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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
dünnwandiger
Metallrohre mit einem t/D-Verhältnis
von im wesentlichen 2 % oder weniger, wobei t die Dicke eines Blechs
und D der Außendurchmesser
eines Rohres ist, wobei in wirksamer Weise die Vorverformung eines
Metallblechs ausgenutzt wird, die durch plastisches hierauf ausgeübtes Biegen
hervorgerufen wird.
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Metallrohre
wurden üblicherweise
auf einer kontinuierlichen Straße
in folgenden Schritten hergestellt: Formen von Metallblechen in
Rohre durch aufeinanderfolgendes Biegen in Richtung der Breite unter
Verwendung einer Rollenformungs- oder
Walzmaschine mit einer Tandemanordnung aus einer Anzahl von Formwalzen
mit einem Kaliber oder Käfigwalzen und
wobei beide seitlichen Ränder
der so geformten Metallbleche durch Schweißen zusammengefügt werden.
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Es
stellen sich jedoch die folgenden Probleme ein, wenn man beabsichtigt,
dünnwandige
Metallrohre nach einem solchen konventionellen Verfahren herzustellen.
Da die Dicke eines Ausgangsmetallbleches viel kleiner als der Außendurchmesser
D eines Rohres ist, kann dieses nicht einer ausreichenden plastischen
Verformung ausgesetzt werden, bis es auf den Krümmungsradius R(= D/2) des Endproduktes
gebogen ist. Aus diesem Grunde erleidet das Metallblech auch so
eine elastische Deformation im Zuge des Biegevorgangs, daß erhöhtes Zurückfedern
eintritt, während
die eine Walze verlassen wird und der Eintritt in die nächste Walze
erfolgt; dies führt also
zu einem unzureichenden Biegevorgang der seitlichen Ränder und
führt zur
Möglichkeit,
daß ein Kantenausbauchen
stattfinden kann, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Kanten übermäßig gedehnt
sind. Um diese Problem zu lösen,
wurde vorgeschlagen, die Anzahl der Walzen zu erhöhen und
dieses Zurückfedern
soweit wie möglich
zu reduzieren. Bei diesem Vorschlag tritt jedoch ein anderes Problem
auf, das darin besteht, daß es
eine gewisse Zeit dauert, bis die Walzen gewechselt oder einreguliert werden,
da die Anpaßfähigkeit
auf Größen geringer wird
und da die Kontaktzeit des Metallblechs mit den Walzen und die Zeit,
während
der es in das endgültige
Rohr geformt wird, zunimmt, was die Gefahr heraufbeschwört, daß Oberflächenrisse
oder Flecke eintreten können.
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Wie
in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62-176611 A
dargelegt, hatten die Erfinder ein Verfahren zum Herstellen dünnwandiger Metallrohre
vorgeschlagen, bei dem das Metallblech auf seiner die Innenseite
des endgültigen
Rohres bildenden Seite plastischem Biegen mit einer Biegewalze ausgesetzt
wurde, welche senkrecht zur Längsrichtung
angeordnet war, bis die Krümmung
in Längsrichtung
auf null reduziert war; so ist dann das Metallblech in Breitenrichtung
in röhrenförmiger Gestalt entsprechend
der Krümmung
des Endproduktes gebogen, in dem die Restkrümmung in Richtung der Breite,
die aus dem plastischen Biegen resultiert, ausgenützt wird
und dieses Metallblech an seinen seitlichen Rändern zusammengefügt wird.
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Das
Verfahren zum Herstellen dünnwandiger Metallrohre
bringt nun einen Durchbruch, da es möglich wird, ein dünnwandiges
Metallrohr herzustellen, ohne daß die Oberfläche des
Metallblechs aufgrund einer zu stark erhöhten Anzahl von Walzen wesentlich
beschädigt
wird. Zur Durchführung
dieses Verfahrens ist es jedoch notwendig, plastische Biegevorgänge durchzuführen, um
eine gesteigerte plastische Verformung der Seite eines Metallblechs
zu geben, die die Innenseite des endgültigen Rohres bei Benutzung
der Walzen mit einem kleinen Durchmesser bilden und diese senkrecht
zur Längsrichtung
angeordnet sind. Bei der Aufbringung eines solchen gesteigerten
plastischen Verzugs ist es unvermeidlicherweise notwendig, daß der Durchmesser
der Biegewalzen so klein wie möglich
wird. Die Durchmesserverminderungen der Biegewalzen führen jedoch
zu einer Verminderung in der Biegesteifigkeit der Biegewalzen, so
daß leicht
axial eine Ablenkung auftritt. Um eine solche Ablenkung zu verhindern,
ist es daher notwendig, ein zu verarbeitendes Metallblech 4 zwischen
eine mit Urethankautschuk ausgekleidete Walze 10 und eine
Biegewalze 11 kleinen Durchmessers zu führen, die so ausgelegt ist,
daß das
Metallblech 4 gegen die Walze 10 gedrückt wird
und diese Walze durch einen die Ablenkung verhindernden Block 12,
wie in 4 gezeigt ist,
gelagert wird.
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Wie
oben ausgeführt,
kompensiert ein solcher die Ablenkung verhindernder Block 12 die
Verminderung in der Biegesteifigkeit der Biegewalze 11 kleinen
Durchmessers, wodurch dessen axiale Auslenkung oder Deflektion verhindert
wird. Es ist somit notwendig, daß der Block 12 an
seinem äußersten Ende
mit einer Nut 12a mit einem Radius versehen wird, die im
wesentlichen gleich dem der Biegewalze 11 ist, die dann
wenigstens mit einem Fluorharz behandelt wird, so daß die Reibung
mit der Biegewalze 11 vermindert wird; hierdurch wird das
Auftreten von Verschleißmarkierungen
verhindert und eine glatte Drehung der Biegewalze 11 sichergestellt.
Weiterhin ist es notwendig, daß das
Metallblech 4 auf seine die Biegewalze 11 kontaktierenden
Oberfläche
mit einem Schmieröl überzogen
wird, so daß die
Schmierung zwischen dem die Auslenkung oder Deflektion verhindernden
Block 12 und der Biegewalze 11 kleinen Durchmessers
verbessert wird.
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Um
Metallrohre mit einer solchen Anordnung jedoch herzustellen, ist
es notwendig, daß die
Walze 11 kleinen Durchmessers gegen die mit Urethankautschuk
verkleidete Walze 10 mit großer Kraft gedrückt wird,
um das Metallblech 4 zu biegen. Somit tritt ein extrem
großer
Kontaktdruck aufgrund des kleinen Durchmessers der Biegewalze 11 auf.
Dies sorgt dafür,
daß der
die Auslenkung verhindernde Block 12 zur oder von der Biegewalze 11 erfaßt wird, die
Biegewalze 11 Rißbildung
zeitigen kann oder die Biegewalze 11 kann an der Drehung
gehindert werden, wodurch das Metallblech 4 beschädigt wird.
Um das Auftreten eines solchen Phänomens zu verhindern, werden
der Block 12 und die Biegewalze 11 auf ihren Oberflächen geschmiert,
wodurch die Reibung hierzwischen reduziert wird. Das Schmiermittel
jedoch tritt zwischen das Metallblech 4 und die mit Urethankautschuk
ausgekleidete Walze 10, so daß sie relativ zueinander gleiten
können
oder das Metallblech 4 bewegt sich in Zickzack-Richtung.
Wenn jedoch das Schmiermittel auf dem Metallblech 4 abgeschieden
wird, hat es einen ungünstigen
Einfluß auf das
beim Zusammenfügen
der seitlichen Ränder
des Metallblechs 4 in ein Metallrohr durchzuführenden Schweißen. Es
war so erforderlich, daß wenigstens die
Bereiche des zu schweißenden
Metallblechs entfettet wurden. Kostenprobleme stellen sich ein,
da nicht nur sehr genaue Verfahren notwendig sind, um die Kontaktdruckverteilung
des die Auslenkung verhindernden Blocks 12 mit der Biegewalze 11 kleinen Durchmessers
so gleichförmig
wie möglich
zu machen, sämtliche
infrage kommenden Teile haben eine kurze Lebensdauer.
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In
der
DE 37 33 058 A1 der
Anmelderin ist ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Metallrohre angegeben,
das dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
dünnwandiger
Metallrohre anzugeben, das geringere Beschädigung der Walzen und eine
Erhöhung
der Lebensdauer der Metallrohre erreicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
2 gelöst.
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Es
wird ein Verfahren zum Herstellen dünnwandiger Metallrohre angegeben,
bei dem ein Metallblech auf einer die Innenseite des Metallrohres
bildenden Seite einem plastischen Biegen mit einer Biegewalze kleineren
Durchmessers ausgesetzt wird, welches senkrecht zur Längsrichtung
angeordnet ist und wird dann zurück
gebogen, bis seine Krümmung in
Längsrichtung
auf null reduziert ist, wodurch dieses Metallblech in röhrenförmige Gestalt
entsprechend der Krümmung
des Endprodukts gebogen wird, indem die Restkrümmung in Richtung der Breite ausgenutzt
wird, die aus diesem plastischen Biegen und Zurückbiegen resultiert; diese
röhrenförmige Gestalt
wird an ihren sich gegenüberstehenden
Seitenkanten zusammengefügt.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß dies leicht bei niedrigen
Kosten ohne irgend eine Anwendung von Nachbehandlungen erfolgen
kann; es wird auch möglich,
plastische Biegeverfahren, die eine große plastische Verformung oder
Auslenkung zur Folge haben, anzuwenden.
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Als
Folge umfangreicher Versuche wurde gefunden, daß man wie folgt erfindungsgemäß vorzugehen
hat: ein Metallblech wird durch eine Walzengruppe geführt, die
umfaßt:
eine Zuführungswalze
in zylindrischer Form, eine Transportwalze in zylindrischer Form,
die axial parallel und unter Abstand von der Zuführungswalze um einen Spalt
G ist und sich in der gleichen Richtung wie die Zuführungswalze
dreht und eine Biegewalze kleinen Durchmessers, die durch eine Loswalze
definiert ist, die benachbart und axial parallel zu den Zuführungs-
und Transportwalzen ist und einen Durchmesser aufweist, der größer als
eine Länge
ist, die erhalten wird, wenn man von diesem Spalt G eine Länge abzieht,
die gleich der doppelten Dicke des zu biegenden Metallblechs ist, derart,
daß dieses
zunächst
längs der
Zuführungswalze
zugeführt,
dann durch den Spalt G geführt
und längs
der Biegewalze gebogen wird und schließlich durch diesen Spalt G
zurückgeführt wird.
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Beispielsweise
Ausführungsformen
der Erfindung sollen nun mit bezug auf die beiligenden Zeichnungen
näher erläutert werden;
diese zeigen in
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1 eine Darstellung, die
die Prinzipien des Verfahrens nach der Erfindung zur Herstellung dünnwandiger
Metallrohre erläutert;
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2 ist eine vergrößerte Darstellung
eines bei A in 1 gezeigten
Bereichs;
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3 ist ein Schnitt längs der
Linie B-B der 1 und
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4 ist die Darstellung eines üblichen
Verfahrens zur Herstellung dünnwandiger
Metallrohre und ist vorgesehen, um zu illustrieren, wie das plastische
Biegen an einem Metallblech vorgenommen wurde.
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Nach
den Zeichnungen ist eine Zuführungswalze 1 zylindrischer
Gestalt zusammen mit einer Transportwalze 2, wieder in
zylindrischer Gestalt, vorgesehen, die axial parallel und unter
einem Abstand um einen Spalt G zur Zuführungswalze 1 angeordnet
ist und sich in der gleichen Richtung wie die Zuführungswalze 1 dreht.
Eine Biegewalze 3 kleinen Durchmessers ist definiert durch
eine Loswalze, die benachbart den beiden Walzen 1 und 2 und
parallel zu deren Achsen angeordnet ist und über einen Durchmesser verfügt, der
größer als
eine Länge
ist, die man erhält,
wenn man vom Spalt G eine Länge gleich
der doppelten Dicke eines Metallblechs 4 abzieht. Eine
Walzengruppe umfassend die Zuführ-
und Transportwalzen 1 und 2 und die Loswalze,
d.h. die Biegewalze 3 kleinen Durchmessers werden im Folgenden
als plastische Biegeanordnung bezeichnet werden. In der plastischen
Biegeanordnung wird das Metallblech 4 zunächst längs der
Zuführungswalze 1 zugeführt, dann
durch den Spalt G geführt
und entlang der Biegewalze 3 gebogen und schließlich durch den
Spalt G zurückgeführt. Unter
dem hier gebrauchten Ausdruck "Metallblech 4", das in ein dünnwandiges Metallrohr
geformt werden soll, sind hier nicht nur kaltgewalzte Metallbleche
sondern auch Metallbleche zu verstehen, die auf wenigstens einer
Seite durch Spiegelpolieren oder Hochglanzpolieren poliert wurden
oder auf wenigstens eine Oberfläche
auf einer Seite durch Ätzen,
chemisch chromatische Verfahren, keramisches überziehen, Plattieren oder
chemisches überziehen
poliert wurden. Eine Ablenk- oder
Deflektorwalze 5 wird verwendet, um die Zuführrichtung
des Metallblechs 4 abzulenken, welches auf seiner die Innenseite
des endgültigen
Rohres definierenden Seite einem plastischen Biegen mit dieser plastischen
Biegeanordnung ausgesetzt wurde, die in der Richtung senkrecht zur
Längsrichtung
angeordnet ist und dann erfolgt eine Rückführung durch den Spalt G, um
das Metallblech zurückzubiegen,
bis seine Krümmung
in Längsrichtung
auf null reduziert wird. Eine Führungswalze
("Saumführungswalze") 6 ist
vorgesehen, um die sich gegenüberstehenden seitlichen
Ränder
des Metallblechs 4, nun in röhrenförmiger Gestalt, gerade unter
einen Schweißbrenner
zu positionieren, wobei dieses Blech in Richtung seiner Breite entsprechend
der Krümmung
des Endproduktes gebogen wurde, indem die restliche Krümmung in
Richtung der Breite hiervon ausgenutzt wurde, die aus dem plastischen
Biegen und Zurückbiegen
resultiert, wobei dies mit der plastischen Biegeanordnung und der
Ablenk- oder Deflektorwalze 5 jeweils auftritt. Eine Quetschwalze 7 ist
vorgesehen, um die gegenüberstehenden
seitlichen Kanten des röhrenförmigen Metallblechs
unter Verlassen der Saumführungswalze 6 in
Ausrichtung zueinander zu bringen. Ein Schweißbrenner 8 ist vorgesehen,
um die seitlichen Ränder
des röhrenförmigen Metallblechs
zusammenzuschweißen,
kurz nachdem es die Quetschwalze 7 verläßt. Eine mit Urethan beschichtete
Klemmwalze 9 ist vorgesehen, um das Metallrohr zu transportieren,
dessen Seitenkanten durch den Schweißbrenner 8 zusammengeschweißt sind.
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Während das
Metallblech 4 durch die Anordnung solch einer oben beschriebenen
Konstruktion geführt
wird, wird es längs
der Zuführungswalze 1 der plastischen
Biegeanordnung gebogen, durch den Spalt G geführt, der zwischen der Zuführungswalze 1 und
der Transportwalze 2 entstanden ist und auf seine die Innenseite
des endgültigen
Rohres bildenden Seite plastischem Biegen durch die Biegewalze 3 kleinen
Durchmessers in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung ausgesetzt. Das
Metallblech 4 wird dann herausgezogen, während eine
die axiale Mitte der Zuführungswalze 1 mit
der der Transportwalze 2 verbindende Linie nach vorne gegen
die Außlaßseite der
plastischen Biegeanordnung um eine gewisse Größe eines Winkels geneigt wird,
der größer 0° ist, so
daß jede
Reduktion in der Restkraft oder Restbeanspruchung des Metallblechs 4 verhindert
wird, das im übrigen
durch seinen Umkehrbiegevorgang beaufschlagt werden kann, der zu
dem Zeitpunkt stattfindet, zudem es die Transportwalze 2 verläßt. Das Metallblech 4 wechselt
anschließend
seine Vorschubrichtung und wird durch die Deflektor- oder Auslenkwalze 5 zugeführt, durch
welche es zurückgebogen
wird, bis seine Krümmung
in Längsrichtung auf
null reduziert wird, geht dann zur Saumführungwalze 6, die
unter Abstand zur Ablenkwalze 5 um ein Stück steht,
das größer als
etwa der zehnfache Durchmesser des herzustellenden Metallrohres
ist. In der Zwischenzeit wird das Metallblech 4 in Richtung
der Breite durch die Restkrümmung
in der Breite gebogen, die aus dem plastischen Biegen resultiert und
entsprechend der Krümmung
des Endproduktes zurückgebogen,
wodurch man ein röhrenförmiges Produkt
erhält.
Die sich gegenüberstehenden
seitlichen Ränder
des röhrenförmigen Produktes
werden dann durch die Kantenführungwalze 6 positioniert. Nach
Verlassen der Quetschwalze 7 wird das jetzt in röhrenförmiger Gestalt befindliche
Metallblech 4 an seinen seitlichen Rändern durch den Schweißbrenner 8 zusammengeschweißt. Schließlich wird
das Metallrohrprodukt mitgenommen und wird längs der mit Urethankautschuk
beschichteten Klemmwalze 9 ausgetragen.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Es
wurden Zuführungs-
und Transportwalzen 1 und 2 je von 35 mm im Radius
und 100 mm in der Länge
mit einem Spalt G gleich 3 mm hierzwischen mit einer Biegewalze 3 kleinen
Durchmessers mit 2 mm Radius und 110 mm Länge verwendet und die plastische
Biegeanordnung, bei der eine die axiale Mitte der Zuführungswalze 1 mit
der der Transportwalze verbindende Linie gegen die Quetschwalze 7 unter
einem Winkel von 30° geneigt
ist. Unter Quetschwalze kann auch eine Walze für oberflächliches Walzen mit geringem
Druck verstanden werden. Die Ablenkwalze oder die Deflektorwalze 5 war um
ein Stück
von 600 mm von der Quetschwalze 7 angeordnet und die Bodenbettfläche der
Deflektorwalze 5 war an einer Position höher als
die Höhe
von der Bettfläche
der Quetschwalze 7 zum Röhrenboden um 15 mm angeordnet.
Unter Verwendung einer solchen Anordnung wurde ein Metallblech eines
SUS 304-BA Materials in Bundform mit einer Dicke von 0,15 mm, einer
Breite von 89,38 mm und einer Streckgrenze von 32 kg/mm2 in
ein geschweißtes Rohr
mit einem Außendurchmesser
von 28,6 mm Durchmesser geformt. Somit könnten dünnwandige Metallrohre aus rostfreiem
Stahl kontinuierlich hergestellt werden mit ausgezeichneter Geometrie,
Oberflächeneingeschaften
und Schweißqualität.
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Beispiel 2
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Die
Zuführungs-
und Transportwalzen 1 und 2, je von 35 mm Radius
und 100 mm Länge
mit einem hierzwischen ausgebildeten Spalt G gleich 4 mm wurden
mit einer Biegewalze 3 kleinen Durchmessers von 2,5 mm
Radius und 100 mm Länge
verwendet und die plastische Biegeanordnung kam zur Anwendung, bei
der eine Linie, die die axiale Mitte der Zuführungswalze 1 mit
der der Transportwalze 2 verbindet, gegen die Quetschwalze 7 unter
einem Winkel von 30° geneigt
ist. Die Ablenk- oder Deflektorwalze 5 war um ein Stück von 600
mm von der Quetschwalze 7 entfernt angeordnet, die Bodenbettfläche der
Deflektorwalze 5 war an einer Position höher als
die Höhe
von der Bettfläche
der Quetschwalze 7 zum Röhrenboden um 15 mm angeordnet.
Bei Verwendung solch einer Anordnung wurde das Metallblech aus einem
Bund reinen Titans mit einer Dicke von 0,2 mm und einer Breite von
89,22 mm und einer Streckgrenze von 23 kg/mm2 in
ein geschweißtes
Rohr mit einem Außendurchmesser
von 28,6 mm geformt. Somit konnten dünnwandige geschweißte Rohre
aus reinem Titan kontinuierlich hergestellt werden; es stellte sich
heraus, daß diese
ausgezeichnete Geometrie, Oberflächeneingeschaften
und Schweißeigenschaften
zeitigten.
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Selbstverständlich ist
die Biegewalze 3 von kleinem Durchmesser, in der Hauptbewegungsrichtung
des Bandes 4 gesehen, vor dem Einlaufspalt G und ein entsprechendes
Stück vor
der die Mittelpunkte der Walzen 1 und 2 verbindenden
gedachten Linie angeordnet.
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Das
Verfahren zum Herstellen dünnwandiger Metallrohre
nach der Erfindung hat die unten aufgelisteten Vorteile und ist
somit von großem
induestiellen Wert.
- 1. Da es nicht notwendig
ist, die Biegewalze kleinen Durchmessers und das Metallblech zu schmieren.
um Letzteres einem plastischen Biegen auszusetzen, wird das Metallblech
immer sauber gehalten, so daß das
Problem ungünstigen
Schweißens
vermeidbar ist, wenn seine seitlichen Kanten zusammengeschweißt werden;
es kann auf jeden Entfettungsschritt verzichtet werden.
- 2. Es ist unwahrscheinlich, daß das Metallblech und/oder
die Biegewalze kleinen Durchmessers einreißt oder durch Schlupf fleckig
wird: die Qualität
der entstehenden dünnwandigen
Metallrohre wird wesentlich verbessert.
- 3. Da es unwahrscheinlich ist, daß das Metallblech sich zickzackartig
bewegt, haben die Walzen eine fast unbegrenzte Lebensdauer. Beachtliche
Verbesserungen in der Produktitivät werden dadurch erreicht,
daß das
Abschalten der Produktionsstraße
für ein
Ersetzen der Walzen hinausgeschoben wird.
- 4. Unabhängig
von hochgenauen Verarbeitungsvorgängen sind auch nicht irgend
welche Ablenkung oder Auslenkung verhindernden Blocks mit kurzer
Lebensdauer bei der Herstellung des Metallblechs notwendig: das
Verfahren nach der Erfindung ist also bei geringen Kosten durchführbar.
- 5. Da ein Wechseln der Biegeradien auch dadurch erreichbar wird,
daß die
Biegewalze kleinen Durchmessers ausgewechselt wird, die gebildet wird
durch eine Schwimm- oder Loswalze unter Verwendung eines im Handel
erhältlichen "polierenden Rundstab-
oder -stangenmaterials" und durch Änderung
des zwischen den beiden zylindrischen Walzen definierten Spaltes,
ist das Verfahren nach der Erfindung auch hinsichtlich Kosten sehr
günstig.
- 6. Das auf wenigstens einer Seite der Spiegelpolitur oder Hochglanzpolitur
ausgesetzte Metallblech oder ein Metallblech, das auf wenigstens
einer Oberfläche
durch Ätzen,
chemische Chrom- oder Chromatverfahren, keramisches Überziehen,
Plattieren oder chemisches überziehen,
behandelt wurde, kann ohne die Gefahr einer Beschädigung der
behandelten Seite verwendet werden.
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Man
sieht, daß das
oben beschriebene Verfahren und die genannten Beispiele die Anwendung der
Prinzipien gemäß der Erfindung
lediglich erläutern;
zahlreiche Modifikationen im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich möglich.