EP0438205A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Richten der Enden langgestreckter Werkstücke - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Richten der Enden langgestreckter Werkstücke Download PDF

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EP0438205A2
EP0438205A2 EP91250007A EP91250007A EP0438205A2 EP 0438205 A2 EP0438205 A2 EP 0438205A2 EP 91250007 A EP91250007 A EP 91250007A EP 91250007 A EP91250007 A EP 91250007A EP 0438205 A2 EP0438205 A2 EP 0438205A2
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EP
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workpiece
deflection
axis
straightening
maximum deflection
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EP0438205B1 (de
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Hermann Dr.-Ing. Schroeder
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Vodafone GmbH
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Mannesmann AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • B21D3/02—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts by rollers
    • B21D3/08—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts by rollers which move in an orbit without rotating round the work

Definitions

  • Elongated workpieces e.g. B. rod or tubes with impermissible deviations in straightness are usually in the production flow by means of a continuously working straightener, such as. B. roller leveler. directed.
  • a continuously working straightener such as. B. roller leveler. directed.
  • crooked ends are only partially or not at all detected.
  • workpieces with different cross sections at the ends compared to the rest of the area such as swaged pipe ends
  • the previously known continuous process fails completely.
  • workpieces which, according to the specification or due to the requirements of further processing, may only have a limited deviation from straightness, must therefore be re-aligned by hand using stamp straightening presses.
  • This procedure is complex and requires an appropriately trained operator with a good sense of proportion.
  • a corresponding device for handling the sometimes heavy individual pieces must be available for the turning of the workpiece required for straightening, be it a crane or a hoist or something similar.
  • a disadvantage of this device is the disproportionately large design effort for changing the eccentricity of the crankshaft.
  • the device is not suitable for straightening the ends of elongated workpieces.
  • the object of the invention is to provide a structurally simple device with which the ends of elongated workpieces can be directed in an effective manner.
  • the maximum deflection resulting from the bending stress which can be specified depending on the material used, rotates one or more times (s) around the workpiece axis.
  • the straightening process itself can take place in various ways, depending on whether the maximum deflection is applied briefly or only gradually. In the former case, after centering the workpiece, the maximum deflection is abruptly applied to it, which then rotates once or more (s) around the workpiece axis. Then the sudden relief takes place.
  • the workpiece is subjected to a certain deflection which then rotates in the manner described, the bending stress being increased continuously and continuously during the rotation until the maximum deflection is reached. This is then held over a certain circulation distance, after which the bending stress is continuously reduced until the workpiece is completely relieved.
  • the method according to the invention can be used both for cold and for heated workpieces.
  • the device consists of at least three, preferably four, plungers arranged symmetrically about a common axis, each of which is connected to a piston-cylinder unit.
  • the piston and cylinder units can be controlled depending on the travel and time, and the piston executes a sinusoidal movement as seen over time.
  • the piston-cylinder units are linked to one another in terms of control, so that they can work out of phase with one another.
  • the advantage of the device and the method is that the workpiece stands still during the straightening process and that no rotating tools with a complex construction are required.
  • the process can run automatically and is easy to integrate in a bypass of a production line.
  • the device can be quickly and easily adjusted without changing to different workpiece dimensions.
  • the desired maximum deflection can be chosen freely depending on the material used.
  • the device according to the invention is shown in a simplified form in a longitudinal section, wherein the representation of the usually associated system parts has been omitted.
  • the pipe 1 clamped in a device 3, not shown, has an upset end 2, the straightness of which does not correspond to the delivery conditions and should therefore be straightened.
  • four plungers 5, 6, 7, 8 are arranged symmetrically about the compressed end 2 of the tube 1 about a common axis 4.
  • the plungers 5 to 8 are each connected to a piston-cylinder unit which is only indicated here and which, because of the graphic representation of the straightening process in FIG. 4, is provided with the Roman characters I to IV.
  • the radial movement of the plunger 5 to 8 is indicated by the arrow 9 shown in each case.
  • the circumferential maximum deflection f is shown schematically.
  • the arrow 10 is intended to illustrate the circulation of the deflection f.
  • the position of the plunger 5 to 8 shown in dashed lines shows the starting point of the tube 1 after centering.
  • the offset of the center point 11 characterizes the maximum deflection f, which, calculated from the six o'clock position, has already passed through an angle of 45 degrees.
  • This cycle 10 is generated by the straightening process shown graphically in FIG.
  • the stroke of the piston of the respective piston-cylinder unit I to IV is plotted on the ordinate, this stroke corresponding to the radial travel of the associated tappet 5 to 8.
  • the positive amount should mean a movement of the piston or the plunger toward the center 11 and the negative amount should mean the opposite direction.
  • the first phase of the straightening process, centering means a All pistons I to IV are closed in the direction of center 11.
  • the start-up phase then begins, ie the piston I moves in the direction of the center 11 and, correspondingly, the opposite piston III moves away from the center.
  • the tube 1 also has the predetermined maximum deflection f. From here on, the actual straightening begins by running the maximum passage f clockwise or counterclockwise. This is achieved in that the stroke of the piston II and the stroke of the piston IV correspondingly in the opposite direction are used out of phase with the piston I. After one or two revolutions in this example, the stroke movement falls to zero in the run-down phase and by subsequent opening of all four pistons I to IV, ie away from the center 11, the directed end 2 of the tube 1 is released.
  • FIG. 5 graphically shows two different courses of the maximum deflection f.
  • the deflection f and the circumferential angle alpha are entered, for example, for a pipe.
  • the sub-picture b shows the variant when the maximum deflection f in the shortest possible time, i. H. is applied with a very steep rise 12 and then the circulation already described takes place. At the end of the cycle, the steep drop 13 takes place until the pipe 1 is completely relieved.
  • the cycle begins immediately after the initial deflection f has been applied, with this cycle continuously increasing to the maximum value 14 as the cycle continues . This maximum value 14 is maintained, at least over a full revolution, comparable to that already shown in partial image b. Then the slowly controlled waste 15 takes place until the pipe 1 is completely relieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richten der Enden von langestreckten Werkstücken, insbesondere Rohre, bei dem unter Aufbringung äußerer Kräfte bestimmte Werkstückabschnitte bis über die Fließgrenze hinaus verformt werden. Um ein automatisch arbeitendes Verfahren und eine Vorrichtung zum Richten der Enden von langgestreckten Werkstücken anzugeben, mit dem bzw. mit der in einfacher Weise bei stillstehendem Werkstück das Ende auch eines im Querschnitt unterschiedlichen Werkstückes gezielt gerichtet werden kann, wird vorgeschlagen, daß bei stillstehendem Werkstück mindestens ein im Endenbereich ausgesuchter Querschnitt einer an- und abschwellenden Biegewechselbeanspruchung unterworfen wird, wobei eine vorgegebene maximale Durchbiegung ein- oder mehrmals um die Werkstückachse umläuft.

Description

  • Langgestreckte Werkstücke, z. B. Stabe oder Rohre mit unzulässigen Abweichungen in der Geradheit werden im Fertigungsfluß üblicherweise mittels einer Kontinuierlich arbeitenden Richtmaschine, wie z. B. Rollenrichtmaschine. gerichtet. Bei diesem Richtprozeß werden krummliegende Enden nur teilweise oder gar nicht erfaßt. Bei Werkstücken mit gegenüber dem übrigen Bereich unterschiedlichen Querschnitten an den Enden, wie zum Beispiel angestauchte Rohrenden, versagt das bisher bekannte kontinuierliche Verfahren ganz. Aus diesem Grunde müssen solche Werkstücke, die laut Spezifikation oder bedingt durch die Vorgaben der Weiterverarbeitung nur eine eingeschränkte Geradheitsabweichung aufweisen dürfen, daher mit Stempelrichtpressen von Hand nachgerichtet werden. Dieses verfahren ist aufwendig und erfordert einen entsprechend geschulten Bedienungsmann mit einem guten Augenmaß. Außerdem muß für das beim Richten erforderliche Drehen des Werkstückes eine entsprechende Vorrichtung zum Handhaben der zum Teil schweren Einzelstücke vorhanden sein, sei es ein kran oder ein Hebezeug oder etwas Vergleichbares.
  • Aus der DE 19 01 184 ist eine Vorrichtung zum dynamischen Auswuchten von Werkstücken bekannt, mit einer angetriebenen und bezüglich ihrer Exzentrizität verstellbaren kurbelwelle, die über einen Kurbelarm fest mit dem Werkstück verbunden ist. Das Werkstück ist an seinen Enden fest gelagert und die Werkstückachse wird an der Einspannstelle des Kurbelarmes über die Elastizitätsgrenze des Werkstückes hinausgehend umlaufend ausgelenkt. Die umlaufende Auslenkung erfolgt dabei ohne Drehung des Werkstückes um seine eigene Achse.
  • Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist der unverhältnismäßig große konstruktive Aufwand für die Veränderung der Exzentrizität der Kurbelwelle. Außerdem ist die Vorrichtung nicht für das Richten der Enden langgestreckter Werkstücke geeignet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache Vorrichtung anzugeben, mit der in wirksamer Weise die Enden langgestreckter Werkstücke gerichtet werden können.
  • Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 3 angegebenen Mitteln gelöst. Vorzugsweise Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei stillstehendem Werkstück mindestens ein im Endenbereich ausgesuchter Querschnitt einer an- bzw. abschwellenden Biegewechselbeanspruchung unterworfen. Dabei wird die Biegebeanspruchung so gewählt, daß der ausgesuchte Querschnitt bis in den plastischen Bereich verformt wird. Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens ist, daß die sich aus der Biegebeanspruchung ergebende maximale Durchbiegung, die in Abhängigkeit vom verwendeten Werkstoff vorgegeben werden kann, ein- oder mehrmal(s) um die Werkstückachse umläuft. Der Richtprozeß selbst kann in verschiedener Art und Weise ablaufen, je nachdem , ob die maximale Durchbiegung kurzzeitig oder erst allmählich aufgebracht wird. Im ersteren Fall wird nach einem Zentrieren des Werkstückes dieses schlagartig mit der maximalen Durchbiegung beaufschlagt, die dann ein- oder mehrmal(s) um die Werkstückachse umläuft. Danach erfolgt die schlagartige Entlastung. Im zweiten Fall wird nach dem Zentrieren das Werkstück mit einer bestimmten Durchbiegung beaufschlagt, die dann in der beschriebenen Weise umläuft, wobei während des Umlaufens die Biegebeanspruchung fortlaufend und kontinuierlich gesteigert wird, bis die maximale Durchbiegung erreicht ist. Diese wird dann über eine bestimmte Umlaufstrecke gehalten, danach erfolgt die stetige Reduzierung der Biegebeanspruchung bis zur völligen Entlastung des Werkstückes. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für kalte als auch für erwärmte Werkstücke anwendbar.
  • Die Vorrichtung besteht aus mindestens drei vorzugsweise vier symmetrisch um eine gemeinsame Achse angeordneten Stößeln, die jeweils mit einer Kolben-Zylindereinheit verbunden sind. Die Kolben- und Zylindereinheiten sind weg- und zeitabhängig steuerbar und der Kolben führt während des Richtens über die Zeit gesehen eine sinusförmige Bewegung aus. Die Kolben-Zylindereinheiten sind steuermäßig miteinander verknüpft, so daß sie phasenversetzt zueinander arbeiten können.
  • Der Vorteil der Vorrichtung bzw. des Verfahrens liegt darin, daß das Werkstück während des Richtprozesses stillsteht und und keine rotierenden Werkzeuge mit einer aufwendigen Konstruktion erforderlich sind. Das Verfahren kann automatisch ablaufen und ist leicht in einem Bypass einer Fertigungsstraße zu integrieren. Durch die Verwendung von entsprechend dimensionierten Hydraulikzylindern ist die Vorrichtung ohne Umbau auf verschiedene Werkstückabmessungen schnell und einfach einstellbar. Die gewünschte maximale Durchbiegung kann je nach verwendetem Werkstoff frei gewählt werden.
  • In der Zeichnung werden das Verfahren und die Vorrichtung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
    Figur 2
    einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Figur 1
    Figur 3
    eine schematische Darstellung der maximalen Durchbiegung f
    Figur 4
    eine grafische Darstellung des gesamten Richtprozesses
    Figur 5
    eine grafische Darstellung des Verlaufes der maximalen Durchbiegung f.
  • In Figur 1 ist in einem Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer vereinfachten Form dargestellt, wobei auf die Darstellung der üblicherweise dazugehörigen Anlagenteile verzichtet wurde. Das in einer nicht näher dargestellten Vorrichtung 3 eingespannte Rohr 1 weist ein angestauchtes Ende 2 auf, dessen Geradheit nicht den Lieferbedingungen entspricht und deshalb gerichtet werden soll. Dazu sind, wie Figur 2 zeigt, symmetrisch um eine gemeinsame Achse 4 vier Stößel 5,6,7,8 um das angestauchte Ende 2 des Rohres 1 angeordnet. Die Stößel 5 bis 8 sind jeweils mit einer hier nur angedeuteten Kolben-Zylindereinheit verbunden, die wegen der grafischen Darstellung des Richtprozesses in Figur 4 mit den römischen Zeichen I bis IV versehen sind. Die radiale Verfahrbarkeit der Stößel 5 bis 8 ist durch den jeweils eingezeichneten Pfeil 9 gekennzeichnet.
  • In Figur 3 ist schematisch die umlaufende maximale Durchbiegung f dargestellt. Der Drehpfeil 10 soll den Umlauf der Durchbiegung f veranschaulichen. Die gestrichelt dargestellte Stellung der Stößel 5 bis 8 zeigt den Ausgangspunkt des Rohres 1 nach der Zentrierung. Der Versatz des Mittelpunktes 11 kennzeichnet für dieses Beispiel die maximale Durchbiegung f, die gerechnet von der Sechsuhrlage bereits einen Winkelbetrag von 45 Grad durchlaufen hat. Dieser Umlauf 10 wird durch den in Figur 4 grafisch dargestellten Richtprozeß erzeugt. In der grafischen Darstellung ist auf der Ordinate der Hub des Kolbens der jeweiligen Kolben-Zylindereinheit I bis IV abgetragen, wobei dieser Hub mit dem radialen Verfahrweg des dazugehörigen Stößels 5 bis 8 korrespondiert. Der positive Betrag soll, wie durch die Pfeile angedeutet, eine Bewegung des Kolbens bzw. des Stößels zur Mitte 11 hin bedeuten und der negative Betrag die umgekehrte Richtung.
  • Die erste Phase des Richtprozesses, das Zentrieren, bedeutet ein Zufahren aller Kolben I bis IV in Richtung Mitte 11 hin. Danach beginnt die Anlaufphase, d. h. der Kolben I bewegt sich in Richtung Mitte 11 hin und korrespondierend dazu der gegenüberliegende Kolben III von der Mitte weg. Sobald der Kolben I das Maximum des sinusförmigen Hubverlaufes erreicht hat, weist das Rohr 1 auch die vorgegebene maximale Durchbiegung f auf. Von hier an beginnt das eigentliche Richten, indem die maximale Durchführung f im Uhr- oder Gegenuhrzeigersinn umläuft. Dies wird dadurch erreicht, daß phasenversetzt zum Kolben I der Hub des Kolbens II und korrespondierend dazu in entgegengesetzter Richtung der Hub des Kolbens IV einsetzt. Nach ein- oder wie in diesem Beispiel zweimaligem Umlauf fällt in der Auslaufphase die Hubbewegung auf Null und durch anschließendes Auffahren aller vier Kolben I bis IV, d. h. von der Mitte 11 weg, wird das gerichtete Ende 2 des Rohres 1 freigegeben.
  • In Figur 5 sind ergänzend zu Figur 4 grafisch zwei unterschiedliche Verläufe der maximalen Durchbiegung f dargestellt. Im Teilbild a sind die zwei bestimmenden Parameter, d. h. die Durchbiegung f und der Umlaufwinkel alpha beispielsweise für ein Rohr eingetragen. Im Teilbild b ist die Variante dargestellt, wenn die maximale Durchbiegung f in kürzester Zeit, d. h. mit einem sehr steilen Anstieg 12 aufgebracht wird und dann der bereits beschriebene Umlauf stattfindet. Am Ende des Umlaufes erfolgt der steile Abfall 13 bis hin zur völligen Entlastung des Rohres 1. Demgegenüber setzt bei der im Teilbild c dargestellten Variante der Umlauf sofort nach Aufbringung der anfänglichen Durchbiegung f ein, wobei fortlaufend mit weiterem Umlauf diese Durchbiegung auf den Maximalwert 14 ansteigt. Dieser Maximalwert 14 wird, vergleichbar wie im Teilbild b schon dargestellt, mindestens über eine volle Umdrehung aufrechterhalten. Danach erfolgt der langsam gesteuerte Abfall 15 bis hin zur völligen Entlastung des Rohres 1.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zum Richten der Enden langgestreckter Werkstücke, insbesondere Rohre, mit Mitteln zum Erzeugen einer Auslenkung der Werkstückachse in eine Umlaufbahn über die Elastizitätsgrenze des Werkstückes hinaus, wobei die umlaufende Auslenkung ohne Drehung des Werkstückes um seine eigene Achse erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Mittel mindestens drei symmetrisch um eine gemeinsame Achse (4) angeordnete in radialer Richtung (9) bewegbare Stößel (5-8) aufweist, die jeweils mit einer weg- und zeitabhängig steuerbaren Kolben-Zylindereinheit (I-IV) verbunden sind und die Stößel (5-8) durch eine steuerungsmäßige Verknüpfung der Kolben-Zylindereinheiten (I-IV) miteinander während des Richtvorganges phasenversetzt eine sinusförmige Hubbewegung ausführen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß vier Stößel (5-8) symmetrisch verteilt um die gemeinsame Achse (4) angeordnet sind.
  3. Verfahren zum Richten der Enden langgestreckter Werkstücke, insbesondere Rohre, bei dem ohne Drehung des Werkstückes um seine eigene Achse die Werkstückachse über die Elastizitätsgrenze des Werkstückes hinaus umlaufend ausgelenkt wird unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die vorgegebene maximale Durchbiegung über mindestens einen Umlauf aufrechterhalten wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nach einem Zentrieren das Werkstück schlagartig bis zum Erreichen der vorgegebenen maximalen Durchbiegung beansprucht wird und diese maximale Durchbiegung ein- oder mehrmals um die Werkstückachse umläuft und anschließend das Werkstück kurzzeitig entlastet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nach einem Zentrieren das Werkstück mit einer von Null verschiedenen Biegebeanspruchung beaufschlagt wird und die sich ergebende Durchbiegung um die Werkstückachse umläuft und beim Umlauf die Durchbiegung fortlaufend gesteigert wird, bis die vorgegebene maximale Durchbiegung erreicht ist und diese für eine bestimmte Umlaufstrecke gehalten und anschließend die Durchbiegung bis zur völligen Entlastung des Werkstückes stetig reduziert wird.
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