DE3914016C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen nahtloser Rohre aus einem in ein Rohrkontiwalzwerk eingeführten Hohlblock.

Bei Rohrkontiwalzwerken erfolgt die Umformung eines Hohlblockes zur Kontiluppe nach dem Stand der Technik in sechs bis acht Walzgerüsten, deren Kaliber eine Kaliberreihe für einen vorgegebenen konstanten Luppenaustrittsdurchmesser (Nennkaliber) bilden. Alle Kaliberreihen sind im Prinzip so gestaltet, daß vom ersten bis zum letzten Kaliber eine stufenweise Umfangsverkleinerung bei gleichzeitiger Wandabnahme erfolgt.

Die Auslegung eine Kaliberreihe bezieht sich immer auf die kleinste, dem Nennkaliber zugeordnete Luppenwanddicke. Mit der Vorgabe einer zugehörigen Grenzstreckung, wobei diese als das Verhältnis Hohlblockquerschnitt zu Luppenquerschnitt verstanden wird, kann der für diese Kaliberreihe konstante Hohlblockdurchmesser und die für die Herstellung der kleinsten Luppenwanddicke erforderliche kleinste Hohlblockwanddicke bestimmt werden.

Nach dem Stand der Technik sind in neuerer Zeit Kaliberreihen mit Grenzstreckungen zwischen 3,2 und 5,5 üblich.

Bei der Berechnung des Hohlblockdurchmessers sind verfahrensbedingte Ein- und Auslaufspielwerte zu berücksichtigen. Das Eintrittsspiel CH ist dabei die Differenz zwischen dem Hohlblockinnendurchmesser und dem Walzstangendurchmesser. Die Größe des Eingangsspiels ist nach zwei unterschiedlichen Kriterien zu bestimmen. So ist einerseits das Eingangsspiel so groß zu wählen, daß ein notwendiges Austrittsspiel am Ende des Verformungsprozesses erhalten bleibt, um ein Aufschrumpfen der Luppe auf der Walzstange zu vermeiden und ein Ausziehen der Walzstange aus der Luppe zu gewährleisten. Andererseits ergibt sich die Größe des Eingangsspiels aus der Notwendigkeit, die Walzstange vor Walzbeginn in den Hohlblock einzuführen und zu positionieren. Dabei darf die auf die Dornstange aufgebrachte Schmiermittelschicht nicht beschädigt werden, und es dürfen vor Beginn des Walzprozesses keine intensiven örtlichen Kontakte der Dornstange mit der Hohlblockinnenoberfläche auftreten, weil dadurch Wärme von der Hohlblockwand auf die Walzstange übergehen würde.

Besonders bei längeren Hohlblöcken ist eine ausreichende Geradheit im praktischen Betrieb nicht immer gewährleistet, so daß man aus den genannten Gründen ein möglichst großes Eingangsspiel CH anstreben wird. Bekannt sind Eingangsspielwerte zwischen 6,0 und 16,0 mm.

Ein großes Eingangsspiel hat aber den beträchtlichen Nachteil, daß die aus technologischen Gründen anzustrebende große Streckung im ersten Kaliber durch eine notwendigerweise weit geöffnete Kalibrierung wesentlich begrenzt wird.

Dem Fachmann ist es bekannt, daß die günstigsten Umformbedingungen in den ersten beiden Walzkalibern gegeben sind. Hier sind bei einer relativ dicken Eingangswand Wanddickenabnahmen von über 50% bei relativ niedrigem Formänderungswiderstand möglich. Die Formänderungsgeschwindigkeit ist im ersten Walzkaliber noch klein, ebenso die Relativgeschwindigkeit zwischen Walzstange und Walzgut. Im zweiten Walzkaliber kann z. B. eine Streckung in der Größenordnung von 1,6 erreicht werden.

Von diesen Problemen und den Nachteilen beim Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem bzw. der es möglich ist, die Streckung im ersten Walzkaliber zu vergrößern, um einerseits die Gesamtgrenzstreckung zu erhöhen oder um die mittleren Walzkaliber zu entlasten. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, auch bei vergrößerter Streckung die verfahrensmäßig erforderlichen Eingangsspielwerte in zulässigen Grenzen zu halten.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Hohlblock unmittelbar vor dem Einlauf in das erste Gerüst des Rohrkontiwalzwerkes ohne Wanddickenreduktion derartig verformt wird, daß das Spiel zwischen Walzstange und Hohlblockinnenfläche im Bereich des Kalibergrundes der Walzen des ersten Gerüstes größer ist, als das Spiel im Bereich der Walzflanken. Durch diesen Vorschlag werden für den Einlauf des Hohlblockes in das erste Kaliber des Rohrkontiwalzwerkes die gleichen Bedingungen geschaffen, die sich aufgrund der Kalibrierung herkömmlicher Rohrkontistraßen in den nachfolgenden Gerüsten dieser Straßen ergeben. Dadurch ergibt sich der gravierende Vorteil, daß eine Erhöhung der Streckung im ersten Kaliber möglich wird, welche eine Verminderung der Gesamtzahl der Walzgerüste ermöglicht. Dieses Ziel ist durch die Erfindung erreichbar, indem der Hohlblock in der vorgeschlagenen Weise - beispielsweise oval - verformt wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gedankens wird vorgeschlagen, daß der Grad der Verformung so gewählt wird, daß die Hohlblockinnenfläche im Bereich der Walzenflanken des ersten Gerüstes an der Walzstange anliegt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß bei größeren Eingangsspielwerten die Erfindung dahingehend erweitert wird, daß gleichzeitig mit dem Verformen des Hohlblockes eine Umfangsreduktion vorgenommen wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine unmittelbar vor dem ersten Gerüst des Kontiwalzwerkes angeordnete Einrichtung zum Verformen des Hohlblockes in mindestens einer Längsmittelebene, die (bei Zweiwalzenkalibrierung um 90 Grad) versetzt zu der bzw. den durch den Kalibergrund der Walzen des ersten Walzgerüstes der Rohrkontistraße verlaufenden Längsmittelebene bzw. -ebenen des Hohlblockes verläuft. Eine leichte kostengünstige Bauweise ist dann gegeben, wenn mit gering kalibrierten schmalen Walzen nur ovalisiert wird.

Sofern das Rohrkontiwalzwerk mit einer Dreiwalzenkalibrierung versehen ist, ist die Einrichtung zum Verformen des Hohlblockes ebenfalls mit drei Walzen ausgerüstet.

In jedem Fall empfiehlt es sich, die Einrichtung zur Verformung des Hohlblockes so nahe wie möglich an das erste Walzgerüst zu setzen, so daß der Hohlblock erst kurz vor Walzbeginn ovalisiert wird und die Vorteile eines großen Eingangsspiels erhalten bleiben. Da die Einrichtung als Treibapparat ausgebildet ist, besteht die Bedingung, die Geschwindigkeit der Einrichtung den Walzbedingungen anzupassen, wobei vorteilhafterweise der Kraft- und Leistungsbedarf der Einrichtung, weil keine Wanddickenverminderung stattfindet, entsprechend klein ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren erläutert. Anhand einiger Kaliberdarstellungen wird außerdem der Zusammenhang zwischen Eingangsspiel und möglicher Streckung im ersten Walzkaliber aufgezeigt. Es zeigt

Bild 1 die angenommene Kaliberform einer Walze des Kontiwalzwerkes,

Bild 2 und 3 verdeutlichen die Verhältnisse, die sich bei unterschied­ lichem Eingangsspiel im ersten Gerüst einer Kaliberreihe er­ geben.

Bild 4 zeigt die einfache Ovalisierung eines Hohlblockes mit schmalen profilierten Treibwalzen.

Bild 5 zeigt die Ovalisierung des gleichen Hohlblockes bei gleichzeitiger Umfangsreduktion mit entsprechend kalibrierten breiteren Treibwalzen und

Bild 6 zeigt die mögliche Kaliberkonstruktion für das erste Kaliber beim Einsatz eines entsprechend Bild 5 ovalisierten Hohlblockes.

Im Normalfall wird die Kontur eines in die Walzen eingeschnittenen Kontikalibers aus Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien gebildet, die in ihrem Konturberührungspunkt eine gemeinsame Tangente haben. Bild 1 zeigt eine angenommene Kaliberform, R 1 wird als Kalibergrundradius und α 1 als Kalibergrundwinkel bezeichnet. R 3 ist in der Darstellung der Flankenradius. Anhand von Bild 1 kann auch der Begriff Öffnungsverhältnis = a/b erläutert werden. b ist der Abstand Walzmitte - Kalibergrund, a ist der Abstand Walzmitte - Kaliberflanke, wobei für die Bestimmung von a angenommen ist, daß der Flankenradius der Kaliberkontur bis zur Achse der Walzmitte verlängert wird.

Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß die Größe der Kaliberöffnung durch R 2, im wesentlichen aber durch die Größen des Winkels α 1 regulierbar ist. Das heißt, das Öffnungsverhältnis wird kleiner, wenn α 1 größer wird.

Bekanntlich sind die Walzenachsen von aufeinanderfolgenden Walzgerüsten immer zueinander versetzt. Hierdurch läuft der in der Kaliberflanke gewalzte Luppenabschnitt in den Kalibergrund der nachfolgenden Walze ein. Für die Öffnungsverhältnisse der aufeinanderfolgenden Kaliber besteht die Bedingung, daß a n immer gleich oder größer als b n-1 ist. Für die mehr oder weniger in den Kalibern ovalisierten Auslaufquerschnitte kann diese Bedingung leicht eingehalten werden. Sie besteht aber auch für den Einlauf des runden Hohlblockes in das erste Walzkaliber. Damit muß a 1 theoretisch mindestens = dH/halbe sein, wenn beim Einlaufvorgang keine Beschädigung an der Oberfläche des Hohlblockes auftreten soll.

In den Bild 2 und 3 sollen die Verhältnisse dargestellt werden, die sich bei unterschiedlichem Eingangsspiel in dem ersten Gerüst einer Kaliberreihe ergeben. Die Darstellung zeigt für Bild 2 und 3 auf der linken Bildseite den einlaufenden Hohlblockquerschnitt und das vorgegebene Einlaufspiel, auf der rechten Seite den Walzspalt, der sich zwischen Kaliberkontur und Walzstangenoberfläche ergibt. In Abweichung gegenüber der allgemeinen Darstellung nach Bild 1 fällt der Radienpunkt für R 1 nicht mit der Walzmitte zusammen, sondern ist um E α versetzt.

Dies ist erforderlich, um in einem ersten Kaliber das notwendige große Öffnungsverhältnis zu erreichen. Damit ist die Wanddicke SG über den Kalibergrundwinkel α 1 nicht konstant. In Bild 2 und 3 wurden die Radien und Winkel so gewählt, daß die Bedingung a 1 < ^dH /₂ erfüllt wird.

In Bild 3 konnte bei kleinerem ^dH /₂ der Kalibergrundwinkel α 1 vergrößert und das Öffnungsverhältnis a 1 zu b 1 verkleinert werden. In den Darstellungen ist neben der Kalibergrundwanddicke SG eine Flankenwanddicke SF eingezeichnet, die einem Dornablösepunkt AP und einem Ablösewinkel zugeordnet ist.

Es wird hier vereinfachend unterstellt, daß SF vom Ablösepunkt AP an konstant bleibt und der Kaliberkontur folgt. Mit dem Winkel α A wird das Kaliber in einem Bereich der erzwungenen Umformung und einen Bereich mit freier Umformung geteilt. Sehr vereinfachend könnte man davon ausgehen, daß SF der Eingangswanddicke SH entspricht. Diese Annahme ist nicht zulässig, da die erzwungene Wandabnahme und die hieraus resultierende Materialstreckung auch eine Wandabnahme in der freien Umformzone bewirkt. Die verwickelten Funktionen, die den Ablösepunkt AP und SF bestimmen, können hier nicht dargestellt werden. Da die Größe des Kalibergrundwinkels α 1 für die Änderung von SF eine bedeutende Rolle spielt, ist die Größe SF im Bild 2 und 3 der Tendenz entsprechend dargestellt. Die Streckung eines Kalibers ergibt sich immer aus dem Verhältnis Eintrittsquerschnitt zu Austrittsquerschnitt. Mit den dargestellten Querschnittsflächen A 0 und A 1 zeigt sich, daß in Bild 3 bei kleinem Eingangsspiel eine gleichmäßigere Wanddicke und eine geringfügig größere Streckung erreicht wird. Die erreichte Streckung entspricht aber nicht dem vorhandenen Formänderungsvermögen des ersten Kontikalibers. Nach der Erfindung ist vorgesehen, den einlaufenden Hohlblock zu ovalisieren, indem sein Durchmesser um das Maß des vorhandenen Eingangsspiels zwischen zwei leicht profilierten Walzen zusammengedrückt wird. Diese Verhältnisse sind in Bild 4 dargestellt. Eine hierfür erforderliche Vorrichtung kann als Treibapparat mit anstellbaren Walzen angesehen werden. Wichtig ist es, die Vorrichtung so nah wie möglich an das erste Walzgerüst zu setzen, so daß der Hohlblock erst kurz vor Walzbeginn ovalisiert wird, um die Vorteile eines großen Eingangsspieles zu erhalten. Werden große Eingangsspielwerte gewünscht, so kann die Vorrichtung in entsprechend schwererer Ausführung auch mit einer Walzenkalibrierung ausgeführt werden, die neben der Ovalisierung auch eine bestimmte Umfangsreduktion bewirkt. Derartige Verhältnisse sind in Bild 5 dargestellt.

Bild 6 zeigt die mögliche Kaliberkonstruktion, die sich beim Einsatz eines nach Bild 5 ovalisierenden Hohlblockes ergibt. Mit der Ovalisierung des Hohlblockes sind für das erste Kaliber die gleichen Einlaufbedingungen, wie für die übrigen Kaliber gegeben. Die Vergrößerung der Streckung ist aus dem Flächenverhältnis deutlich sichtbar.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre aus einem in ein Rohrkontiwalzwerk eingeführten Hohlblock, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlblock unmittelbar vor dem Einlaufen in das erste Gerüst des Rohrkontiwalzwerkes ohne Wanddickenreduktion derart verformt wird, daß das Spiel zwischen Walzstange und Hohlblockinnenfläche im Bereich des Kalibergrundes der Walzen des ersten Gerüstes größer ist als das Spiel im Bereich der Walzenflanken.

2. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungswerkzeuge so angestellt werden, daß die Hohlblockinnenfläche im Bereich der Walzenflanken des ersten Gerüstes an der Walzstange anliegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungswerkzeuge so kalibriert werden, daß gleichzeitig eine Umfangsreduktion erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine unmittelbar vor dem ersten Gerüst des Kontiwalzwerkes angeordnete Einrichtung zum Verformen des Hohlblockes in mindestens einer Längsmittelebene, die versetzt zu der bzw. den durch den Kalibergrund der Walzen des ersten Walzgerüstes des Rohrkontiwalzwerkes verlaufenden Längsmittelebene bzw. -ebenen des Hohlblockes verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verformen des Hohlblockes aus einem Zweiwalzengerüst mit anstellbaren Walzen besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 vor einem Rohrkontiwalzwerk mit Dreiwalzenkalibrierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verformen des Hohlblockes aus drei Walzen besteht.