DE3873829T2

DE3873829T2 - Verfahren zur herstellung eines metallrohres mit spiralrippen.

Info

Publication number: DE3873829T2
Application number: DE8888305081T
Authority: DE
Inventors: Chihiro Gen Res Lab Of Hayashi; Kouichi Gen Res Lab Of Kuroda; Kazuyuki Gen Res Lab Nakasuji
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1988-06-03
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2008-06-04
Also published as: DE3873829D1; US4901553A; EP0294215A2; EP0294215B1; US4959985A; EP0294215A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe, das z. B. als Wärmeübertragungsrohr eines Wärmeaustauschers und dgl. verwendet wird, und insbesondere ein Verfahren, bei dem ein Metallrohr mit einer spiralförmigen Rippe mittels eines Lochwalzwerks direkt aus einem massiven Metallstab oder einem hohlen Ausgangs-Metallstab hergestellt wird.
Ein Metallrohr mit einer spiralförmigen Rippe ist bereits als Wärmeübertragungsrohr eines Wärmeaustauschers und dgl. verwendet worden, und es sind verschiedene Arten von Verfahren zur Herstellung dieses mit einer spiralförmigen Rippe versehenen Metallrohrs vorgeschlagen worden. Zu den Haupt-Verfahren zählen ein erstes Verfahren, bei dem die spiralförmige Rippe durch Schweißen spiralig am Außenumfang eines Metallrohrs befestigt wird (offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. 9715/1983), ein zweites Verfahren, bei dem die Rippe durch Gewindewalzen spiralig am Außenumfang eines Metallrohrs gebildet wird (JOURNAL OF THE JAPAN SOCIETY FOR TECHNOLOGY OF PLASTICITY, Jahrgang 10, Nr. 105, 1969-10, S. 731-732) und dgl.
Das erste Verfahren ist, wie Fig. 1 (perspektivische Ansicht) zeigt, ein Verfahren, bei dem ein bandartiges plattenmaterial 32 kontinuierlich zugeführt wird, so daß ein Rand des Plattenmaterials 32 mit einer Außenumfangsfläche eines zylindrischen Metallrohrs 31, das bei Rotation um seine Achslinie in Längsrichtung bewegt wird, in Eingriff gebracht werden kann, um das bandartige Plattenmaterial 32 spiralig auf die Außenumfangsfläche zu wickeln, und bei dem ein Verbindungsbereich des Metallrohrs 31 und des bandartigen Plattenmaterials 32 einem Hochfrequenzschweißvorgang ausgesetzt wird.
Bei der Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe durch ein solches Verfahren sind verschiedene Nachteile z. B. dahingehend aufgetreten, daß zum Wickeln des bandartigen Plattenmaterials 32 um die Außenumfangsfläche des zylindrischen Metallrohrs eine große Antriebskraft erforderlich ist, daß ein Erhöhen der Wickelgeschwindigkeit des bandartigen Plattenmaterials schwierig ist, daß eine Zugbelastung an der Außenumfangsseite des um das Metallrohr 31 gewickelten bandartigen Plattenmaterials 32 entsteht, so daß dieses reißt, während an der Innenumfangsseite des um das Metallrohr 31 gewickelten bandartigen Plattenmaterials 32 eine Kompressionskraft erzeugt werden kann, die Falten, Verwerfungen und Wellenbildung verursacht, daß ein zuverlässiges Verschweißen des Verbindungsbereiches des Metallrohrs 31 und des bandartigen Plattenmaterials 32 schwierig ist, wobei diese unzuverlässige Verschweißung in dem Fall, in dem das gelieferte Metallrohr mit der spiralförmigen Rippe als Wärmeübertragungsrohr verwendet wird, zu verschlechterten Wärmeübertragungseigenschaften fährt und Bereiche, die nur unvollständig verschweißt sind, nach langer Verwendungsdauer als Kesselrohr und dgl. getrennt werden.
Bei dem zweiten Verfahren handelt es sich, wie in Fig. 2 (Vorderansicht) und Fig. 3 (Schnittansicht von Fig. 2 längs der Linie III-III dieser Figur) gezeigt ist, um ein Verfahren, bei dem ein Ausgangsrohr T&sub0; mit einem durch dieses hindurch geführten Dorn durch drei Gewindewalzen 41, 42 und 43, die um eine Walzbahn des Ausgangsrohres T&sub0; angeordnet sind, einem Kalt- (oder Warm-) Gewindewalzvorgang ausgesetzt wird. Die Walzen 41, 42 und 43 haben gleiche Gestalt und bestehen aus mehreren zehn Scheibenwalzen, die dickwandige Scheiben sind und die Querschnittsform eines keilförmig verdünnten Außenumfangsbereiches aufweisen, wobei eine im wesentlichen U-förmig ausgebildete Nut durch Walzdruck in Richtung der Wanddicke an einer Außenfläche des Ausgangsrohres T&sub0; erzeugt wird, wobei, während die Nut durch die folgende Scheibenwalze gewalzt wird, die Tiefe durch eine Kraft vergrößert wird, welche in einer rechtwinklig auf eine Fläche der Nut einwirkenden Richtung wirkt, und eine Metallmenge, die durch das plastische Bearbeiten der Nut beiseite gedrückt wird, in einem Spalt zwischen den Scheibenwalzen der beschriebenen Walzen deformiert wird, um eine Rippe 44 zu bilden. Eine Streckung des Rohres in einer Axialrichtung des Rohres tritt bei diesem Prozeß kaum auf, und der Innendurchmesser des Rohres wird im wesentlichen auf dem gleichen Wert gehalten wie derjenige des Ausgangs-Rohres, bis der Prozeß beendet ist.
Bei dem beschriebenen zweiten Verfahren sind jedoch die Materialien für ein Wärmeübertragungsrohr, welches hergestellt werden kann, auf weiche Materialien beschränkt, die sich merklich besser verarbeiten lassen, etwa Al und Cu. Es ist schwierig, die spiralförmige Rippe aus hochlegiertem Stahl, rostfreiem Stahl und gewöhnlichem Stahl zu fertigen, und die Anwendung dieses Verfahrens ist beschränkt auf einen Walzvorgang, der unter der Bedingung erfolgt, daß kaum eine Strekkung des Rohres selbst auftritt.
Zur Beseitigung der beschriebenen Nachteile schlagen die Erfinder ein drittes Verfahren vor, bei dem eine Walze Ringnuten aufweist, die derart an einer Außenumfangsfläche der Walze ausgebildet sind, daß ihre Zwischenräume von der Materialeinlaßseite zu der -auslaßseite hin allmählich erweitert werden können, wobei ein Dornstab in ein Ausgangs-Rohr eingeführt wird und das Ausgangs-Rohr zusammen mit dem in dieses eingeführten Dornstab durch ein Schrägwalzwerk in gestreckter Weise gewalzt wird, um durch Gewindewalzen eine spiralförmigen Rippe zu erhalten (offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. 124023/1987).
Dies bedeutet, daß, wie Fig. 4 (Vorderansicht) und Fig. 5 (vergrößerte Seitenansicht eines Bereiches von Fig. 4 längs der Linie V-V dieser Figur) zeigen, ein Schrägwalzwerk mit drei (oder vier) um eine Walzbahn angeordneten Walzen 61, 62, 63 verwendet wird, bei dem mehrere Ringnuten zur Ausbildung der spiralförmigen Rippe in einer Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche der Walzen derart ausgebildet sind, daß ihre Zwischenräume von der Einlaßseite zu der Auslaßseite des Metallrohrs hin allmählich erweitert werden können, wobei ein heißes hohles Ausgangs-Metallrohr T&sub0; zwischen den Walzen 61, 62, 63 zugeführt wird und dabei ein Dorn 66 in den hohlen Bereich eingeführt wird, um das Schrägwalzen des Ausgangs-Metallrohrs T&sub0; auszuführen, wodurch die spiralförmige Rippe gebildet wird.
Nach diesem dritten Verfahren kann die spiralförmige Rippe auch bei einem Ausgangs-Metallrohr, das aus gewöhnlichem Stahl, rostfreiem Stahl und dgl. gefertigt ist, an der Außenumfangsfläche ausgebildet werden.
Wenn jedoch ein eine spiralförmige Rippe aufweisendes Metallrohr nach dem beschriebenen dritten Verfahren hergestellt wird, fließt von den Walzen zur Seite gedrücktes Material des Ausgangs-Metallrohrs hauptsächlich in Axialrichtung des Ausgangs-Metallrohrs, und das Ausgangs-Metallrohr wird in seiner Axialrichtung gestreckt, wobei während des Prozesses des Fließens des Ausgangs-Metallrohrs die Rippe ausgebildet wird.
Folglich ergab sich das Problem, daß bei der Herstellung eines Spiralrippen-Metallrohrs mit einer hohen Rippe (im folgenden als Hochrippen-Rohr bezeichnet), bei dem das Material des Rohres in dessen Radialrichtung fließen muß, das beschriebene Verfahren nicht effektiv angewandt werden kann.
Zudem muß bei der nach dem beschriebenen Verfahren durchgeführten Herstellung eines Hochrippen-Rohrs, das aus gewöhnlichem Stahl und rostfreiem Stahl gefertigt ist, dessen Formbarkeit bei Warmwalztemperatur geringer ist als diejenige weicher Metalle wie Cu und Al, ein hohles Ausgangs-Metallrohr verwendet werden, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser der Rippe entspricht und dessen Innendurchmesser geringfügig größer ist als derjenige des Produktes. Folglich ist es erforderlich, ein dickwandiges Rohr mit einem Verhältnis von Wanddicke zu Außendurchmesser zu verwenden, das z. B. größer als 30% ist. Wenn das beschriebene Verfahren mit einem solchen, einen großen Außendurchmesser aufweisenden Ausgangs-Metallrohr durchgeführt wird, erhöht sich die beim Schrägwalzen zur plastischen Bearbeitung erforderliche Energie, und derzeit kann ein dickwandiges Rohr mit einem Verhältnis von Wanddicke zu Außendurchmesser von mehr als 30% mit keinem existierenden Dornwalzwerk zu einem nahtlosen Rohr verarbeitet werden, so daß ein Loch beispielsweise auf mechanische Weise unter Verwendung eines Bohrers vorgetrieben werden muß, wobei für das innere Bohren des Ausgangs- Metallrohrs eine beträchtliche Arbeitszeit erforderlich ist, die Materialausbeute verringert ist und dgl., so daß die Herstellungskosten spürbar ansteigen. Folglich ist nicht das beschriebene Verfahren, sondern üblicherweise das in Fig. 1 veranschaulichte erste Verfahren angewandt worden.
Ein Metallrohr mit einer spiralförmigen Rippe, bei dem die Rippe relativ zur Achse des Rohrs nicht vertikal steht, ist bekannt. Da zwei parallel angeordnete Stücke eines solchen eine spiralförmige Rippe aufweisenden Metallrohrs (im folgenden als Schraubenrohr bezeichnet) derart gedreht werden, daß sie zwischen sie plazierte feste Substanzen je nach den Umständen zerdrücken, werden solche gerippten Metallrohre in Abfallentsorgungseinrichtungen zum zerbrechen von Schrott, Schmutz, Sand und dgl. verwendet.
Wenn das Schraubenrohr durch das erste Verfahren hergestellt wird, wird eine für die Rippe vorgesehene Metallplatte verschweißt, während sie schräg gegen das Rohr gedrückt wird. Da jedoch die Metallplatte zur gleichen Zeit gegen das Rohr gedrückt und mit dem Rohr verschweißt wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird die Metallplatte gebogen, oder der Verschweißungsbereich kann nicht in der beschriebenen Weise zufriedenstellend befestigt werden. Zudem sind, da die Metallplatte schräg verschweißt wird, schwierige Situationen aufgetreten, da es schwierig ist, die Metallplatte zu positionieren und beide Seiten der Metallplatte in der Dehnung unterschiedlich sind, so daß ein Biegen oder Zerbrechen mit noch größerer Häufigkeit auftritt und somit die Herstellungsgeschwindigkeit des Schraubenrohres merklich reduziert wird.
US-A-2040764 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Rohres durch Lochen eines massiven Knüppels. Dieses Verfahren enthält den Vorgang des fort laufenden Aufweitens des Innendurchmessers des Rohres durch einen Stopfen. Durch das Lochen verdrängtes Metall bewirkt eine axiale Aufweitung des Rohres.
Die Erfindung wurde auf der Basis der vorstehend beschriebenen Sachverhalte konzipiert. Nach einem gemäß der Erfindung vorgesehenen Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe werden das Lochwalzen und die Ausbildung der Rippe zur gleichen Zeit ausgeführt, indem, wenn ein massiver Metallstab oder ein hohler Ausgangs-Metallstab dem Lochwalzen ausgesetzt werden, mehrere Walzen, an deren Außenumfangsfläche mehrere Ringnuten ausgebildet sind, und ein Lochdorn verwendet werden, um das Metallrohr mit der spiralförmigen Rippe herzustellen.
Somit ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, mit dem ein eine spiralförmige Rippe aufweisendes Metallrohr mit einer hohen Rippe (Hochrippenrohr) hergestellt werden kann, wobei die Rippe einstückig mit einem Rohrkörper ausgebildet ist.
Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, mit dem der Herstellungsvorgang merklich verkürzt werden kann.
Es ist eine dritte Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, das eine hohe Produktivität bietet.
Es ist eine vierte Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, mit dem die Herstellungskosten merklich reduziert werden können.
Es ist eine fünfte Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, mit dem die spiralförmige Rippe gleichförmig und zuverlässig ausgebildet werden können und die Qualität des Produktes merklich verbessert werden kann.
Es ist eine sechste Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, bei dem es nicht erforderlich ist, Führungsschuhe vorzusehen, indem ein drei oder vier Walzen aufweisendes Schrägwalzwerk verwendet wird.
Es ist eine siebte Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, mit dem die Walzgeschwindigkeit erhöht und die Produktivität verbessert werden kann, indem ein zwei Walzen und Führungsschuhe aufweisendes Schrägwalzwerk verwendet wird.
Es ist eine achte Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, mit dem die Herstellungsgeschwindigkeit erhöht und die Produktivität verbessert werden kann, indem mehrere Rippen gleichzeitig und parallel ausgebildet werden.
Es ist eine neunte Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, mit dem ein qualitativ gutes Metallrohr mit schräger spiralförmiger Rippe (Schraubenrohr) in leichter Weise hergestellt werden kann, indem die Tiefenrichtung der Nuten an jeder Auslaßseite der Walzen relativ zu der Achse des Rohres um einen vorbestimmten Winkel geneigt wird.
Es ist eine zehnte Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe zu schaffen, mit dem der Herstellungsvorgang erleichtert werden kann, indem als zu walzendes Material ein hohler Ausgangs-Metallstab verwendet wird, der mit einem kleinen Loch versehen ist.
Somit schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs, das die folgenden Schritte aufweist:
Zuführen eines massiven Metallstabes zu einem Schrägwalzwerk mit mehreren rotierenden Walzen, die um eine Walzbahn angeordnet und mit mehreren Ringnuten versehen sind, welche in Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche der Walzen ausgebildet sind;
Walzen des massiven Metallstabes mittels der Walzen;
und Verarbeitung des massiven Metallstabes zu einem gelochten hohlen Stab mittels eines Lochdorns, wobei dieser Verarbeitungsvorgang gleichzeitig Material dazu zwingt, von dem Metallstab radial auswärts so in die Nuten zu fließen, daß an der Außenumfangsfläche des gelochten hohlen Stabes mindestens eine Rippe gebildet wird.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs, das die folgenden Schritte aufweist:
Zuführen eines hohlen Ausgangs-Metallstabes, in dessen Mittelbereich ein Loch mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist, zu einem Schrägwalzwerk mit mehreren rotierenden Walzen, die um eine Walzbahn angeordnet und mit mehreren Ringnuten versehen sind, welche in Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche der Walzen ausgebildet sind;
Walzen des hohlen Ausgangs-Metallstabes mittels der Walzen; und
Verarbeitung des hohlen Ausgangs-Stabes durch Einführen eines Aufweitungswerkzeuges in den hohlen Ausgangs-Stab zur Aufweitung des Durchmessers des Loches und zur Ausbildung eines gelochten hohlen Stabes, wobei dieser Verarbeitungsvorgang gleichzeitig Material dazu zwingt, von dem hohlen Ausgangs-Stab radial auswärts so in die Nuten zu fließen, daß an der Außenumfangsfläche des gelochten hohlen Stabes mindestens eine Rippe gebildet wird.
Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen genauer ersichtlich.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht das erste Verfahren zur Herstellung des herkömmlichen Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe;
Fig. 2 zeigt in Vorderansicht das zweite Verfahren zur Herstellung des herkömmlichen Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe;
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 2 längs der Linie III-III von Fig. 2;
Fig. 4 zeigt in Vorderansicht das dritte Verfahren zur Herstellung des herkömmlichen Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe;
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 4 längs der Linie V-V von Fig. 4;
Fig. 6 zeigt in Vorderansicht eine erste bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung;
Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 6 längs der Linie VII-VII von Fig. 6;
Fig. 8 zeigt eine zur Hälfte geschnittene Seitenansicht der Walze von Fig. 6,
Fig. 9 zeigt in Vorderansicht eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung;
Fig. 10 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 9 längs der Linie X-X von Fig. 9;
Fig. 11 zeigt in Vorderansicht eine dritte bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung;
Fig. 12 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 11 längs der Linie XII-XII von Fig. 11;
Fig. 13 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der in Fig. 11 gezeigten Führungsschuhe;
Fig. 14 zeigt in Vorderansicht eine vierte bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung;
Fig. 15 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 14 längs der Linie XV-XV von Fig. 14;
Fig. 16 zeigt eine schematische Ansicht des Erscheinungsbildes eines Metallrohrs mit einer spiralförmigen Rippe;
Fig. 17 zeigt eine schematische Ansicht des Zustandes der Ausbildung der Rippen zur Erläuterung einer fünften bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung;
Fig. 18 zeigt in Vorderansicht eine sechste bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung; und
Fig. 19 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 18 längs der Linie XIX-XIX von Fig. 18.
Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung konkret beschrieben. Zunächst wird die erste bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung - kurz als bevorzugte Ausführungsform bezeichnet - erläutert, bei der ein massiver Metallstab einem mit drei Walzen durchgeführten Lochwalzvorgang ausgesetzt wird, um ein Metallrohr mit einer einzigen, vertikal zu einer Walzbahn verlaufenden spiralförmigen Rippe auszubilden.
Fig. 6 zeigt eine schematische Vorderansicht eines Zustandes bei der Anwendung der ersten Ausführungsform (die Nuten sind weggelassen), wobei Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 6 längs der Linie VII-VII von Fig. 6 ist und Fig. 8 eine halb geschnittene Seitenansicht einer Walze ist. In Fign. 6, 7, 8 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2, 3 drei Walzen, die an drei gleichmäßig um die Walzbahn Y-Y verteilten Positionen angeordnet sind und ein Schrägwalzwerk bilden, wobei das Bezugszeichen 6 einen Dorn bezeichnet, B&sub1; einen massiven Metallstab mit kreisförmigem Querschnitt, und T ein Metallrohr mit einer spiralförmigen Rippe bezeichnet. Jede Walze 1, 2, 3 ist an ihren beiden Enden gelagert, und ihre Walzenwelle ist mit einer (nicht gezeigten) Antriebsquelle verbunden, um die Walzen 1, 2, 3 in gleicher Richtung drehend anzutreiben (gezeigt durch jeweilige Pfeile a, b, c).
Die Walzen 1, 2, 3 weisen an ihrer Einlaßseite bzw. ihrer Auslaßseite die gleichen Stirnflächenwinkel α&sub1;, α&sub2; (siehe Fig. 8) auf, wobei die Achswellenlinien der Walzen derart geneigt sind, daß die Wellenenden an der gleichen Seite sich zu der gleichen Umfangsseite drehen können (ein Winkel β dieser Achswellenlinie relativ zu der Walzenbahn wird als Schrägwinkel bezeichnet) und sich der Walzenbahn an der gleichen Seite nähern können oder von dieser getrennt werden können. (Ein Winkel γ dieser Achswellenlinie relativ zu der Walzenbahn wird als Schrägwinkel bezeichnet, und die Richtung, an der die Achslinie der Walze von der Walzenbahn getrennt wird, wird als positiv definiert).
Ferner sind die Walzen 1, 2, 3 mit mehreren Ringnuten 7 versehen, z. B. zehn bis zwanzig Nuten, die in einer Umfangsrichtung an einer Außenumfangsfläche der Walzen mit geeigneten Intervallen in Axialrichtung geschnitten sind, und die erzeugten Nutenpositionen sind zwischen betreffenden Walzen um 120º phasenversetzt. Diese Nuten können an einem Außenumfangsbereich der einstückig angeformten Walze durch mechanische Bearbeitung ausgebildet werden, oder sie können ausgebildet werden, indem scheibenförmige Walzen eine auf die andere plaziert und an einem Stück der Welle gehalten werden, um sie zu kombinieren. Zwischen den Walzen untereinander sind die Nuten 7, wie teilweise in Fig. 7 ersichtlich ist, unterschiedlich hinsichtlich Position, Zwischenraum, Breite bzw. Tiefe, und auch innerhalb der betreffenden Walzen sind die Nuten 7 von der Materialeinlaßseite zu der Materialauslaßseite hin unterschiedlich hinsichtlich Zwischenraum, Breite bzw. Tiefe.
Die Position und der Zwischenraum der Nuten 7 und die genannten α, β, γ der Schrägwalze und dgl. in diesem Zusammenhang werden bestimmt in Abhängigkeit von der Höhe und dem Zwischenraum der auszubildenden Rippe und der Gestalt des Dorns. Die Position und die Tiefe der Nuten 7 werden von der Materialeinlaßseite zu der Materialauslaßseite hin in geeigneter Weise geändert, wobei der spiralförmige Metallfluß während des Schrägwalzvorgangs und der Metallfluß in Radialrichtung des Rippenteils, der in den Spalten der Nuten der Walze ausgebildet ist, berücksichtigt wird. Zudem ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Standrichtung der spiralförmigen Rippen rechtwinklig auf die Achse des Rohrs trifft, so daß die Nuten 7 derart ausgebildet werden, daß die Richtung der Nuten 7 - d. h. die Tiefenrichtung der Nuten 7 - rechtwinklig auf die Walzbahn treffen kann, und zwar passend zu dem Schrägwinkel γ der Walzen 1, 2, 3.
Somit wird die von einer Walze kommende Rippe zu der Nut der nachfolgenden Walze geführt, die ihrerseits ausgebildet wird. Die Breite und die Tiefe der Nuten sind zwischen den betreffenden Walzen nahezu gleich bemessen. Ferner wird die Tiefe der Nuten der betreffenden Walzen 1, 2, 3 in geeigneter Weise von der Einlaßseite zu der Auslaßseite geändert, so daß man an einem Ende der Auslaßseite die gewünschte Rippenhöhe erhält.
Ferner sind der Abstand und die Höhe der fertigen Rippe an der Auslaßseite abhängig von den letzten paar Nuten; wenn diese jedoch in Abstand und Tiefe identisch sind, sind die Endabmessungen präzise.
Der Dornstopfen 6 ist granatförmig, und sein Basisbereich ist an einem Ende eines Dornteils 6a gehalten, und der Dorn 6 ist auf der Walzenbahn Y-Y des massiven Metallstabes B&sub1; und des mit einer spiralförmigen Rippe versehenen Metallrohrs T unter der Bedingung angeordnet, daß seine Basisfläche sich fast an der Auslaßseite der Walzen 1, 2, 3 befindet.
Der massive Metallstab B&sub1; mit kreisförmigem Querschnitt wird auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt (Warmwalztemperatur) und dann aus der mit einem Pfeil markierten Richtung d dem Schräglochwalzwerk mit dem beschriebenen Aufbau zugeführt und zwischen den Walzen 1, 2, 3 erfaßt. Der zwischen den Walzen 1, 2, 3 erfaßte massive Metallstab B&sub1; wird bei Drehung um die Achse in Axialrichtung transportiert, d. h. die spiralförmige fortschreitende Bewegung wird ausgeführt, um die Rippe zu der Nut der benachbarten Walze zu führen, und zwar nacheinander durch die aufeinanderfolgenden Walzvorgänge mittels der drei Walzen. Zudem wird bei Einführung des Dorns 6 eine Belastungskomponente des Materials in Radialrichtung von einer Innenfläche des Materials aufgebracht, um das Metall in leichter Weise in Tiefenrichtung der Nut der Walze fließen zu lassen, wodurch der Außendurchmesser der Rippe größer wird als derjenige des Ausgangsmaterials.
Generell ist es wünschenswert, daß das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Metallrohrs T mit der Spiralrippe (dem Außendurchmesser der Rippe) und demjenigen des massiven Metallstabes B&sub1; (Rohraufweitungsverhältnis) in Hinblick auf kontinuierlichen stabilen Betrieb 1,5 oder weniger beträgt.
Der Grund dafür, daß der gewählte Wert für das beschriebene Verhältnis 1,5 oder weniger beträgt, besteht darin, daß, falls das Rohraufweitungsverhältnis 1,5 überschreitet, ein Dorn mit großem Durchmesser verwendet werden muß und der Durchtrittswiderstand erhöht wird, so daß das Walzen des hinteren Endes des Stabes nicht stabilisiert wird und die Rippe je nach dem Umständen zerreißt. Falls das Material an dem Außenumfangsrand der Rippe zu sehr in Umfangsrichtung gestreckt wird und dies bei Verwendung eines Materials mit schlechter Bearbeitbarkeit geschieht, treten zudem in dem umfangsrandbereich der Rippe Probleme wie z. B. Zerreißen auf.
Im folgenden wird die zweite bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung - kurz als bevorzugte Ausführungsform bezeichnet - erläutert, bei der ein massiver Metallstab einem mit vier Walzen durchgeführten Lochwalzvorgang ausgesetzt wird, um das gleiche Metallrohr mit spiralförmiger Rippe wie bei der ersten Ausführungsform auszubilden.
Fig. 9 ist eine schematische Vorderansicht, die einen Zustand bei der Anwendung der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt (die Nuten sind weggelassen), und Fig. 10 ist eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 9 längs der Linie X-X von Fig. 9. Diejenigen Teile in Fign. 9, 10, die mit gleichen Bezugszeichen und Markierungen versehen sind wie diejenigen bei der ersten Ausführungsform, gleichen denjenigen bei der ersten Ausführungsform.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform weist das Schrägwalzwerk vier Walzen 1, 2, 3, 4 auf, die an vier gleichmäßig um die Walzbahn Y-Y verteilten Positionen angeordnet sind, und die jeweiligen Walzen 1, 2, 3, 4 sind mit Ringnuten 7 versehen, die an einer Außenumfangsfläche der Walzen angeordnet und zwischen den jeweiligen Walzen um 90º phasenversetzt sind. Ferner sind Position, Zwischenraum, Breite, Tiefe und dgl. dieser Nuten 7 anhängig von der Gestalt der auszubildenden Rippe, wobei die Gestalt des Dorns 6 und der Metallstrom in gleicher Weise vorgesehen sind wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Auch bei dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform wird der erhitzte massive Metallstab B&sub1; dem Schrägwalzwerk zugeführt, das vier Walzen aufweist, und der Dorn 6 wird eingeführt, um das Metallrohr T mit spiralförmiger Rippe herstellen zu können. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie diejenige bei der ersten bevorzugten Ausführungsform, so daß deren Beschreibung hier entfällt.
Im folgenden wird die dritte bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung - kurz als bevorzugte Ausführungsform bezeichnet - erläutert, bei der ein massiver Metallstab einem mit zwei Walzen durchgeführten Lochwalzvorgang ausgesetzt wird, um das gleiche Metallrohr mit spiralförmiger Rippe wie bei der ersten Ausführungsform auszubilden.
Fig. 11 ist eine schematische Vorderansicht, die einen Zustand bei der Anwendung der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt (die Nuten sind weggelassen), wobei Fig. 12 eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 11 längs der Linie XII-XII von Fig. 11 ist und Fig. 13 eine perspektivische Ansicht der bei dieser bevorzugten Ausführungsform verwendeten Gleitschuhe ist. Diejenigen Teile in Fign. 11, 12, 13, die mit gleichen Bezugszeichen und Markierungen versehen sind wie diejenigen bei der ersten Ausführungsform, gleichen denjenigen bei der ersten Ausführungsform.
Bei der dritten bevorzugten Ausführungsform weist das Schrägwalzwerk zwei Walzen 1, 2, die an zwei gleichmäßig um eine Walzbahn verteilten Positionen angeordnet sind, und Führungsschuhe 5a, 5b auf, die in gleicher Weise zwischen den Walzen 1, 2 angeordnet sind wie bei den üblichen Mannesmann-Einrichtungen zur Herstellung nahtloser Rohre. Kurz ausgedrückt ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform, anders als bei der ersten und der zweiten bevorzugten Ausführungsform, bei denen die Anzahl der Walzen drei oder vier beträgt, ein Satz von zwei Führungsschuhen erforderlich. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind Nuten 7 an Außenumfangsflächen der beiden Walzen und Flächen der Führungsschuhe 5a, 5b ausgebildet.
Die jeweiligen Walzen sind mit Ringnuten 7 versehen, die um 180º phasenversetzt sind. Zudem sind die Gleitschuhe mit Nuten 7 versehen, die derart ausgebildet sind, daß sie der spiralförmig fortschreitenden Richtung der Rippe angepaßt sind, welche bei dem Vorgang des Walzens des massiven Metallstabes B&sub1; sukzessiv ausgebildet wird, so daß die aus der vorhergehenden Walze austretende Rippe in die Nut der nachfolgenden Walze eintreten kann, ohne beim Eintritt in die Nut des benachbarten Gleitschuhs zerstört zu werden.
In dem Fall jedoch, in dem das Schrägwalzwerk fünf oder mehr Walzen aufweist, kann ein Walzendurchmesser relativ betracht nicht so groß bemessen sein wie der Durchmesser eines von den Walzen beschriebenen Kreises, d. h. dem eingestellten Durchmesser des Materials (in diesem Fall dem Außendurchmesser eines Bodens zwischen den Rippen des spiralförmig gerippten Metallrohrs), und zwar aufgrund der geometrischen Situation, daß die benachbarten Walzen in Kontakt miteinander gebracht werden. Falls z. B. die Anzahl der Walzen fünf beträgt, beträgt der Walzendurchmesser das 1,4fache oder weniger des Aufbau-Durchmessers (des Durchmessers eines von fünf Walzen beschriebenen Kreises), während in dem Fall, daß die Anzahl der Walzen sechs beträgt, der Walzendurchmesser das 1,0fache oder weniger des Aufbau-Durchmessers (des Durchmessers eines von sechs Walzen beschriebenen Kreises) beträgt, d. h. wenn die Anzahl der Walzen vergrößert wird, kann der Durchmesser der Walzen nicht vergrößert werden. Folglich wird es im wesentlichen schwierig, die Welle der Walzen an beiden Enden zu lagern. Zudem wird, da der Durchmesser der Welle der Walze klein ist, die Festigkeit der Welle der Walze reduziert, und die Schwankungen der Abmessungen, die sich aufgrund der Temperaturschwankungen des Materials ergeben, nehmen zu. Zudem wird aufgrund des geringen Durchmesers der Walze die Walzgeschwindigkeit reduziert, so daß sich keine hinreichende Produktivität erzielen läßt. Aus den vorstehend aufgeführten Gründen ist die Anzahl der zum Aufbau des Schrägwalzwerks verwendeten Walzen auf vier oder weniger beschränkt.
Im folgenden wird die vierte bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung - kurz als bevorzugte Ausführungsform bezeichnet - erläutert, bei der ein massiver Metallstab einem Lochwalzvorgang ausgesetzt wird, um ein Metallrohr mit spiralförmiger Rippe auszubilden, bei dem die Standrichtung der Rippe nicht rechtwinklig auf die Rohrachse auftrifft, sondern relativ zu der Rohrachse um einen gewünschten Winkel geneigt ist (Schraubenrohr), und zwar im Zusammenhang mit dem Fall, in dem drei Walzen verwendet werden.
Fig. 14 ist eine schematische Vorderansicht, die einen Zustand bei der Anwendung der vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt (die Nuten sind weggelassen), und Fig. 15 ist eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 14 längs der Linie XV-XV von Fig. 14. Diejenigen Teile in Fign. 14, 15, die mit gleichen Bezugszeichen und Markierungen versehen sind wie diejenigen bei der ersten Ausführungsform, gleichen denjenigen bei der ersten Ausführungsform.
Wie in Fig. 15 gezeigt ist, trifft bei der vierten bevorzugten Ausführungsform die Tiefenrichtung einer an der Auslaßseite der Walze ausgebildeten Nut 7a nicht rechtwinklig mit einer Walzenbahn Y-Y zusammen, sondern ist relativ zu der Walzenbahn Y-Y geneigt. Ferner wird der Winkel zwischen der Tiefenrichtung der Nut 7a und der Walzenbahn auf der Basis des Neigungswinkels der Rippe des herzustellenden Schraubenrohrs und eines Schrägwinkels γ der Walze bestimmt. Wenn der massive Metallstab mittels der mit einer derartigen Nut versehenen Walzen dem Lochwalzvorgang ausgesetzt wird, wird die ausgebildete Rippe von einer Wand der geneigten Nut 7a an der Auslaßseite der Walze niedergedrückt, so daß das Schraubenrohr hergestellt wird.
Im folgenden wird die fünfte bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe - kurz als bevorzugte Ausführungsform bezeichnet - erläutert, bei der der massive Metallstab einem Lochwalzvorgang ausgesetzt wird, um ein spiralförmig geripptes Metallrohr mit mehreren Rippen auszubilden, und zwar im Zusammenhang mit dem Fall, in dem drei Walzen verwendet werden.
Fig. 16 zeigt das äußere Erscheinungsbild eines Metallrohrs T mit einer spiralförmigen Rippe, wobei Fig. 16(a) das durch das oben erwähnte Verfahren hergestellte Metallrohr mit einer einzigen Rippe zeigt und Fig. 16(b) das nach der fünften bevorzugten Ausführungsform hergestellte Metallrohr mit zwei Rippen zeigt. In Fig. 16(b) ist ein und dieselbe Rippe schraffiert bzw. nicht schraffiert gezeigt.
Auch in dem Fall, in dem mehrere Rippen ausgebildet werden, werden die Nuten an den Walzen auf die gleiche Weise ausgebildet wie bei der Ausbildung einer einzigen Rippe. Die Nuten sind an den jeweiligen Walzen an den Positionen der Rippen ausgebildet, die in bezug auf die Materialdrehung zwischen den jeweiligen Walzen um 1200 phasenversetzt sind. Ferner werden in dem Fall, in dem die Anzahl der Walzen vier beträgt, die Nuten mit einer Phasenversetzung von 90º zur Materialdrehung ausgebildet. Die Rippen ihrerseits werden in den an den Walzen ausgebildeten Nuten geformt, ohne zerstört zu werden. Falls z. B. zwei Rippen ausgebildet werden, werden zwei Linien von Rippen parallel gleichzeitig ausgebildet, um ein Metallrohr mit zwei spiralförmigen Rippen zu erzeugen, wie es in Fig. 16(b) gezeigt ist. Ferner ist bei der Ausbildung mehrerer Rippen die progressive Steighöhe während des Walzens 2mal, 3mal, . . . so hoch wie bei der Verwendung einer einzigen Rippe. Dabei wird der Neigungswinkel ß der Walze in Abhängigkeit von der Steighöhe der Spiralrippen auf einen geeigneten Wert eingestellt.
Fig. 17 ist eine schematische Darstellung der Ausbildung der Walze und des progressiven Zustandes der Ausbildung der Rippen in dem Fall, in dem eine einzige, zwei oder drei Rippen mittels dreier Walzen ausgebildet werden. In dem Fall, in dem eine einzige Rippe ausgebildet wird, ist die Walze derart konzipiert, daß die Nut jeder Walze für jede einzelne Drehung des massiven Metallstabes um eine Steighöhe vorrücken kann, und in dem Fall, in dem zwei oder drei Rippen ausgebildet werden, ist die Walze derart konzipiert, daß die Nut jeder Walze für jede einzelne Drehung des massiven Metallstabes um zwei oder drei Steighöhen vorrücken kann. Ferner ist, wie aus Fig. 17 ersichtlich ist, die Anordnung der Walzen in dem Fall, daß zwei Rippen ausgebildet werden, entgegengesetzt zu dem Fall, in dem eine einzige Rippe ausgebildet wird. Falls drei Rippen ausgebildet werden, haben die drei Walzen identische Gestalt.
Bei der fünften bevorzugten Ausführungsform können mehrere Walzen gleichzeitig ausgebildet werden, so daß die Herstellungsgeschwindigkeit erhöht und die Produktivität merklich verbessert werden kann.
Ferner steigt in dem Fall, in dem bei der Herstellung des eine spiralförmige aufweisenden Metallrohrs ein langes Material gewalzt wird, die Temperatur des Dorns merklich an, und der Schmelzverlust erhöht sich je nach den Umständen, aber bei der fünften Ausführungsform, bei der mehrere Rippen parallel gleichzeitig ausgebildet werden, kann, auch wenn die Drehgeschwindigkeit der Walze die gleiche ist, die Walzgeschwindigkeit um das 2fache, 3fache, . . . erhöht werden, so daß die Walzzeit auf das 1/2fache, das 1/3fache, . . . reduziert werden kann, wodurch die Kontaktzeit des Dorns mit dem zu walzenden Material reduziert und die Betriebslebensdauer des Dorns erhöht wird.
Im folgenden wird die sechste bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Metallrohrs mit spiralförmiger Rippe nach der Erfindung - kurz als bevorzugte Ausführungsform bezeichnet - erläutert, bei der drei Walzen verwendet werden und eine hohler Ausgangs-Metallstab als Walzmaterial verwendet wird.
Fig. 18 ist eine schematische Vorderansicht, die einen Zustand bei der Anwendung der sechsten bevorzugten Ausführungsform zeigt (die Nuten sind weggelassen), und Fig. 19 eine vergrößerte Schnittansicht von Fig. 18 längs der Linie XIX-XIX von Fig. 18. Diejenigen Teile in Fign. 18,19, die mit gleichen Bezugszeichen und Markierungen versehen sind wie diejenigen bei der ersten Ausführungsform, gleichen denjenigen bei der ersten Ausführungsform.
In Fign. 18, 19 bezeichnet B&sub2; einen als Walzmaterial verwendeten hohlen Ausgangs-Metallstab, der mit einem Loch 8 mit schmalem Durchmesser versehen ist, das an einem zentralen Bereich des Stabes ausgebildet ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird dieser hohle Ausgangs-Metallstab B&sub2; als zu walzendes Material verwendet. Die an einer Außenumfangsfläche der Walzen 1, 2, 3 ausgebildeten Nuten 7 sind die gleichen wie diejenigen bei der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Der hohle Ausgangs-Metallstab B&sub2; wird in einem (nicht gezeigten) Brennofen auf eine Warmwalztemperatur erhitzt (1200ºC im Fall von z. B. mittlerem unlegierten Stahl) und zu einem Schrägwalzwerk transportiert, wo der hohle Ausgangs-Metallstab B&sub2; wie in Fig. 19 gezeigt dem Lochwalzvorgang ausgesetzt wird. Dies bedeutet, daß beim Beginn des Walzens des hohlen Ausgangs-Metallstabes B&sub2; durch das Schrägwalzwerk der hohle Ausgangs- Metallstab B&sub2; von den Walzen 1, 2, 3 erfaßt und dann durch diese an drei Positionen von deren Umfang gedreht, und der Durchmesser des Loches 8 wird durch den Dorn 6 vergrößert, während das Lochwalzen durchgeführt wird. Das Material des hohlen Ausgangs-Metallstabes B&sub2; fließt in Radialrichtung des hohlen Ausgangs -Metallstabes B&sub2;, um die Nuten der Walzen 1, 2, 3 zu füllen, wodurch das gewünschte Metallrohr T mit einer spiralförmigen Rippe aus dem hohlen Ausgangs-Metallstab B&sub2; hergestellt werden kann.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird für den Durchmesser des Loches 8 des hohlen Ausgangs-Metallstabes B&sub2; ein Wert gewählt, der 1/2mal so groß oder kleiner ist als der größte Durchmesser des Dorns 6. Der Grund dafür liegt darin, daß, falls der Durchmesser des Loches 8 groß ist, die Belastungskomponente, die durch den Dorn 6 von einer Innenfläche des Materials in der Radialrichtung des Materials aufgebracht wird, nicht hinreichend ist, so daß der Metallfluß in Tiefenrichtung der Nut der Walze unter Schwierigkeiten erfolgt, so daß die Ausbildung der Rippe schwierig wird. Bei dieser sechsten bevorzugten Ausführungsform wird der hohle Ausgangs-Metallstab als Walzmaterial verwendet, so daß die thermische Bedingung an dem Ende des Dorns 6 günstig sein kann, wodurch Rohre, die aus schwer bearbeitbaren Materialien gefertigt werden, z. B. rostfreiem Stahl und hochlegiertem Stahl, in leichter Weise hergestellt werden können.
Ferner ist es selbstverständlich, daß bei der zweiten bis zu der fünften bevorzugten Ausführungsform, obwohl der zu walzende massive Metallstab durch den mit dem kleinen Loch versehenen hohlen Ausgangs-Metallstabes ersetzt wird, das Metallrohr mit der spiralförmigen Rippe weitgehend in der gleichen Weise hergestellt wird.
Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der Herstellung des spiralförmig gerippten Metallrohrs nach der Erfindung im Zusammenhang mit konkreten Zahlenwerten beschrieben.

(Zahlenbeispiel 1)

Ein aus S45C (JIS G4051) gebildeter massiver Metallstab (mit einem Außendurchmesser von 70 mm) und mit kreisförmigem Querschnitt, der durch Warmwalzen hergestellt wurde, wurde dem Walzvorgang mittels eines drei Walzen aufweisenden Schrägwalzwerks ausgesetzt, bei dem mehrere Nuten auf dem Umfang der Walzen ausgebildet waren, um so ein mit spiralförmiger Rippe versehenes Metallrohr mit den folgenden Parametern herzustellen (erste bevorzugte Ausführungsform):
Rippenabstand: 10 mm
Rippenaußendurchmesser: 84 mm
Bodenrippendurchmesser: 54 mm
Innendurchmesser: 40 mm
Die Betriebsbedingungen des Schrägwalzwerks (Walzen) dabei waren die folgenden:
Abmessungsparameter des Schrägwalzwerks
Material der Walzen: SCM440 (JIS G4105)
Neigungswinkel β der Walzen: 4º
Schrägwinkel γ der Walzen: 0º
Durchmesser des weitesten Bereiches der Walzen: 220 mm
Stirnflächenwinkel α&sub1; am Einlaß der Walzen: 7º
Stirnflächenwinkel α&sub2; am Auslaß der Walzen: 1º
Walzgeschwindigkeit: (in Axialrichtung des Rohrs an der Auslaßseite) 0,16 m/s
Drehgeschwindigkeit der Walzen: 200 upm
Als Ergebnis wurde ein hochwertiges Metallrohr mit einer spiralförmigen Rippe erzielt.

(Zahlenbeispiel 2)

Es wurde ein Metallrohr mit zwei Rippen hergestellt (fünfte bevorzugte Ausführungsform), und zwar mit dem gleichen Durchlaufplan wie bei dem Zahlenbeispiel 1. Zusätzlich wurde ein Schrägwinkel β von 8º gewählt, der 2mal so groß war wie bei dem Zahlenbeispiel 1. Andere Bedingungen sind wie folgt:
Schrägwinkel γ der Walzen: 0º
Drehgeschwindigkeit der Walzen: 200 upm
Walztemperatur: 1200ºC
Walzgeschwindigkeit: (in Axialrichtung des Rohrs an der Auslaßseite) 0,32 m/s
Als Ergebnis konnte die Walzgeschwindigkeit auf das 2fache derjenigen bei dem Zahlenbeispiel 1 vergrößert werden.

(Zahlenbeispiel 3)

Es wurde ein Schrägwinkel γ der Walzen von 1º gewählt, und für die anderen Bedingungen wurden die gleichen Werte gewählt wie diejenigen bei dem Zahlenbeispiel 1, um ein Metallrohr mit einer spiralförmigen Rippe herzustellen. Der Winkel der Nut relativ zu der Welle der Walze wurde derart eingestellt, daß er rechtwinklig auf die Walzbahn auftraf.
Ferner bestätigte sich, daß auch in dem Fall, in dem der Schrägwinkel γ auf einen negativen Wert eingestellt wurde, das gleiche Verfahren angewandt werden konnte.

(Zahlenbeispiel 4)

Ein aus SCM435 (JIS G4105) gebildeter massiver Metallstab (mit einem Außendurchmesser von 70 mm) und mit kreisförmigem Querschnitt, der durch Warmwalzen hergestellt wurde, wurde dem Walzvorgang mittels eines drei Walzen aufweisenden Schrägwalzwerks ausgesetzt, bei dem mehrere Nuten auf dem Umfang der Walzen ausgebildet waren, um ein Schraubenrohr mit den folgenden Parametern herzustellen (vierte bevorzugte Ausführungsform):
Rippenabstand: 50 mm
Rippenaußendurchmesser: 90 mm
Bodenrippendurchmesser: 50 mm
Innendurchmesser: 36 mm
Zudem wurde ein Standwinkel der Rippe relativ zu der Rohrachse von 60º gewählt (d. h. die vertikale Rippe war um 30º geneigt), und die Betriebsbedingungen des Schrägwalzwerks (Walzen) dabei waren die folgenden:

Abmessungsparameter des Schrägwalzwerks

Material der Walzen: SKD61 (JIS G4404)
Neigungswinkel β der Walzen: 16º
Schrägwinkel γ der Walzen: 2º
Durchmesser des weitesten Bereiches der Walzen: 200 mm
Stirnflächenwinkel α&sub1; am Einlaß der Walzen: 3º
Stirnflächenwinkel α&sub2; am Auslaß der Walzen: 2º
Walzgeschwindigkeit: 0,16 m/s
Schrägwinkel der Nut der Walzen am auslaßseitigen Ende: 30º
Als Ergebnis wurde ein hochwertiges Metallrohr erzielt.

(Zahlenbeispiel 5)

Das gleiche Schraubenrohr wie in dem Zahlenbeispiel 4 wurde mittels eines zwei Walzen aufweisenden Schrägwalzwerks hergestellt (dritte bevorzugte Ausführungsform + vierte bevorzugte Ausführungsform). Die Betriebsbedingungen des Schrägwalzwerks (Walzen) dabei waren die folgenden:

Abmessungsparameter des Schrägwalzwerks

Material der Walzen: SCM440 (JIS G4105)
Neigungswinkel β der Walzen: 16º
Schrägwinkel γ der Walzen: 2º
Durchmesser des weitesten Bereiches der Walzen: 550 mm
Stirnflächenwinkel α&sub1; am Einlaß der Walzen: 3,5º
Stirnflächenwinkel α&sub2; am Auslaß der Walzen: 3,5º
Gleitschuh: Plattengleitschuh mit Nuten
Als Ergebnis wurde ein hochwertiges Metallrohr wie bei dem Zahlenbeispiel 4 erzielt.
Im Falle von zwei Walzen kann, da der Durchmesser der Walzen keinen geometrischen Beschränkungen unterliegt, der Durchmesser der Walzen vergrößert werden (200 mm → 500 mm), wodurch die Walzgeschwindigkeit vergrößert wird. Folglich wird in dem Fall, in dem ein spiralförmig geripptes Metallrohr, das eine Rippe mit relativ hoher Steighöhe aufweist, wie bei dem Zahlenbeispiel 5 hergestellt wird, das Rohrmaterial leicht von den Gleitschuhen gehalten, so daß dieses hocheffiziente Verfahren der Verwendung zweier Walzen (dritte bevorzugte Ausführungsform) geeignet erscheint. Andererseits erscheint in dem Fall, in dem ein spiralförmig geripptes Metallrohr, das eine Rippe mit relativ geringer Steighöhe aufweist, wie bei dem Zahlenbeispiel 1 hergestellt wird, das Verfahren der Verwendung von drei oder vier Walzen ohne die Erfordernis von Gleitschuhen (erste oder zweite bevorzugte Ausführungsform) geeignet.

(Zahlenbeispiel 6)

Ein Schraubenrohr mit den folgenden Parametern wurde mittels eines drei Walzen aufweisenden Schrägwalzwerks aus einem aus STBA24 (JIS G3462) gebildeten hohlen Ausgangs-Metallstab mit einem Außendurchmesser von 65 mm und einem Innendurchmesser von 10 mm hergestellt (in anderen Worten, mit einem Loch mit einem Durchmesser von 10 mm an einem zentralen Bereich des Stabes) (sechste bevorzugte Ausführungsform).
Rippenabstand: 7 mm
Rippenaußendurchmesser: 75 mm
Bodenrippendurchmesser: 38 mm
Innendurchmesser: 31 mm
Die Betriebsbedingungen des Schrägwalzwerks (Walzen) dabei waren die folgenden:

Abmessungsparameter des Schrägwalzwerks

Material der Walzen: SCM440 (JIS G4105)
Neigungswinkel β der Walzen: 3,5º
Schrägwinkel γ der Walzen: 0º
Durchmesser des weitesten Bereiches der Walzen: 190 mm
Stirnflächenwinkel α&sub1; am Einlaß der Walzen: 5º
Stirnflächenwinkel α&sub2; am Auslaß der Walzen: 2º
Drehgeschwindigkeit der Walzen: 200 upm
Walztemperatur: 1150ºC
Walzgeschwindigkeit: (in Axialrichtung des Rohrs) etwa 0,1 m/s
Als Ergebnis konnte ein hochwertiges Metallrohr, das nur unter Schwierigkeiten durch plastische Bearbeitung oder durch das Plattenwickelschweißverfahren hergestellt werden konnte, in leichter Weise als einstückiges Produkt hergestellt werden.
Obwohl der Schrägwinkel γ der Walzen in dem oben beschriebenen Beispiel auf 0º eingestellt wurde, ist der Schrägwinkel γ der Walzen nicht darauf beschränkt, sondern kann in Abhängigkeit von der Spezifikation und dem Aufbau des Walzwerks entweder auf einen positiven Wert oder einen negativen Wert eingestellt werden. Wenn der Schrägwinkel γ der Walzen 1º, der Stirnflächenwinkel α&sub1; an der Einlaßseite der Walzen 6º und der Stirnflächenwinkel α&sub2; an der Auslaßseite der Walzen 1º beträgt, beträgt der Winkel einer Andrückfläche der Walze relativ zu der Walzbahn 5º an der Einlaßseite und 2º an der Auslaßseite wie bei dem oben beschriebenen Beispiel, so daß man ein Hochrippenrohr erhält, das dem bei dem oben beschriebenen Beispiel erhaltenen Hochrippenrohr gleichwertig ist. Jedoch war der Winkel der Nut der Walze unter der Bedingung, daß der Schrägwinkel der Walze 1º betrug, um 1º zu der Einlaßseite hin geneigt, um rechtwinklig auf die Achse des hohlen Ausgangs- Metallstabes zu treffen.
Da die Erfindung in verschiedenen Ausgestaltungen vorgesehen sein kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, sind die vorliegenden Ausführungsformen illustrativ und nicht einschränkend zu verstehen, da der Umfang der Erfindung eher durch die Ansprüche als durch die vorausgehende Beschreibung definiert ist; somit sind sämtliche Änderungen, die in den Umfang der Ansprüche fallen oder diesem gleichwertig sind, von den Ansprüchen geschützt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T), mit den folgenden Schritten:

Zuführen eines massiven Metallstabes (B&sub1;) zu einem Schrägwalzwerk mit mehreren rotierenden Walzen (1, 2, 3, 4), die um eine Walzbahn angeordnet und mit mehreren Ringnuten (7) versehen sind, welche in Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche der Walzen ausgebildet sind;

Walzen des massiven Metallstabes (B&sub1;) mittels der Walzen; und Verarbeitung des massiven Metallstabes zu einem gelochten hohlen Stab mittels eines Lochdorns (6), wobei dieser Verarbeitungsvorgang gleichzeitig Material dazu zwingt, von dem Metallstab radial auswärts so in die Nuten (7) zu fließen, daß an der Außenumfangsfläche des gelochten hohlen Stabes mindestens eine Rippe gebildet wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Walzen 3 oder 4 beträgt.

3. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 2, bei dem die jeweiligen Walzen so rotieren, daß zur Bildung einer einzigen durchgehenden Rippe die Nuten (7) der jeweiligen Walzen während einer Umdrehung des massiven Metallstabes (B&sub1;) um eine Ganghöhe vorrücken können.

4. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 2, bei dem die jeweiligen Walzen so rotieren, daß zur Bildung mehrerer durchgehender Rippen die Nuten (7) der jeweiligen Walzen während einer Umdrehung des massiven Metallstabes (B&sub1;) um mehrere Ganghöhen vorrücken können.

5. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 2, bei dem die Rippe mit im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rohrs (T) verlaufender Erstreckung ausgebildet wird, indem Walzen mit Nuten verwendet werden, deren Tiefenrichtung im wesentlichen senkrecht zur Walzbahn verläuft.

6. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 2, bei dem die Rippe ausgebildet wird, indem das Material des massiven Metallstabes (B&sub1;) durch mit Nuten versehene Walzen in Zuführrichtung des massiven Metallstabes schräggestellt wird, wobei die Tiefenrichtung der an der Auslaßseite der Walzen ausgebildeten Nuten näher zu der Auslaßseite geneigt ist als eine senkrecht zu der Walzbahn verlaufende Richtung.

7. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Walzen zwei beträgt und das Schrägwalzwerk mit zwei Führungsschuhen (5a, 5b) versehen ist, die jeweils zwischen den beiden Walzen angeordnet sind und Nuten (7) aufweisen, die entsprechend den betreffenden Positionen der Nuten der Walzen an der Oberfläche der Führungsschuhe angeordnet sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 7, bei dem die jeweiligen Walzen so rotieren, daß zur Bildung einer einzigen durchgehenden Rippe die Nuten der jeweiligen Walzen und Führungsschuhe während einer Umdrehung des massiven Metallstabes (B&sub1;) um eine Ganghöhe vorrücken können.

9. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 7, bei dem die jeweiligen Walzen so rotieren, daß zur Bildung mehrerer durchgehender Rippen die Nuten der jeweiligen Walzen und Führungsschuhe während einer Umdrehung des massiven Metallstabes (B&sub1;) um mehrere Ganghöhen vorrücken können.

10. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 7, bei dem die Rippe mit im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rohrs verlaufender Erstreckung ausgebildet wird, indem mit Nuten versehene Walzen und Führungsschuhe verwendet werden, deren Tiefenrichtung im wesentlichen senkrecht zur Walzbahn verläuft.

11. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 7, bei dem die Rippe ausgebildet wird, indem das Material des gelochten Metallstabes durch mit Nuten versehene Walzen und Führungsschuhe in Zuführrichtung des massiven Metallstabes schräggestellt wird, wobei die Tiefenrichtung der an der Auslaßseite der Walzen und Führungsschuhe ausgebildeten Nuten näher zu der Auslaßseite geneigt ist als eine senkrecht zu der Walzbahn verlaufende Richtung.

12. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T), mit den folgenden Schritten:

Zuführen eines hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;), in dessen Mittelbereich ein Loch (8) mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist, zu einem Schrägwalzwerk mit mehreren rotierenden Walzen (1, 2, 3, 4), die um eine Walzbahn angeordnet und mit mehreren Ringnuten (7) versehen sind, welche in Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche der Walzen ausgebildet sind;

Walzen des hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;) mittels der Walzen; und

Verarbeitung des hohlen Ausgangs-Stabes durch Einführen eines Aufweitungswerkzeuges (6) i den hohlen Ausgangs-Stab (B&sub2;) zur Aufweitung des Durchmessers des Loches (8) und zur Ausbildung eines gelochten hohlen Stabes, wobei dieser Verarbeitungsvorgang gleichzeitig Material dazu zwingt, von dem hohlen Ausgangs-Stab radial auswärts so in die Nuten (7) zu fließen, daß an der Außenumfangsfläche des gelochten hohlen Stabes mindestens eine Rippe gebildet wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 12, bei dem die Anzahl der Walzen 3 oder 4 beträgt.

14. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 13, bei dem die jeweiligen Walzen so rotieren, daß zur Bildung einer einzigen durchgehenden Rippe die Nuten (7) der jeweiligen Walzen während einer Umdrehung des hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;) um eine Ganghöhe vorrücken können.

15. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 13, bei dem die jeweiligen Walzen so rotieren, daß zur Bildung mehrerer durchgehender Rippen die Nuten (7) der jeweiligen Walzen während einer Umdrehung des massiven hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;) um mehrere Ganghöhen vorrücken können.

16. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 13, bei dem die Rippe mit im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rohrs verlaufender Erstreckung ausgebildet wird, indem Walzen mit Nuten (7) verwendet werden, deren Tiefenrichtung im wesentlichen senkrecht zur Walzbahn verläuft.

17. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 13, bei dem die Rippe ausgebildet wird, indem das Material des hohlen Ausgangs-Stabes (B&sub2;) durch mit Nuten (7) versehene Walzen in Zuführrichtung des hohlen Ausgangs- Metallstabes (B&sub2;) schräggestellt wird, wobei die Tiefenrichtung der an der Auslaßseite der Walzen ausgebildeten Nuten näher zu der Auslaßseite geneigt ist als eine senkrecht zu der Walzbahn verlaufende Richtung.

18. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 13, bei dem der Innendurchmesser des hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;) höchstens 1/2mal so groß ist wie der größte Durchmesser des Aufweitungswerkzeugs (6).

19. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 12, bei dem die Anzahl der Walzen zwei beträgt und das Schrägwalzwerk mit zwei Führungsschuhen (5a, 5b) versehen ist, die jeweils zwischen den beiden Walzen angeordnet sind und Nuten aufweisen, die entsprechend den betreffenden Positionen der Nuten der Walzen an der Oberfläche der Führungsschuhe angeordnet sind.

20. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 19, bei dem die jeweiligen Walzen so rotieren, daß zur Bildung einer einzigen durchgehenden Rippe die Nuten (7) der jeweiligen Walzen und Führungsschuhe während einer Umdrehung des hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;) um eine Ganghöhe vorrücken können.

21. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 19, bei dem die jeweiligen Walzen so rotieren, daß zur Bildung mehrerer durchgehender Rippen die Nuten (7) der jeweiligen Walzen und Führungsschuhe während einer Umdrehung des hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;) um mehrere Ganghöhen vorrücken können.

22. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 19, bei dem die Rippe mit im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rohrs verlaufender Erstreckung ausgebildet wird, indem mit Nuten (7) versehene Walzen und Führungsschuhe verwendet werden, deren Tiefenrichtung im wesentlichen senkrecht zur Walzenbahn verläuft.

23. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 19, bei dem die Rippe ausgebildet wird, indem das Material des hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;) durch mit Nuten (7) versehene Walzen und Führungsschuhe in Zuführrichtung des hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;) schräggestellt wird, wobei die Tiefenrichtung der an der Auslaßseite der Walzen und Führungsschuhe ausgebildeten Nuten näher zu der Auslaßseite geneigt ist als eine senkrecht zu der Walzbahn verlaufende Richtung.

24. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 19, bei dem der Innendurchmesser des hohlen Ausgangs-Metallstabes (B&sub2;) höchstens 1/2mal so groß ist wie der größte Durchmesser des Aufweitungswerkzeugs (6).

25. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 1, bei dem der Lochdorn (6) ein freies Ende aufweist, das an den massiven Metallstab (B&sub1;) so angreift, daß der hohle Stab gebildet wird, wobei der massive Metallstab relativ zu dem Lochdorn (6) in Zuführrichtung axial bewegt wird und das freie Ende des Lochdorns (6) entgegengesetzt zur Zuführrichtung gerichtet ist.

26. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 12, bei dem das Aufweitungswerkzeug (6) ein freies Ende aufweist, das an den hohlen Ausgangs-Metallstab (B&sub2;) so angreift, daß der hohle Stab gebildet wird, wobei der hohle Ausgangs-Metallstab (B&sub2;) relativ zu dem Aufweitungswerkzeug (6) in Zuführrichtung axial bewegt wird und das freie Ende des Aufweitungswerkzeugs (6) entgegengesetzt zur Zuführrichtung gerichtet ist.

27. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 6, bei dem die Rippe radial auswärts von ihren Fuß schräggestellt wird.

28. Verfahren zur Herstellung eines gerippten Metallrohrs (T) nach Anspruch 17, bei dem die Rippe radial auswärts von ihrem Fuß schräggestellt wird.