DE69309763T2

DE69309763T2 - Vorrichtung zur Herstellung von Rohren

Info

Publication number: DE69309763T2
Application number: DE69309763T
Authority: DE
Inventors: Yuji Ishizaka; Hiroyasu Kimura; Osamu Masuda; Katanosaka Takashi
Original assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-03-25
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2013-02-12
Also published as: EP0670194B1; MY109636A; TW221384B; ES2108516T3; KR930019326A; US5265787A; EP0566834B1; CA2089849A1; ES2103387T3; DE69314052D1; EP0566834A2; DE69314052T2; CA2089849C; US5360156A; EP0670194A1; EP0566834A3; MY113115A; KR960016155B1; DE69309763D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Röhrenherstellungsmaschine mit Mitteln, um ein Werkstück zu formen, das von einer Metallbandrolle in einer röhrenförmigen Formation zugeführt wird, welches Seitenflächen besitzt, die einander gegenüberliegen, einem Paar von Quetschwalzen zum Schaffen eines Verformungsdruckes, um die gegenüberliegenden Seitenflächen des Werkstückes an einem Verbindungspunkt zu verbinden, wobei jede der Quetschwalzen eine zylindrische Form mit einer ringförmigen Nut in deren seitlichen peripheren Fläche besitzt, um einen Weg für das Werkstück entlang der ringförmigen Nut der anderen Quetschwalze festzulegen, einer Rollenhalteeinrichtung, um jede der Quetschwalzen zu lagern, und Mitteln zum Liefern einer Hochfrequenzleistung an das Werkstück, um die gegenüberliegenden Seitenflächen an dem Verbindungspunkt so zu schweißen, damit ein Metallröhrenglied hergestellt wird. Diese Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen von Metallröhren.
Röhrenherstellungsmaschinen werden verwendet, um ein Metallröhrenglied durch Formen eines Werkstückes zu erzeugen, das von einer Metallbandrolle in einer röhrenförmigen Formation zugeführt wird, welches Seitenflächen besitzt, die einander gegenüberliegen, Schaffen eines Verformungsdrukkes, um die gegenüberliegenden Seitenflächen des Werkstükkes an einem Verbindungspunkt aneinanderzustoßen und Liefern einer Hochfrequenzleistung an das Werkstück, um die gegenüberliegenden Seitenflächen an einen Schweißpunkt zu schweißen.
Das Dokument BE-A-530 877 offenbart eine Röhrenherstellungsmaschine der oben erwähnten Art. Es ist bekannt, daß die Quetschwalzen von Röhrenherstellungsmaschinen nur an einem Ende durch einen Schaft gelagert sind. Der Durchmesser des Lagerungsschaftes wird durch den minimalen Durchmesser der Quetschwalzen begrenzt. Folglich benötigen die Quetschwalzen von solchen Röhrenherstellungsmaschinen für einen hohen Druck auf das Werkstück eine ziemlich große Größe davon und solche bekannten Röhrenherstellungsmaschinen können nicht verwendet werden, um kleine Röhren herzustellen.
Es ist somit ein Ziel der Erfindung, eine Röhrenherstellungsmaschine mit kleineren Quetschwalzen zu schaffen, welche hohe Druckkräfte ertragen können. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röhrenherstellungsmaschine zu schaffen, die Röhren mit einem Durchmesser von 8 mm oder weniger herstellen kann. Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren zum Herstellen einer Metallröhre zu verbessern.
Diese Ziele werden durch eine Röhrenherstellungsmaschine des oben beschriebenen Typs erreicht, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß jede der Quetschwalzen ein einzelnes Glied mit einem zylindrischen Zentrumsabschnitt und oberen und unteren zylindrischen Endabschnitten ist, die sich koaxial in gegenüberliegende Richtungen von dem Zentrumsabschnitt erstrecken, wobei die ringförmige Nut in der seitlichen peripheren Fläche des Zentrumsabschnittes geformt ist, und die oberen und unteren zylindrischen Endabschnitte für die Rotation in Ubereinstimmung mit dem zylindrischen Zentrumsabschnitt ausgebildet sind und daß die Quetschwalzen mit ihren Endabschnitten in der Rollenhalteeinrichtung gelagert sind. Das verbesserte Verfahren wird durch die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 erreicht.

Zeichnungskurzbeschreibung

Diese Erfindung wird detaillierter durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine fragmentarische perspektivische Ansicht ist, die die Schweißsektion zeigt, die in einer konventionellen Röhrenherstellungsmaschine enthalten ist;
Fig. 2 ein Querschnitt ist, der eine spezifizierte Form der Quetschwalzenanordnung zeigt;
Fig. 3 eine Draufsicht ist, die die Quetschwalzenanordnung von Fig. 2 zeigt;
Fig. 4 eine vergrößerte Vorderansicht ist, die die Quetschwalze zeigt, die in der Quetschwalzenanordnung von Fig. 2 enthalten ist;
Fig. 5 ein fragmentarischer Querschnitt ist, der eine modifizierte Form der Quetschwalzenanordnung zeigt;
Fig. 6 eine fragmentarische Draufsicht ist, die die Quetschwalzen zeigt, die in der Röhrenherstellungsmaschine verwendet werden;
Fig. 7 eine fragmentarische Vorderansicht ist, die die Quetschwalzen zeigt, die in der Röhrenherstellungsmaschine verwendet werden;
Fig. 8 ein Graph des Röhrendurchmessers gegen den Quetschwalzendurchmesser ist;
Fig. 9 ein Graph des Röhrendurchmessers gegen den V-Eingangswinkel ist;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht ist, die eine modifizierte Form der Quetschwalzenanordnung zeigt;
Fig. 11 eine Draufsicht der Quetschwalzenanordnung von Fig. 10 ist; und
Fig. 12 ein Querschnitt der Quetschwalzenanordnung von Fig. 10 ist.

DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt ist, verwendet eine bekannte Röhrenherstellungsmaschine, die im allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 benannt ist, Formungsrollen, die in einer Anzahl von Stufen angeordnet sind, um ein Werkstück 1, das von einer Metallbandrolle in einer röhrenförmigen Formation zugeführt wird, zu formen. Ein Paar von Quetschwalzen 13a und 13b sind auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstückes 1 positioniert und sie schaffen einen Verformungsdruck, um die gegenüberliegenden Seitenflächen des Werkstückes 1 an einem Verbindungspunkt 1a genau oberstromig zu einem Punkt, der zwischen den Quetschwalzen 13a und 13b liegt, zu verbinden.
Eine Wärmewicklung 12 ist positioniert, um das Werkstück 1 an einer Position, oberstromig zu dem Verbindungspunkt 1a, zu umschließen Die Wärmewicklung 12 wird mit einer Hochfrequenzleistung versorgt, um ein hochkonzentriertes, schnell wechselndes Magnetfeld so zu erzeugen, damit ein elektrisches Potential in dem Werkstück 1 induziert wird. Dieses elektrische Potential verursacht aufgrund der I² R- Verluste Wärme an einem Schweißpunkt gerade unterstromig zu dem Verbindungspunkt 1a, wo die gegenüberliegenden Seitenflächen 1b und 1c des Werkstückes 1 geschweißt werden. Auf die V-förmige Spalte, die nahe dem Verbindungspunkt 1a durch die gegenüberliegenden Seitenflächen 1b und 1c des Werkstückes 1 festgelegt ist, wird als V-Eingang Bezug genommen.
Die Wärmewicklung 12 wird durch eine Hochfrequenzleistungsquelle 20 mit Leistung versorgt.
In den Fig. 2 bis 5 ist eine erste Ausführungsform der Röhrenherstellungsmaschine der Erfindung veranschaulicht. In dieser Ausführungsform verwendet die Röhrenherstellungsmaschine ein Paar von Quetschwalzen 70, von denen jede ein einzelnes Glied ist mit einem zylindrischen Zentrumsabschnitt 70a und oberen und unteren zylindrischen Endabschnitten 70c und 70d, die sich koaxial von den oberen und unteren Flächen des zylindrischen Zentrumsabschnittes 70a erstrecken. Die zylindrischen Endabschnitte 70c und 70d besitzen einen Durchmesser, der etwas kleiner als der Durchmesser DSQR des zylindrischen Zentrumsabschnittes 70a ist. Der zylindrische Zentrumsabschnitt 70a ist in seiner seitlichen peripheren Fläche mit einer ringförmigen Nut 70b ausgebildet.
Die Quetschwalzen 70 sind so parallel zueinander nebeneinanderliegend angeordnet, damit ein geeigneter Verformungsdruck an das gekrümmte Werkstück 1 angelegt wird, welches durch den Raum gelangt, der durch die ringförmigen Nuten 70b der jeweiligen Quetschwalzen 70 festgelegt ist. Die Quetschwalzen 70 sind auf separaten Rollenhalteeinrichtungen 72 gelagert, von denen jede obere und untere starre Arme 72a besitzt, die sich in räumlich paralleler Beziehung zueinander erstrecken. Die oberen und unteren starren Arme 72a sind nahe ihren Enden mit koaxialen Bohrungen 72b für die Aufnahme der oberen und unteren Endabschnitte 70c und 70d ausgebildet. Die Quetschwalze 70 wird drehbar zwischen den oberen und unteren Armen 72a mit ihren oberen und unteren Endabschnitten 70b und 70c, die in den jeweiligen Bohrungen 72b aufgenommen sind, gelagert. Die Rollenhalteeinrichtungen 72 sind auf jeweiligen Gleitstücken 74 angebolzt, die für die Gleitbewegung auf einem Rollenständer (nicht gezeigt) angebracht sind. Es ist beispielsweise ein konventioneller Gleitmechanismus des Typs, der eine Schraubstange 76 beinhaltet, vorgesehen, um die Gleitstücke 74 so zu- und auseinander zu bewegen, damit der Abstand zwischen den Quetschwalzen 70 und somit der Verformungsdruck, der auf das Werkstück 1 angewendet wird, eingestellt wird. Diese Anordnung kann die Größe der Quetschwalzen 70 ohne irgendeine Reduktion in ihrer Festigkeit reduzieren. Es ist somit möglich, die Quetschwalzen 70 näher an der Induktionswicklung 12 ohne Interferenz der Quetschwalzen 70 mit der Induktionswicklung 12 so zu plazieren, damit die Schweißwärmeeffizienz verbessert wird. Es ist auch möglich, Klein-Durchmesser-Röhren mit einem Durchmesser von 8 mm oder weniger zu erzeugen, für welche konventionelle Geräte nicht verwendet werden können. Es wird bevorzugt, die Induktionserwärmung der Quetschwalzen 70 durch Ausbilden der Quetschwalzen aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Keramik, zu vermeiden. Es wird auch bevorzugt, Buchsen 78 zum Lagern der Quetschwalzen 70, wie in Fig. 5 gezeigt ist, vorzusehen. Diese Buchsen 78 können aus einem speziellen Lagermetall oder ähnlichem gefertigt sein.
In den Fig. 6 und 7 wird eine Klein-Durchmesser-Röhre hergestellt, während das gekrümmte Werkstück 1 zwischen die Quetschwalzen 70 gelangt. Es wird nun angenommen, daß die Quetschwalzen 70 einen maximalen Durchmesser DSQR besitzen und daß die Klein-Durchmesser-Röhre einen Durchmesser DP besitzt. Wenn der Quetschwalzendurchmesser DSQR ansteigt, sollte der Abstand lV der Induktionswicklung 12 von dem Schweißpunkt 1a zwischen den Quetschwalzen 70 erhöht werden, um die Interferenz der Quetschwalze 70 mit der Induktionswicklung 12 zu vermeiden. Je größer der Abstand lV ist, um so größer ist der Widerstand des elektrischen Pfades, der sich von dem Induktionsdurchgang 12 zu dem Schweißpunkt 1a erstreckt. Als ein Ergebnis erhöht sich das Verhältnis des augenblicklichen Flusses zum Schweißpunkt 1a zu dem augenblicklichen Zirkulieren durch das Werkstück 1 in der Richtung des Umfangs des gekrümmten Werkstückes 1. Folglich vermindert sich die Schweißwärme, die an dem Schweißpunkt 1a erzeugt wird, um die gleiche Leistung, die an die Induktionswicklung 12 angelegt wird. Zusätzlich wird das Werkstück 1 durch die Wärme, die über das gesamte Gebiet des Werkstückes zugeführt wird, weichgemacht, so daß der V-Eingang nicht bei einem konstanten Winkel θ beibehalten werden kann.
Die Erfinder haben einen akzeptierbaren Bereich des Quetschwalzendurchmessers DSQR bei Versuchen entdeckt, die durchgeführt wurden, um die Quetschwalzendurchmesser DSQR für Werkstücke mit verschiedenen Breiten, die zwischen 11 mm bis 25 mm liegen, zu ändern. Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 8 veranschaulicht. Wie aus den Versuchsergebnissen gesehen werden kann, wird es bevorzugt, daß der Quetschwalzendurchmesser DSQR in einem zulässigen Bereich liegt, der durch erste und zweite Linien La1 und Lb1 festgelegt ist. Die erste Linie La1 wird als 5,5 x Dp präsentiert und die zweite Linie Lb1 wird als 2,5 x Dp präsentiert. Wird nun angenommen, daß der Röhrendurchmesser Dp 6,35 mm ist, erstreckt sich der zulässige Bereich des Quetschwalzendurchmessers DSQR von 15,9 mm bis 32,9 mm. Wird nun angenommen, daß der Röhrendurchmesser Dp 4 mm ist, erstreckt sich der zulässige Bereich des Quetschwalzendurchmessers DSQR von 10,1 mm bis 20,8 mm. Wenn der Quetschwalzendurchmesser DSQR größer als der zulässige Bereich ist, wird der Abstand lV zu lang. Wenn der Quetschwalzendurchmesser DSQR kleiner als der zulässige Bereich ist, werden die Quetschwalzen 70 eine unzureichende Festigkeit gegen die Reaktionskraft besitzen, die als Antwort auf einen Verformungsdruck, der auf das Werkstück 1 angewendet wird, erzeugt wird.
Eine Nahtführungseinrichtung 3 ist zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen 1b und 1c des Werkstückes 1 plaziert, um den Winkel 0 des V-Eingangs so zu erhöhen, damit der Abstand Lsg verkürzt wird. Die Erfinder haben einen zulässigen Bereich des V-Eingangswinkels θ bei Versuchen entdeckt, die durchgeführt wurden, um den V-Eingangswinkel für Werkstücke mit verschiedenen Breiten, die zwischen 11 mm bis 25 mm liegen, zu ändern. Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 9 veranschaulicht. Wie aus den Versuchsergebnissen gesehen werden kann, wird es bevorzugt, daß der V- Eingangswinkel θ in einem zulässigen Bereich liegt, der durch erste und zweite Linien La2 und Lb2 festgelegt ist. Die erste Linie La2 ist als 1,5 x Dp präsentiert und die zweite Linie Lb2 ist als 0,6 x Dp präsentiert. Wird nun angenommen, daß der Röhrendurchmesser Dp 6,35 mm ist, erstreckt sich der zulässige Bereich des V-Eingangswinkels von 4,060 bis 8,830. Wird nun angenommen, daß der Röhrendurchmesser Dp 4 mm ist, erstreckt sich der zulässige Bereich des V-Eingangswinkels 0 von 2,560 bis 5,560. Wenn der V-Eingangswinkel θ größer als der zulässige Bereich ist, treten Falten oder Deformationen auf den gegenüberliegenden Seitenflächen 1b und 1c des Werkstückes 1 auf. Wenn der V- Eingangswinkel θ kleiner als der zulässige Bereich ist, tritt eine Vorkrümmung in dem V-Eingang des Werkstückes 1 auf, der die Schweißgualität herabsetzt.
In den Fig. 10 bis 12 ist eine zweite Ausführungsform der Röhrenherstellungsmaschine der Erfindung veranschaulicht. In dieser Ausführungsform sind die Quetschwalzen 70 in einer Kassettenhalteeinrichtung 80 gelagert. Die Kassettenhalteeinrichtung 80 beinhaltet ein unteres Glied 80a und ein oberes Glied 80b, das auf dem unteren Glied 80a fixiert ist, um eine kastenförmige Halteeinrichtung auszubilden. Die oberen und unteren Glieder 80a und 80b sind nahe ihren Zentren mit einem Paar von koaxialen Bohrungen 80c für die Aufnahme der oberen und unteren Endabschnitte 70c und 70d ausgebildet. Die Quetschwalze 70 ist drehbar zwischen den oberen und unteren Gliedern 80a und 80b gelagert, wobei ihre oberen und unteren Endabschnitte 70b und 70c in die jeweiligen Bohrungen 80c aufgenommen sind. Die Kassettenhalteeinrichtung 80 wird auf einem Rollenständer mittels Bolzen 86, die sich durch die Bolzenbohrungen 82 erstrecken, welche in den oberen und unteren Gliedern 80a und 80b ausgebildet sind, fixiert. Somit ist der Abstand zwischen den Quetschwalzen 70 bei einem vorbestimmten, geeigneten Wert fixiert. Das Bezugszeichen 88 bezeichnet eine Aussparung, die in dem oberen Glied 80a zwischen den Bohrungen 80c ausgebildet ist. Die Aussparung 88 ist wirksam, um den Schweißpunkt 1a dadurch zu überwachen und Spritzer dadurch abzuziehen.
Diese Anordnung kann die Größe der Quetschwalzen 70 ohne irgendeine Reduktion in ihrer Festigkeit reduzieren. Es ist somit möglich, die Quetschwalzen 70 näher an der Induktionswicklung 12 ohne Interferenz der Quetschwalzen 70 mit der Induktionswicklung 12 so zu plazieren, damit die Schweißwärmeeffizienz verbessert wird. Es ist auch möglich, Klein-Durchmesser-Röhren mit einem Durchmesser von 8 mm oder weniger zu erzeugen, für welche konventionelle Geräte nicht verwendet werden können.
Während die Erfindung in Verbindung mit deren spezifischen Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, daß viele Alternativen, Modifikationen und Variationen für Fachleute in der Technik ersichtlich sind. Dementsprechend ist es beabsichtigt, alle Alternativen, Modifikationen und Variationen, die in den Umfang der angefügten Ansprüche fallen, einzuschließen.

Claims

1. Röhrenherstellungsmaschine mit Mitteln, um ein Werkstück (1) zu formen, das von einer Metallbandrolle in einer röhrenförmigen Formation zugeführt wird, welches einander gegenüberliegende Seitenflächen (1b, 1c) besitzt, einem Paar von Quetschwalzen (70) zum Schaffen eines Verformungsdrucks, um die gegenüberliegenden Seitenflächen (1b, 1c) des Werkstückes (1) an einem Verbindungspunkt (1a) miteinander zu verbinden, wobei jede der Quetschwalzen (70) eine zylindrische Form mit einer ringförmigen Nut (70b) in deren seitlichen peripheren Fläche besitzt, um einen Weg für das Werkstück (1) entlang der ringförmigen Nut (70b) der anderen Quetschwalze (70) festzulegen, einer Rollenhalteeinrichtung (72), um jede der Quetschwalzen (70) zu lagern, und Mitteln zum Liefern einer Hochfrequenzenergie an das Werkstück (1), um die gegenüberliegenden Seitenflächen (1b, 1c) an dem Verbindungspunkt (la) so zu schweißen, daß ein Metallröhrenglied hergestellt wird,

dadurch gekennzeichnet

daß jede der Quetschwalzen (70) ein einteiliges Glied mit einem zylindrischen Zentrumsabschnitt (70a) und oberen und unteren zylindrischen Endabschnitten (70c, 70d) ist, welche sich koaxial in gegenüberliegenden Richtungen von dem Zentrumsabschnitt (70a) erstrecken, wobei die ringförmige Nut (70b) in der seitlichen peripheren Fläche des Zentrumsabschnittes (70a) ausgebildet ist und die oberen und unteren zylindrischen Endabschnitte (70c, 70d) für die Rotation in übereinstimmung mit dem zylindrischen Zentrumsabschnitt (70a) ausgebildet sind, und daß die Quetschwalzen (70) mit ihren Endabschnitten (70c, 70d) in der Rollenhalteeinrichtung (72) gestützt sind.

2. Röhrenherstellungsmaschine nach Anspruch 1, worin die Rollenhalteeinrichtung (72) erste und zweite Sektionen beinhaltet, um die jeweiligen Quetschwalzen (70) zu lagern, wobei die ersten und zweiten Sektionen für die zu- und auseinander verlaufende Gleitbewegung mit einem einstellbaren Abstand zur Position der Quetschwalzen (70) angebracht sind.

3. Röhrenherstellungsmaschine nach Anspruch 1, wo die Rollenhalteeinrichtung (72) ein einzelnes Glied ist, um die Quetschwalzen (70) mit einem vorbestimmten Abstand zu stützen.

4. Verfahren zur Herstellung von Metallröhren, bei dem ein Werkstück (1) geformt wird, das von einer Metallbandrolle in einer röhrenförmigen Formation zugeführt wird, welches einander gegenüberliegende Seitenflächen (1b, 1c) besitzt, ein Verformungsdruck durch ein Paar von Quetschwalzen (70) einer Röhrenherstellungsmaschine nach Anspruch 1 geschaffen wird, um die gegenüberliegenden Seitenflächen (1b, 1c) des Werkstückes (1) an einem Verbindungspunkt (la) zusammenzufügen und eine Hochfrequenzenergie an das Werkstück (1) geliefert wird, um die gegenüberliegenden Seitenflächen (1b, 1c) an dem Verbindungspunkt (la) zu schweißen,

dadurch gekennzeichnet

daß die Quetschwalzen (70) einen Durchmesser (DSQR) besitzen, der innerhalb eines durch erste und zweite Linien (La1, Lb1) definierten Bereiches festgesetzt ist, wobei die erste Linie (Lal) als 5,5 x Dp präsentiert wird und die zweite Linie (Lb1) als 2,5 x Dp präsentiert wird, worin Dp der Durchmesser der herzustellenden Röhre ist.

5. Verfahren zur Herstellung von Metallröhren, bei dem ein Werkstück (1) geformt wird, das von einer Metallbandrolle in einer röhrenförmigen Formation zugeführt wird, welches einander gegenüberliegende Seitenflächen (1b, 1c) besitzt, ein Verformungsdruck durch ein Paar von Quetschwalzen (70) einer Röhrenherstellungsmaschine nach Anspruch 1 geschaffen wird, um die gegenüberliegenden Seitenflächen (1b, 1c) des Werkstückes (1) an einem Verbindungspunkt (1a) zusammenzufügen und eine Hochfrequenzenergie an das Werkstück (1) geliefert wird, um die gegenüberliegenden Seitenflächen (1b, 1c) an dem Verbindungspunkt (1a) zu schweißen,

dadurch gekennzeichnet

daß die gegenüberliegenden Seitenflächen (1b, 1c) einen Winkel (θ) ausbilden, der innerhalb eines durch erste und zweite Linien (La2, Lb2) definierten Bereiches festgesetzt ist, wobei die erste Linie (La2) als 1,5 x Dp präsentiert wird und die zweite Linie (Lb2) als 0,6 x Dp präsentiert wird, worin Dp der Durchmesser der herzustellenden Röhre ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin die Quetschwalzen (70) einen Durchmesser (DSCR) besitzen, der innerhalb eines durch dritte und vierte Linien definierten Bereiches festgesetzt ist, wobei die dritte Linie als 5,5 x Dp präsentiert wird und die vierte Linie als 2,5 x Dp präsentiert wird, worin Dp der Durchmesser der herzustellenden Röhre ist.