DE4334694C1

DE4334694C1 - Werkzeugkalibrierung für die Walzen eines Kaltpilgerwalzwerkes

Info

Publication number: DE4334694C1
Application number: DE19934334694
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Ing Baensch
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1993-10-05
Filing date: 1993-10-05
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2013-10-06

Description

Die Erfindung betrifft eine Kalibrierung der Walzen eines Kaltpilgerwalzwerkes zum Herstellen von Präzisionsrohren, mit einem aus Reduzier-, Glätt- und Einlaufkaliberabschnitten zusammengesetzten Arbeitskaliber, bei dem zwischen dem Glättkaliber- und dem Einlaufkaliberabschnitt, in dem die Kaliberabwicklung parallel zur Mantellinie des eintretenden Rohres verläuft, ein Glättkaliberauslaufbereich vorgesehen ist, in welchem sich die Walzen vom auslaufenden Rohr ablösen.

Die Werkzeuge zum Kaltpilgern von Rohren bestehen aus einem auf dem zeitweise stillstehenden Rohr abrollenden hin- und herbewegbaren Walzenpaar und einem im Inneren des Rohres gehaltenen Walzdorn, wobei Walzen und Walzdorn so kalibriert sind, daß in einer ersten Reduzierkaliberzone der Spalt zwischen Walze und Dorn sich stetig von Luppenwand- zu Fertigwandstärke des gewalzten Rohres verringert und in einer anschließenden Glättkaliberzone die Maßhaltigkeit des Fertigrohres herbeigeführt wird. Um zu verhindern, daß im Bereich des Walzspaltes sogenannte "Flossen" entstehen, wird die Luppe bzw. das Rohr - neben dem Walzgutvorschub - intermittierend gedreht. Dazu sind zwei Verfahren üblich. Bei dem einen Verfahren halten die Walzen das Rohr mit ihrem Glättkaliber fest, wenn das Walzgerüst im Auslauftotpunkt steht, während das Drehen und Vorschieben des Rohres bzw. der Luppe ausschließlich im Einlauftotpunkt erfolgt. Bei dem anderen Verfahren wird das Rohr in beiden Gerüsttotpunkten d. h. im Einlauftotpunkt und im Auslauftotpunkt gedreht und vorgeschoben, wozu es erforderlich ist, das Walzenkaliber auch im Auslauftotpunkt von dem Fertigrohr abheben zu lassen.

Damit dieses Abheben nicht zu plötzlich geschieht, wurde nach einem internen Stand der Technik vorgesehen, den Übergang zwischen dem Glättkaliberabschnitt und dem Einlaufkaliberabschnitt, in dem die Walzen vom Rohr frei kommen und wo die Kaliberabwicklung parallel zur Mantellinie des eintretenden Rohres verläuft, durch einen Radius zu definieren, der von der Parallelen bis zum Glättkaliber reicht. Dieser Radius beginnt bei den üblichen Werkzeugkalibrierungen etwa 10 Grad vor dem Ende des Glättkalibers.

Es hat sich gezeigt, daß dieser als Radius definierte Übergang beim Walzen von hochfesten Werkstoffen nicht ausreicht. Wegen der bei hochfesten Werkstoffen erforderlichen hohen Verformungskräfte tritt eine starke Auffederung der Walzen unter dem Einfluß dieser Kräfte auf. Um diese Auffederung zu kompensieren wird es erforderlich, den Walzspalt wesentlich enger einzustellen, als in der Kaliberberechnung vorgesehen ist. Die Walzen haben dann nicht nur bis zum Ende des Glättkalibers, sondern bis weit in den Kaliberauslauf hinein Kontakt zum Rohr.

Wenn die Kalibersteigung in dieser Endstellung bzw. Anfangsstellung des Kontaktbereiches zwischen Kaliber und Rohr zu steil ist, wird das Rohr, das im Glättkaliber schon maßhaltig vorlag von dem herunterlaufenden bzw. auflaufenden Walzgerüst nachträglich wellig gedrückt. Dadurch können die für Präzisionsrohre notwendigen Toleranzen des Fertigrohres je nach Walzgutabmessung und Rohrmaterial nicht eingehalten werden.

Aus dem DE-Fachbuch GRUNER Paul: "Walzen von Hohlkörpern und das Kalibrieren von Werkzeugen" ist besonders der Seite 86 zu entnehmen, daß eine Kaltpilgerwalze einen Arbeitskaliber und einen Leerkaliber aufweist.

Das Arbeitskaliber teilt sich dabei in die Bereiche Eintritt, Anstiegkonus, Arbeitskonus, Glätteil und Austritt auf. Ein Leerkaliber in diesem Sinne ist entbehrlich, wenn der Austritt von Glättkaliber sofort in den Eintritt am Anstiegkonus, also in das Einlaufkaliber übergeht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem bekannten Kaliberauslauf eine Werkzeugkalibrierung für die Kaltpilgerwalzen zum Herstellen von Präzisionsrohren, insbesondere aus hochfesten Werkstoffen vorzuschlagen, die das toleranzgenaue Walzen um Präzisionsrohren ermöglicht, ohne daß es in der nachteiligen Flossenbildung im Bereich des Walzspaltes kommt.

Zur Lösung der Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Glättkaliberauslaufbereich im Kalibergrund mathematisch als Parabel definiert ist, die auf der Glättkalibertiefe aufgebaut ist und mit vorgegebener Tiefenzunahme (Krümmung) in den Einlaufkaliberabschnitt und Reduzierkaliberabschnitt übergeht.

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, den Glättkaliberauslauf an die zu erwartende engere Einstellung des Walzspaltes anzupassen. Über die Tiefenzunahme kann der Glättkaliberauslauf so beeinflußt werden, daß an den für die Oberflächenbeschädigungen beim beschriebenen Stand der Technik verantwortlichen Stellen eine kleinere Tiefenzunahme vorliegt. In gleichen Positionen der Walzen ist bei dem erfindungsgemäßen Kaliberauslauf die Restwalzkraft auf eine größere Fläche verteilt, wodurch die Druckbeanspruchung des Rohres unterhalb der Fließgrenze liegt und die unerwünschte Wellenbildung an der Rohroberfläche sicher vermindert wird.

Es hat sich gezeigt, daß es zweckmäßig ist, am Ende des Glättkalibers die Tiefenzunahme so groß wie die halbe Walzspaltreduzierung vorzunehmen. Dadurch löst sich dort die Walze tatsächlich vom Fertigrohr, auch wenn mit hohen Walzkräften hochfeste Werkstoffe gewalzt werden.

Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Tiefenzunahme die Größe der halben Walzspaltreduzierung erreicht, wenn 30 bis 50% des gesamten Weges bis zum Auslauftotpunkt der Walzen erreicht sind. Diese Ausbildung des Glättkaliberauslaufbereichs wirkt in der Praxis wie eine Verlängerung des Glättkalibers. Zwar behindert das späte Lösen der Walzen vom Rohr theoretisch das Drehen und Vorschieben des Rohres, doch ist dies kein Problem, weil im Glättkaliber nur der kleinere Rohrquerschnitt gehalten wird und die größten Dreh- und Vorschubgeschwindigkeiten erst im Auslauftotpunkt auftreten. Dadurch können die kleinen Wege bzw. Drehwinkel, die während der Haltephase erzeugt werden, elastisch gespeichert werden oder zwischen den Walzen hindurchbewegt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Kaliberauslauf mit parabelförmigem Verlauf und

Fig. 2 den bisher üblichen Kaliberauslauf.

In beiden Zeichnungsfiguren bedeuten:

ET Einlauftotpunkt
β Walzenwinkel zwischen Öffnungsbeginn und Einlauftotpunkt
D_w Walzendurchmesser
D_f Fertigrohrdurchmesser
D_l Luppendurchmesser
t Walzspalt
l_a Luft zwischen Luppe und Kaliber im Einlauftotpunkt
R der erzeugende Radius

Unter Hinweis auf Fig. 2 wird zunächst dargestellt, daß beim Stand der Technik der Bereich zwischen dem in der linken Zeichnungshälfte erkennbaren Glättkaliberbereich und dem Einlaufkaliberbereich E, bei dem das Kaliber eine Parallele zur Oberfläche des eintretenden Rohres RO bildet, durch einen Radius R definiert ist, der sprungfrei vom Glättkaliber G in das Einlaufkaliber E übergeht. Dieser durch den Radius R definierte Übergangsbereich ist für hochfeste Werkstoffe zu steil und bewirkt, insbesondere durch Belastungsschläge der Walze W beim Wiederherstellen des Rohrkontaktes Beschädigungen der Rohroberfläche und Wellenbildung am Rohr RO.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie in Fig. 1 dargestellt, der Glättkaliberauslaufbereich nunmehr als Parabel P definiert, die einen der Tiefenzunahme entsprechend sanften Übergangsbereich zuläßt, so daß auch hochfeste Werkstoffe ohne die schädlichen Vertiefungen in die bereits geglättete, maßhaltige Rohroberfläche gewalzt werden können.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Werkzeugkalibrierung lassen sich an einem Ausführungsbeispiel aufzeigen.

Es sei angenommen, daß die Tiefenzunahme der den Glättkaliberauslaufbereich definierenden Parabel P die Größe der halben Walzspaltreduzierung erreicht, wenn 40% des Gesamtweges bis zum Auslauftotpunkt zurückgelegt worden sind. Wird mit diesem Werkzeug ein Edelstahlrohr mit Außendurchmesser 60,3 mm bis 60,38 mm gewalzt, so sieht die Normung für diesen Außendurchmesser Toleranzen von +/- 1% vor, also +/-0,6 mm. Mit der erfindungsgemäßen Walzenkalibrierung konnte dort, wo laut Norm ein Toleranzband von 1,2 mm vorgesehen ist, ein Toleranzband von weniger als 0,1 mm eingehalten werden. Mit dem ursprünglichen Kaliberauslauf gemäß Bild 2 lagen die erzielten Rohrdurchmesser in einem 0,45 mm breiten Toleranzband. An diesem Beispiel ist erkennbar, welche Vorteile der erfindungsgemäße Glättkaliberauslaufbereich für die Fertigung von Präzisionsrohren bietet.

Claims

1. Werkzeugkalibrierung für die Walzen eines Kaltpilgerwalzwerkes zum Herstellen von Präzisionsrohren, mit einem aus Reduzier-, Glätt- und Einlaufkaliberabschnitten zusammengesetzten Arbeitskaliber, bei dem zwischen dem Glättkaliber- und dem Einlaufkaliberabschnitt, in dem die Kaliberabwicklung parallel zur Mantellinie des eintretenden Rohres verläuft, ein Glättkaliberauslaufbereich vorgesehen ist, in welchem sich die Walzen vom auslaufenden Rohr ablösen, dadurch gekennzeichnet, daß der Glättkaliberauslaufbereich (P) im Kalibergrund mathematisch als Parabel definiert ist, die auf der Glättkalibertiefe (G) aufgebaut ist und mit vorgegebener Tiefenzunahme (Krümmung) in den Einlaufkaliberabschnitt (E) übergeht.

2. Kalibrierung der Walzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Glättkalibers (G) die Tiefenzunahme so groß wie die halbe Walzspaltreduzierung (D_f - t) ist.

3. Kalibrierung der Walzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenzunahme die Größe der halben Walzspaltreduzierung (D_f - t) erreicht, wenn 30 bis 50% des Gesamtweges bis zum Auslauftotpunkt der Walzen (W) erreicht sind.