine mittlere Korngröße im Bereich von 1 µm bis 6 µm hat.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zementierte Karbidmaterial einen Elastizitätsmodul im Bereich von etwa 520 000 bis 540 000 MPa hat.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zementierte Karbidmaterial eine Druckfestigkeit im Bereich von etwa 4000 bis 4100 MPa hat.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ringförmigen Kaliberwal­ zen (16, 18) im Bereich ihrer mittigen Wellenaufnahmeboh­ rung (30) mit einer Keilnut (34) versehen sind und die Keilnut als winkelmäßige Positionsmarke dient.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaliberwalzen (16, 18) jeweils zwei umfangsmäßige, sich an die beiderseitigen Enden der Kalibernut (20, 22) anschließende Profiltaschen (24, 26) aufweist und die End­ kante (36) einer dieser Kalibertaschen radial fluchtend mit der Mitte der Keilnut (34) angeordnet ist, um eine winkel­ positionsmäßige Bezugsmarke am Walzenumfang zu bilden.