DE3844162A1 - Vorrichtung zum walzen von rohren nach dem kaltpilger-verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Walzen von Rohren metallischer Werkstoffe nach dem Kaltpilgerverfahren mit einem in Walzrichtung hin- und herbewegbaren Walzgerüst mit verjüngend kalibrierten Walzen, die mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen, in welchem sich ein ebenfalls verjüngender oder zylindrischer Dorn befindet.

Bekannt sind Kaltpilgerwalzwerke mit zwei Ringwalzen, deren Antrieb so erfolgt, daß jede Walze direkt über auf derselben Achse befestigte Ritzel angetrieben wird, welche mit im Maschinenbett starr befestigten Zahnstangen im Eingriff sind, und wobei jede Walzenachse in separaten Einbaustücken gelagert ist.

Weiterhin sind Kaltpilgerwalzwerke bekannt, bei denen drei um 120 Grad zueinander versetzte Walzen mit je einer auf höchstens 180 Grad Walzenabwicklung sich verjüngender Walzenkalibrierung angeordnet sind, wobei die Walzkraft über Stützwalzen im Walzenständer aufgenommen wird.

Es sind ferner sogenannte Rollenwalzwerke zum Kaltwalzen von Rohren nach dem Pilgerschritt-Verfahren bekannt, bei denen drei um 120 Grad zueinander versetzt angeordnete, nicht drehangetriebene Walzen mit auf dem Walzenumfang gleichbleibender Kalibrierung verwendet werden, wobei die Durchmesserreduktion des Walzgutes dadurch bewirkt wird, daß oszillatorisch angetriebene Stützlineale den Achsabstand der Walzen über dem Gerüsthub verändern ("Stahlrohrherstellung" VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie 1970, Seite 289).

Allen diesen Verfahrens- und Vorrichtungsvarianten sind folgende signifikante Nachteile eigen. Diese Nachteile wirken sich insbesondere beim Walzen hochduktiler Werkstoffe wie z.B. Kupfer und Aluminium leistungsbegrenzend aus.

Beim Ausstrecken von Kupfer auf Kaltpilgerwalzwerken mit zwei Walzen wird mit im allgemeinen bis zu ca. 12-facher Streckung und einer Produktionsmenge von bis zu ca. 160 mm gewalzte Rohrlänge je Gerüsthub gearbeitet. Die Grenze für diese Umformleistung ist meist gegeben durch die Spannungszustände im Rohr im Bereich der Kaliberflanken. Während im Kalibergrund unter dreiachsiger Druckspannung umgeformt wird, erfährt der Rohrumfang, der sich momentan im Bereich der Walzenflanken befindet, eine hohe Zugspannung in Längsrichtung des Rohres. Diese Zugspannung kann bei zu großer Streckung und/oder zu großem Vorschub des Walzgutes je Gerüsthub das Umformvermögen des Rohrwerkstoffs überschreiten. Es kommt zu Einschnürungen der Rohrwand und zu örtlichen Durchbrüchen der Wand. Beides führt zu Problemen beim anschließenden Ziehen und zu Ausschuß. Weitere grundsätzliche Nachteile des Zweiwalzen-Systems sind Toleranzprobleme, die sich aus dem Breitungsverhalten des Rohwerkstoffs ergeben und die sich ebenfalls leistungsbegrenzend auswirken können.

Die vorstehend beschriebenen Walzwerke mit drei Walzen, die nach dem Pilgerschritt-Verfahren arbeiten, sind für das Walzen hochduktiler Werkstoffe bei großen Walzleistungen nur wenig geeignet, da sie entweder nur weniger als 180 Grad des Walzumfangs für die Umformung nutzen können oder weil ihre auf dem Umfang gleichförmige, sich nicht verjüngende Kaliberabwicklung keine größeren Durchmesserreduktion und auch nur geringe Walzleistungen je Hub zulassen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten, sich mit ihren Walzkräften an längsbeweglichen Linealen abstützenden Drei-Walzen-Walzwerke, ist deren Weglänge, die etwa die doppelte des Walzgerüstweges von Totpunkt zu Totpunkt ist. Dies bedeutet zusätzliche kinematische Belastungen, verschleiß- und störungsanfälligen zusätzlichen Maschinenbau.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu entwickeln, die diese Nachteile vermeidet und somit zu höheren Walzleistungen, besseren Toleranzen und letztendlich höherer Wirtschaftlichkeit des Kaltpilger-Verfahrens insbesondere für Kupferwerkstoffe führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der mindestens drei um gleiche Winkel zueinander versetzte Ringwalzen in einem gemeinsamen starren, in sich geschlossenen, die Walzkraft aufnehmenden Einbaustück gelagert sind. Vorzugsweise beträgt der Abwälzwinkel der Walzen auf dem Walzgut mindestens 210 Grad.

Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine der Walzen auf ihrer Achse befestigte Ritzel aufweist, welche mit einer im wesentlichen starr im Maschinenbett angeordneten Zahnstange kämmen und daß die übrigen Walzen mit Kegelrädern mit der erstgenannten Walze rotatorisch verbunden sind.

Alternativ hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jeder Walze mindestens ein auf ihrer Achse befestigtes Ritzel zugeordnet ist, welches mit einer starr im Maschinenbett angeordneten Zahnstange im Eingriff ist.

Vorteilhaft wird der Walzeneinbau so ausgeführt, daß entsprechend dem Verschleißzustand der Walzen diese zueinander anstellbar sind.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Umformzone etwa senkrecht unter Walzenmitte für die Gerüstbewegung in Walzenrichtung bei einer konventionellen Zweiwalzenanordnung.

Das Walzgut 1 befindet sich zwischen dem feststehenden Walzdorn 2 und den auf dem Walzgut abrollenden Ringwalzen 3 a und 3 b. Damit die Walzen, ohne an den Kaliberflanken 5 zu kneifen, das Walzgut, das in mindestens einem der beiden Totpunkte des Walzgerüstes gedreht und vorgeschoben wird, umfassen können, ist ein sogenannter Freischliff erforderlich, der zu einer nicht rotationssymmetrischen Verformungsverteilung und damit Spannungsverteilung führt. Die Hauptspannung tritt in Richtung der Rohrlängsachse auf. Sie ist eine Druckspannung in den Bereichen mit Kontakt zwischen Walzgut und Walzdorn und wird an den Flanken zur Zugspannung, da in diesem Bereich keine Wandreduktion und keine nennenswerte Durchmesserreduktion durchgeführt wird. Die Spannungsdifferenz zwischen Kalibergrund 6 und Bereich Walzenspalt 7 ist wesentlich von Größe und Form des erforderlichen Freischliffs gegeben, der wiederum abhängig ist u.a. von der Größe der momentanen Verformung und vom Luppenvorschub, d.h. je größer Verformung und Leistung, desto größer der Freischliff, desto größer die Zugspannung im Bereich des Walzspaltes.

Die prinzipielle Verteilung der Längsspannungen über dem halben Rohrumfang ist in Fig. 2 dargestellt. Die Positionen 0 und 180 Grad kennzeichnen den Walzenspalt 7 (in Fig. 1) und die 90 Grad Position den Kalibergrund 6 (in Fig. 1). Die Asymmetrie der Spannungen hängt mit einem Rohrdrehwinkel 90 Grad zusammen.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch die Umformzone für eine Dreiwalzen-Anordnung, bei der naturgemäß der Freischliff wesentlich kleiner sein kann und das Rohr enger umschlossen wird als es bei einer Zweiwalzen-Anordnung möglich ist. Die Walzen sind mit 3 a, 3 b und 3 c bezeichnet.

Die Situation beim Dreiwalzen-System, in Fig. 3 dargestellt, ist wesentlich günstiger. Da der Umschließungswinkel einer Walze nur ca. 120 Grad beträgt, kann bei gleicher Verformung und gleichem Luppenvorschub mit erheblich kleinerem Freischliff gewalzt werden, so daß die Spannungsverteilung verbessert und die maximale Zugspannung wesentlich vermindert wird, so daß im Umkehrschluß höhere Walzleistungen möglich werden.

Fig. 5 zeigt ein Walzgerüst mit den erfindungsgemäßen Merkmalen. Die beiden Antriebsritzel 8 wälzen an den feststehenden Zahnstangen 9 ab und treiben damit rotatorisch direkt die horizontale bei 4 gelagerte Walzenachse 10 mit der Ringwalze 3 a an. Die beiden anderen Walzenachsen 12 und 13 mit ihren Ringwalzen 3 b, 3 c werden über die Kegelradpaare 11, 14 angetrieben. Die Walzenachsen 10, 12 und 13 sind in einem gemeinsamen Einbaustück 15 bei 4 gelagert, das wiederum an einem Gerüstfuß 16 befestigt ist, welcher über Schubstangen eines Kubeltriebs angetrieben wird und in den Führungen 17 gleitet.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Walzen von Rohren metallischer Werkstoffe nach dem Kaltpilgerverfahren mit einem in Walzrichtung hin- und herbewegbaren Walzgerüst mit verjüngend kalibrierten Walzen, die mit wechselndem Drehsinn über den Walzgut abrollen, in welchem sich ein ebenfalls verjüngender oder ein zylindrischer Dorn befindet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei im gleichen Winkel zueinander versetzte Ringwalzen (3 a, 3 b, 3 c) in einem gemeinsamen starren, in sich geschlossenen, die Walzen aufnehmenden Einbaustück (15) gelagert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwälzwinkel der Walzen (3 a, 3 b, 3 c) auf dem Walzgut (1) mindestens 210 Grad beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Walzen (3 a) auf ihrer Achse (10) befestigte Ritzel (8) aufweist, welche, mit einer im wesentlichen starr im Maschinenbett angeordneten Zahnstange (9) kämmen und daß die übrigen Walzen (3 b, 3 c) über Kegelräder (11, 14) mit der erstgenannten Walze (3 a) rotatorisch verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Walze (3 a, 3 b, 3 c) mindestens ein auf ihrer Achse (10, 12, 13) befestigtes Ritzel (8) zugeordnet ist, welches mit einer starr im Maschinenbett angeordneten Zahnstange (9) im Eingriff ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (3 a, 3 b, 3 c) zueinander anstellbar sind, um Walzenverschleiß auszugleichen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbaustück (15) mit den Walzenachsen (10, 12, 13) und Walzen (3 a, 3 b, 3 c) als komplette Einheit in ein Walzgerüst einsetzbar ist, das im wesentlichen aus einem Führungsschuh (16) und einem Koppelelement für den oszillierenden Antrieb besteht.