EP0692322A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von Metallrohren zu konusförmigen oder sich verjüngenden Körpern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von Metallrohren zu konusförmigen oder sich verjüngenden Körpern Download PDF

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EP0692322A2
EP0692322A2 EP95109489A EP95109489A EP0692322A2 EP 0692322 A2 EP0692322 A2 EP 0692322A2 EP 95109489 A EP95109489 A EP 95109489A EP 95109489 A EP95109489 A EP 95109489A EP 0692322 A2 EP0692322 A2 EP 0692322A2
Authority
EP
European Patent Office
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blank
tools
section
cross
deformation
Prior art date
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EP95109489A
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English (en)
French (fr)
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EP0692322A3 (de
EP0692322B1 (de
Inventor
Peter Weichhart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEDAL ALUMINIUM BV
Original Assignee
Contipole Aluminium-Verarbeitungsgesellschaft Mbh
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Publication date
Application filed by Contipole Aluminium-Verarbeitungsgesellschaft Mbh filed Critical Contipole Aluminium-Verarbeitungsgesellschaft Mbh
Publication of EP0692322A2 publication Critical patent/EP0692322A2/de
Publication of EP0692322A3 publication Critical patent/EP0692322A3/de
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Publication of EP0692322B1 publication Critical patent/EP0692322B1/de
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/16Making tubes with varying diameter in longitudinal direction
    • B21C37/18Making tubes with varying diameter in longitudinal direction conical tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B17/00Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/14Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling without mandrel, e.g. stretch-reducing mills
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/16Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
    • B21B37/24Automatic variation of thickness according to a predetermined programme
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/46Roll speed or drive motor control

Definitions

  • the invention relates to a method for deforming metal tubes into conical or tapered bodies, in which the metal tube forming the blank is deformed by a pair of cylindrical tools acting on the outside, each of which has a groove in cross section corresponding to the cross-sectional shape of the blank in half have, which are conically shaped in the circumferential direction, the blank being clamped at both ends under a corresponding pretensioning force in its axial direction and the roller-shaped tools moving along the blank.
  • this invention relates to an apparatus for performing this method.
  • Metal tubes with a circular cross-section are shaped into conical bodies, in particular for masts, light masts, flagpoles or the like.
  • the object of the invention is to create a method in which not only seamless tubes, but also welded tubes can be used as the starting material and, moreover, with one and the same tool conical or tapered bodies can be manufactured with a circular cross-section, with different lengths and different slopes of the cone, and this with a very small, negligible increase in wall thickness in the tapered part of the conical body.
  • This small increase in wall thickness offers the advantage of producing components that are optimal in terms of construction. In the base area due to the large diameter, large resistance moments and in the top area, due to the low wall thickness, small resistance moments and low dead weight.
  • This object is achieved according to the invention in a method of the type defined in the introduction in that the blank is stretched during the shaping and the tools for reducing the cross section are moved on the blank in a direction opposite to the rolling direction and the grooves of the tools have a slope opposite the desired pitch of the blank exhibit.
  • the blank can additionally be set into a shaking movement in its axis by means of a shaking device, which causes the material of the blank to improve its flow behavior during the shaping process, so that even high-quality metals and metal alloys, which are usually difficult to shape, can also be processed with this method.
  • each drawing operation corresponding to an individual deformation stage.
  • This step-by-step deformation process begins in the vicinity of that section of the blank to be deformed which should have the smallest cross-section at the end of the deformation. On the one hand, this ensures that no excessive deformations have to be brought about in a single drawing operation, and on the other hand, the amount of work required for the deformation remains within acceptable limits, since in the initial steps the entire length of the blank does not have to be run over.
  • the method according to the invention is carried out as follows:
  • the roller-shaped drawing tools are moved in the open state in the vicinity of the point which should have the smallest cross section at the end of the deformation, and then closed so far that they just touch the surface of the blank.
  • the first stage of the drawing process begins, whereby the blank and the drawing tool are relative to each other are moved, and the roller-shaped tools are slowly moved against their normal rolling direction on the blank by a fraction of their total circumference, the narrowest opening being reached at that point of the blank which is later to have the smallest cross section.
  • roller-shaped tools are again completely moved apart, and moved to a location that is a little bit opposite to the direction of drawing from the point at which the last drawing process began, so that the tools are now a further distance run over undeformed blank.
  • the roller-shaped tools are now moved together again to the undeformed diameter of the blank, then a drawing process begins again, in which the roller-shaped tools are moved against the unrolling direction on the blank. This process can be continued continuously until the point of the blank that is later to have the smallest cross section is reached. When this point is reached, the roller-shaped tools have been moved together by a larger fraction of their total circumference. This completes another stage of the conification process.
  • the tools are moved apart again by rotation and moved to a position on the still undeformed piece of the blank that is a certain distance from the last start of deformation.
  • the rest of the process is the same. This process is repeated until the blank or the parts of the blank to be butted are completely butted.
  • the roller-shaped forming tools rotating against the rolling direction have an incline of the circumferential groove forming conical work surfaces against the incline of the blank to be produced.
  • the forming is not a rolling of the blank, but a forming similar to drawing.
  • an apparatus for carrying out the method which has a pair of rotatably driven rollers, each of which has a groove in cross-section corresponding to the halved cross-sectional shape of the blank on its working surface engaging with the blank, which is conical in the circumferential direction of the rollers is formed, and with a collet for holding the blank, the collet being rotatably mounted about an axis aligned with the longitudinal axis of the blank, a rotary drive for the collet is provided, a device is provided for a relative movement between the rollers and the blank to produce, wherein according to the invention the grooves of the rollers have a slope opposite the desired slope of the blank.
  • the device according to the invention has a device for generating a shaking movement between the blank and the rollers in the axial direction of the blank.
  • the invention can, as already mentioned, by means of a vibrating device which introduces dynamic energy into the deformation zone via the blank or the forming tool, thereby improving the flow of the material will be trained.
  • the device according to the invention has as its main components a pair of roller-shaped tools 2, 3 (cf. FIG. 2), each of which has a circumference on its working surface 4 which engages with the blank (not shown) of the rollers 2, 3 have a groove 5 which is semicircular in cross section.
  • the groove 5 is conical in the circumferential direction of the rollers 2, 3, so that a changing cross-section arises when the rollers 2, 3 are rolled onto one another.
  • the collet 6 is rotatably mounted about an axis 7 aligned with the longitudinal axis of the blank, a rotary drive symbolized by the arrow 8 in FIG. 1 being provided for the collet.
  • the tube forming the blank is simultaneously deformed by the cross-section formed between them by means of the roller-shaped forming tools 2, 3 which are rotated and which are mounted on the carriage and are moved along the blank.
  • the slope of the work surface on the circumference of the tools is not the same as the slope of the blank, as in a rolling process, but opposite to it, as a result of which the blank undergoes a transformation similar to the technology of drawing.
  • FIG. 12 In order to achieve the relative movement between the tools 2, 3 changing the cross section and the movement along the blank, a device designated by 12 is provided in FIG.
  • This device 12 is designed as a carriage on which the tools 2, 3 with their axes or shafts 21, 22 are mounted.
  • the drive designated by 10 for the roller-shaped tools is also mounted on the carriage.
  • the drive 10 is preferably a speed-controllable motor 14 with a gear 15, so that the rotational speed of the tools can be steplessly controlled.
  • the carriage 12 is displaceable relative to the collet 6 by a pull drive 13, which can preferably be a positive drive, such as a chain hoist or a rack and pinion drive.
  • a pull drive 13 which can preferably be a positive drive, such as a chain hoist or a rack and pinion drive.
  • the tube is inserted into the device and clamped at one end in the collet and clamped at the second end in the stretching device.
  • the tools 2, 3 By turning the tools 2, 3 while simultaneously moving the tools along the blank, the tube is deformed into one conical body, the deformation taking place in several sections and the collet being rotated between these deformation sections in order thereby to obtain the roundest and most uniform drawing result possible.
  • the step-by-step deformation process begins in the vicinity of that section of the blank to be deformed which should have the smallest cross-section at the end of the deformation.
  • the roller-shaped drawing tools are moved to this point in the open state, and then closed so far that they just touch the surface of the blank.
  • the first stage of the drawing process begins, whereby the blank and tools are moved relative to each other, and the roller-shaped tools are slowly moved against their normal rolling direction on the blank by a fraction of their total circumference, the narrowest opening being reached at that point of the blank that should later have the smallest cross-section.
  • the tools are again moved apart completely and moved to a location which is a short distance from the location at which the last drawing process began, so that the roller-shaped tools now run over a further length of previously undeformed blank .
  • the tools are now moved together again to the undeformed diameter of the blank, then a drawing process begins again, in which the rollers are moved against the unrolling direction on the blank. This process is continued continuously until the point of the blank that is later to have the smallest cross section is reached. When this point is reached, the roller-shaped tools have been moved together by a larger fraction of their total circumference. This completes another stage of the conification process.
  • the tools are moved apart again and moved to a position on the still undeformed piece of the blank that is a certain distance away from the last start of deformation. The rest of the course is the same.
  • the gradient of the cone of the finished product is controlled by the variable speed of the movement of the carriage 12 and / or the variable rotational speed of the roller-shaped tools 2, 3.
  • the rotational movement of the rollers which is decisive in connection with the drawing speed for the incline of the cone, is preferably changed via speed control of the motor 14 by an electronic control.
  • any cross-sections of blanks can be processed.
  • the grooves In the case of round blanks, as in the embodiment described, the grooves have a central or concentric semicircular cross section.
  • the grooves When processing blanks with a polygonal cross-section, the grooves have a cross-section which corresponds to half the polygon of the cross-section of the blanks.
  • the collet 6 can then be rotated in discrete steps, the steps being determined in accordance with the present angular relationships of the blank.
  • the blank is stretched on the stretching device (FIG. 3) opposite the end of the blank opposite the collet during processing by applying an axially acting force.
  • the stretching device consists of a tensioning device 30, which is supported by a mandrel in its axis 31 and carries out the pipe clamping by means of a cylinder 32, a steel cable 33 and a cable winch 34, and applies the force required for the stretching.
  • the tensioning device of the stretching device is rotatably mounted.
  • An extension of the invention consists in the application of a rotary movement of the collet of the stretching device in both directions to twist the tube.
  • a preferred embodiment for the development of the invention consists in an arrangement of a vibrating device (FIG. 4) on the collet of the blank and / or on the stretching device.
  • the vibrating device consists of an eccentrically mounted, vibration-generating device or of pneumatic, hydraulic or magnetic devices.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Verformen von Metallrohren zu konusförmigen oder sich verjüngenden Körpern. Hierbei wird das den Rohling bildende Metallrohr durch ein Paar an der Zylinderfläche des Rohlings entlang bewegte walzenförmige Werkzeuge (2,3), welches durch die Drehbewegung des Werkzeuges (2,3) den Umformquerschnitt verändert, konisch umgeformt. Die walzenförmigen Werkzeuge (2,3) weisen auf ihrer Mantelfläche (4) je eine im Querschnitt der halbierten Querschnittsformen des Rohlings entsprechende Rille (5) auf, die in Umfangsrichtung konisch geformt ist. Die Steigung der konischen Rille (5) des Werkzeuges (2,3) ist entgegengesetzt der gewünschten Steigung des Rohlings angeordnet, so daß kein Walzen des Rohlings erfolgt, sondern ein Ziehen. Dadurch erhält man mit diesem Umformverfahren ein qualitatives Produkt mit allen Vorteilen des Ziehverfahrens. Um eine möglichst gleichmäßige Querschnittsform des Fertigproduktes zu erhalten, wird der Rohling zwischen den einzelnen Konifiziervorgängen gedreht. Um ein Krümmen des Rohlings entlang seiner Achse (7) durch den Umformvorgang zu vermeiden, wird der Rohling während des Umformens in seiner Achse (7) gereckt, welches ein Ausrichten des in der Umformung befindlichen Rohlings bewirkt. Damit auch schwierig umformbare Werkstoffe mittels diesem Verfahren konisch umgeformt werden können, wird mittels einer Rütteleinrichtung zusätzlich dynamische Energie am Umformwerkzeug wirksam, wodurch das Fließen des Werkstoffes im Umformbereich verbessert wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen von Metallrohren zu konusförmigen oder sich verjüngenden Körpern, bei dem das den Rohling bildende Metallrohr durch ein Paar auf der Außenseite angreifende walzenförmige Werkzeuge verformt wird, welche auf ihrer Arbeitsfläche je eine im Querschnitt der halbierten Querschnittsform des Rohlings entsprechende Rille aufweisen, die in Umfangsrichtung konisch geformt sind, wobei der Rohling an beiden Enden unter einer entsprechenden Vorspannkraft in seiner Axialrichtung eingespannt ist und die walzenförmigen Werkzeuge entlang des Rohlings verfahren.
  • Weiters betrifft diese Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Metallrohre mit kreisförmigem Querschnitt werden insbesondere für Masten, Lichtmasten, Fahnenstangen od. dgl. zu konischen Körpern umgeformt.
  • Aus der US-PS 3 019 678 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen von Metallrohren zu konusförmigen Körpern bekannt, bei denen das den Rohling bildende Metallrohr durch ein Paar auf der Außenseite angreifende Walzen verformt wird, welche auf ihrer Arbeitsfläche je eine im Querschnitt der halbierten Querschnittsform des Rohlings entsprechende Rille aufweisen, die in Umfangsrichtung konisch geformt ist, so daß beim Abwälzen der Walzen aufeinander ein sich konisch verändernder Verformungsquerschnitt zwischen den beiden Walzen bildet, wobei die Walzen entlang dem sich in dem ein Gesenk bildenden Verformungsquerschnitt befindlichen Rohling verfahren werden und die Walzen während des Ziehens zur Veränderung des Verformungsquerschnittes angetrieben werden, und wobei der Rohling durch eine Spannzange gehalten und gedreht wird.
  • Ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, in dem nicht nur ausschließlich nahtlose Rohre, sondern auch geschweißte Rohre als Ausgangsmaterial verwendet werden können und darüber hinaus mit ein und demselben Werkzeug konusförmige oder sich verjüngende Körper mit kreisförmigem Querschnitt, mit unterschiedlichen Längen und unterschiedlichen Steigungen des Konus hergestellt werden können, und dies bei einem sehr geringen, vernachlässigbaren Wandstärkenzuwachs im verjüngten Teil des konischen Körpers. Dieser geringe Wandstärkenzuwachs bietet den Vorteil der Herstellung von konstruktionstechnisch optimalen Bauteilen. Im Basisbereich durch den großen Durchmesser bedingt große Widerstandsmomente und in Topbereich, durch die niedrige Wandstärke bedingt, kleine Widerstandsmomente und geringes Eigengewicht.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs definierten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rohling während der Umformung gereckt wird und die Werkzeuge zur Verringerung des Querschnitts entgegen der Abrollrichtung auf dem Rohling bewegt werden und die Rillen der Werkzeuge eine der angestrebten Steigung des Rohlings entgegengesetzte Steigung aufweisen.
  • Besonders bevorzugt ist es dabei, die Steigung des erzeugten Konus über die Geschwindigkeit der Werkzeugzustellbewegung (Drehbewegung) zur Geschwindigkeit der Werkzeuglängsbewegung zu steuern. Dadurch kann mit dem gleichen Werkzeugsatz (Walzensatz) eine Vielzahl unterschiedlicher Konusformen hergestellt werden, wobei auch eine Abfolge unterschiedlicher Steigungen sowie nicht-konische Zwischenabschnitte herstellbar sind.
  • Insbesondere ist es bevorzugt, die Werkzeuge und/oder den Rohling während des Ziehvorgangs mit zusätzlichen Rüttelbewegungen relativ zueinander in Axialrichtung des Rohlings zu beaufschlagen. So kann der Rohling zusätzlich mittels einer Rütteleinrichtung in seiner Achse in eine Rüttelbewegung versetzt werden, die bewirkt, daß dadurch der Werkstoff des Rohlings beim Umformvorgang sein Fließverhalten verbessert, so daß auch hochwertige Metalle und Metall-Legierungen, die sich üblicherweise nur schlecht umformen lassen, auch mit diesem Verfahren verarbeitet werden können.
  • Insbesondere ist es bevorzugt, die Ziehvorgänge mehrstufig durchzuführen, wobei jeder Ziehvorgang einer einzelnen Verformungsstufe entspricht. Dieser stufenweise Verformungsvorgang beginnt in der Nähe desjenigen Abschnitts des zu verformenden Rohlings, welcher am Ende der Verformung den geringsten Querschnitt aufweisen soll. Dadurch wird einerseits erreicht, daß bei einem einzelnen Ziehvorgang keine zu großen Verformungen bewirkt werden müssen, zum anderen bleibt der Arbeitszeitaufwand für die Verformung in erträglichen Grenzen, da in den Anfangsschritten nicht die gesamte Länge des Rohlings überfahren werden muß.
  • Im einzelnen wird das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen ausgeführt:
    Die walzenförmigen Ziehwerkzeuge werden im geöffneten Zustand in die Nähe der Stelle gefahren, die am Ende der Verformung den geringsten Querschnitt aufweisen soll, und dann soweit geschlossen, daß sie gerade die Oberfläche des Rohlings berühren. Nun beginnt die erste Stufe des Ziehvorgangs, wobei Rohling und Ziehwerkzeug zueinander relativ bewegt werden, und die walzenförmigen Werkzeuge langsam entgegen ihrer normalen Abrollrichtung auf dem Rohling um einen Bruchteil ihres Gesamtumfanges zugefahren werden, wobei die engste Öffnung an demjenigen Punkt des Rohlings erreicht wird, der später einmal den geringsten Querschnitt aufweisen soll. Nach Abschluß dieser ersten Stufe des Verformungsvorganges werden die walzenförmigen Werkzeuge wiederum ganz auseinandergefahren, und an eine Stelle verfahren, die ein Stück entgegen der Ziehrichtung von der Stelle entfernt ist, an der der letzte Ziehprozeß begonnen hat, so daß die Werkzeuge nun ein weiteres Stück bisher unverformten Rohlings überfahren. Die walzenförmigen Werkzeuge werden nunmehr wieder bis auf den unverformten Durchmesser des Rohlings zusammengefahren, dann beginnt wieder ein Ziehprozeß, bei dem die walzenförmigen Werkzeuge gegen ihre Abrollrichtung auf dem Rohling zugefahren werden. Dieser Prozeß kann kontinuierlich fortgesetzt werden, bis diejenige Stelle des Rohlings erreicht ist, die später einmal den geringsten Querschnitt aufweisen soll. Wenn diese Stelle erreicht ist, sind die walzenförmigen Werkzeuge um einen größeren Bruchteil ihres Gesamtumfangs zusammengefahren worden. Eine weitere Stufe des Konifizierungsprozesses ist damit abgeschlossen. Die Werkzeuge werden durch Drehung wieder auseinandergefahren, und an eine um ein bestimmtes Stück von dem letzten Verformungsbeginn entfernte Stelle auf dem noch unverformten Stück des Rohlings bewegt. Der übrige Ablauf ist dann der gleiche. Dieser Ablauf wird so oft wiederholt, bis der Rohling oder die zu konifizierenden Teile des Rohlings vollständig konifiziert ist.
  • Vorteilhafterweise wird auf diese Weise eine mehrstufige Verformung in einzelnen Verformungsstufen erreicht. Dabei wird zuerst nur derjenige Bereich verformt, der insgesamt der stärksten Verformung unterworfen werden muß. Stück für Stück arbeitet sich der Prozeß dann in Richtung auf die weniger stark zu verformenden Abschnitte des Rohlings vor. Durch diese Vorgehensweise wird eine hervorragende Oberflächenqualität des verformten Rohlings erzielt, ohne daß die Bearbeitungszeiten zu lange werden.
  • Allgemein wird durch die vorliegende Erfindung eine erheblich bessere Oberflächenqualität des fertigen Werkstücks dadurch erreicht, daß die sich gegen die Abrollrichtung drehenden walzenförmigen Umformwerkzeuge eine Steigung der konischen Arbeitsflächen bildenden umlaufenden Rille entgegen der Steigung des zu fertigenden Rohlings aufweisen. Dadurch ist die Umformung kein Walzen des Rohlings, sondern eine dem Ziehen ähnliche Umformung. Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen, die ein Paar von drehangetriebenen Walzen, welche auf ihrer mit dem Rohling in Eingriff gelangenden Arbeitsfläche je eine im Querschnitt der halbierten Querschnittsform des Rohlings entsprechende Rille aufweisen, die in Umfangsrichtung der Walzen konisch ausgebildet ist, und mit einer Spannzange zum Halten des Rohlings, wobei die Spannzange um eine mit der Längsachse des Rohlings fluchtende Achse drehbar gelagert ist, ein Drehantrieb für die Spannzange vorgesehen ist, eine Einrichtung vorgesehen ist, um zwischen den Walzen und dem Rohling eine Relativbewegung zu erzeugen, wobei erfindungsgemäß die Rillen der Walzen eine der angestrebten Steigung des Rohlings entgegengesetzte Steigung aufweisen.
  • Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rüttelbewegung zwischen dem Rohling und den Walzen in Axialrichtung des Rohlings aufweist. Durch zusätzliche Rüttelbewegungen des Rohlings während des Umformvorganges wird nämlich das Fließen des Materials während des Umformens verbessert. Dadurch können auch schwer umformbare Werkstoffe mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung umgeformt werden.
  • Im einzelnen kann die Erfindung, wie bereits angeführt, durch eine Rütteleinrichtung, die über den Rohling oder das Umformwerkzeug dynamische Energie in die Verformungszone einleitet, wodurch das Fließen des Werkstoffes verbessert wird, weitergebildet werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung;
    • Figur 2 eine teilweise geschnittene Ansicht der Verformungswerkzeuge mit ihrem Antrieb;
    • Figur 3 eine Ansicht der Reckeinrichtung, und
    • Figur 4 eine Ansicht der Rütteleinrichtung.
  • Wie in den Zeichnungen gezeigt, weist die erfindungsgemäße, allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung als Hauptbestandteile ein Paar walzenförmige Werkzeuge 2, 3 auf (vgl. Figur 2), welche auf ihrer mit dem nicht dargestellten Rohling in Eingriff gelangenden Arbeitsfläche 4 jeweils eine um den Umfang der Walzen 2, 3 verlaufende, im Querschnitt halbkreisförmige Rille 5 aufweisen. Wie sich insbesondere aus der teilweise geschnittenen Ansicht von Figur 2 ergibt, ist die Rille 5 in Umfangsrichtung der Walzen 2, 3 konisch ausgebildet, so daß beim Abwälzen der Walzen 2, 3 aufeinander ein sich verändernder Querschnitt entsteht.
  • Die Spannzange 6 ist um eine mit der Längsachse des Rohlings fluchtende Achse 7 drehbar gelagert, wobei ein durch den Pfeil 8 in Figur 1 symbolisierter Drehantrieb für die Spannzange vorgesehen ist.
  • Bei der Umformung von Rohren zu konischen Körpern wird das den Rohling bildende Rohr durch die einer Drehung unterworfenen walzenförmigen Umformwerkzeuge 2, 3, die auf dem Wagen montiert sind, und entlang des Rohlings bewegt werden, gleichzeitig durch den zwischen ihnen ausgebildeten Querschnitt verformt.
  • Die Steigung der Arbeitsfläche am Umfang der Werkzeuge ist nicht wie bei einem Walzvorgang gleich der Steigung des Rohlings, sondern diesem entgegengesetzt, wodurch der Rohling eine der Technologie des Ziehens ähnliche Umformung erfährt.
  • Zur Erreichung der Relativbewegung zwischen der den Querschnitt verändernden Werkzeuge 2, 3 und der Bewegung entlang des Rohlings ist in Figur 2 eine mit 12 bezeichnete Einrichtung vorgesehen.
  • Diese Einrichtung 12 ist als Wagen ausgebildet, auf dem die Werkzeuge 2, 3 mit ihren Achsen bzw. Wellen 21, 22 gelagert sind. Auf dem Wagen ist ferner der mit 10 bezeichnete Antrieb der walzenförmigen Werkzeuge gelagert.
  • Bei dem Antrieb 10 handelt es sich bevorzugt um eine drehzahlregelbaren Motor 14 mit einem Getriebe 15, so daß sich die Drehgeschwindigkeit der Werkzeuge stufenlos steuern läßt.
  • Der Wagen 12 ist gegenüber der Spannzange 6 durch einen Zugantrieb 13 verschiebbar, bei welchem es sich bevorzugt um einen formschlüssigen Antrieb, wie einen Kettenzug oder einen Zahnstangenantrieb handeln kann.
  • In Figur 2 ist noch ein Paar von Stirnrädern 23, 24 dargestellt, mittels derer die Werkzeuge 2, 3 in eine zueinander gegensinnige Drehung versetzt werden.
  • Um nun ein Metallrohr mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu einem konischen Körper zu verformen, wird das Rohr in die Vorrichtung eingelegt und an dem einen Ende in der Spannzange geklemmt und an dem zweiten Ende in der Reckvorrichtung eingespannt. Durch Drehung der Werkzeuge 2, 3 unter gleichzeitigem Fahren der Werkzeuge entlang des Rohlings erfolgt dann die Verformung des Rohres zu einem konischen Körper, wobei die Verformung in mehreren Abschnitten erfolgt und zwischen diesen Verformungsabschnitten die Spannzange gedreht wird, um dadurch ein möglichst rundes und gleichmäßiges Ziehergebnis zu bekommen.
  • Der stufenweise Verformungsvorgang beginnt in der Nähe desjenigen Abschnitts des zu verformenden Rohlings, welcher am Ende der Verformung den geringsten Querschnitt aufweisen soll. Die walzenförmigen Ziehwerkzeuge werden im geöffneten Zustand an diese Stelle gefahren, und dann soweit geschlossen, daß sie gerade die Oberfläche des Rohlings berühren. Nun beginnt die erste Stufe des Ziehvorgangs, wobei Rohling und Werkzeuge zueinander relativ bewegt werden, und die walzenförmigen Werkzeuge langsam entgegen ihrer normalen Abrollrichtung auf dem Rohling um einen Bruchteil ihres Gesamtumfanges zugefahren werden, wobei die engste Öffnung an demjenigen Punkt des Rohlings erreicht wird, der später einmal den geringsten Querschnitt aufweisen soll. Nach Abschluß dieser ersten Stufe des Verformungsvorganges werden die Werkzeuge wiederum ganz auseinandergefahren, und an eine Stelle verfahren, die ein Stück entfernt ist von der Stelle, an der der letzte Ziehprozeß begonnen hat, so daß die walzenförmigen Werkzeuge nun ein weiteres Stück bisher unverformten Rohlings überfahren. Die Werkzeuge werden nunmehr wieder bis auf den unverformten Durchmesser des Rohlings zusammengefahren, dann beginnt wieder ein Ziehprozeß, bei dem die Walzen gegen ihre Abrollrichtung auf dem Rohling zugefahren werden. Dieser Prozeß wird kontinuierlich fortgesetzt, bis diejenige Stelle des Rohlings erreicht ist, die später einmal den geringsten Querschnitt aufweisen soll. Wenn diese Stelle erreicht ist, sind die walzenförmigen Werkzeuge um einen größeren Bruchteil ihres Gesamtumfanges zusammengefahren worden. Eine weitere Stufe des Konifizierungsprozesses ist damit abgeschlossen. Die Werkzeuge werden wieder auseinandergefahren, und an eine um ein bestimmtes Stück von dem letzten Verformungsbeginn entfernten Stelle auf dem noch unverformten Stück des Rohlings bewegt. Der übrige Verlauf ist dann der gleiche.
  • Auf diese Weise wird eine mehrstufige Verformung in einzelnen Verformungsstufen erreicht. Dabei wird zuerst nur derjenige Bereich verformt, der insgesamt der stärksten Verformung unterworfen werden muß. Stück für Stück arbeitet sich der Prozeß dann in Richtung auf die weniger stark zu verformenden Abschnitte des Rohlings vor. Durch diese Vorgangsweise wird eine hervorragende Oberflächenqualität des verformten Rohlings erzielt, ohne daß die Bearbeitungszeiten zu lange werden.
  • Durch die variable Geschwindigkeit der Bewegung des Wagens 12 und/oder die variable Drehgeschwindigkeit der walzenförmigen Werkzeuge 2, 3 wird die Steigung des Konus des fertigen Erzeugnisses gesteuert. Die Drehbewegung der Walzen, welche im Zusammenhang mit der Ziehgeschwindigkeit für die Steigung des Konus ausschlaggebend ist, wird über Drehzahlregelung des Motors 14 vorzugsweise durch eine elektronische Steuerung verändert.
  • Es läßt sich ohne Änderung der Werkzeuge 2, 3 eine große Anzahl verschiedenster konischer Körper mit unterschiedlichsten Steigungen der Konizität herstellen, wobei durch die Drehung des Rohlings zwischen den Ziehvorgängen durch die Spannzange ein ausgesprochen gleichförmiges Produkt erzeugbar ist.
  • Durch entsprechende Gestaltung der Rillen 5 in den walzenförmmigen Werkzeugen 2, 3 lassen sich beliebige Querschnitte von Rohlingen verarbeiten. Bei runden Rohlingen sind, wie bei der beschriebenen Ausführungsform, die Rillen im Querschnitt zentrisch bzw. konzentrisch halbkreisförmig ausgeführt. Bei Verarbeitung von Rohlingen mit polygonalem Querschnitt weisen die Rillen einen Querschnitt auf, welcher der Hälfte des Polygons des Querschnittes der Rohlinge entsprechen. Hierbei ist dann die Spannzange 6 in diskreten Schritten drehbar, wobei die Schritte entsprechend den vorliegenden Winkelverhältnissen des Rohlings bestimmt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird auf der gegenüber dem der Spannzange gegenüberliegenden Ende des Rohlings angeordneten Reckeinrichtung (Figur 3) der Rohling während der Verarbeitung durch Aufbringen einer axial wirkenden Kraft gereckt. Die Reckeinrichtung besteht in der bevorzugten Ausführungsform aus einer Spanneinrichtung 30, die über einen Dorn in ihrer Achse 31 gelagert ist und durch einen Zylinder 32, sowie einem Stahlseil 33 und einer Seilwinde 34 die Rohrklemmung durchführt, sowie die für die Reckung notwendige Kraft aufbringt. Die Spanneinrichtung der Reckeinrichtung ist drehbar gelagert.
  • Eine Erweiterung der Erfindung besteht in der Aufbringung einer Drehbewegung der Spannzange der Reckeinrichtung in beiden Richtungen zur Verdrehung des Rohres.
  • Eine bevorzugte Ausführung für die Weiterbildung der Erfindung besteht in einer Anordnung einer Rütteleinrichtung (Figur 4) an der Spannzange des Rohlings und/oder an der Reckeinrichtung. Die Rütteleinrichtung besteht in der bevorzugten Ausführung aus einer exzentrisch gelagerten, schwingungserzeugenden Einrichtung bzw. aus pneumatischen, hydraulischen, oder magnetischen Einrichtungen.
  • Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Verformen von Metallrohren zu konusförmigen Körpern, bei dem ein Metallrohr durch ein Paar auf der Außenseite des Rohres angreifende walzenförmige Werkzeuge konisch verformt wird, die Werkzeuge auf ihrer Arbeitsfläche je eine im Querschnitt der halbierten Querschnittsform des Rohlings entsprechende Rille aufweisen, die in Umfangsrichtung konisch geformt ist und durch Verfahren der Werkzeuge entlang des Rohlings bei gleichzeitiger Veränderung des Verformungsquerschnitts durch die Werkzeuge das zylindrische Rohr konisch gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling während der Umformung gereckt wird und die Werkzeue zur Verringerung des Querschnitts entgegen der Abrollrichtung auf dem Rohling bewegt werden und die Rillen der Werkzeuge eine der angestrebten Steigung des Rohlings entgegengesetzte Steigung aufweisen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des erzeugten Konus über die Geschwindigkeit der Werkzeugzustellbewegung (Drehbewegung) zur Geschwindigkeit der Werkzeuglängsbewegung gesteuert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge und/oder der Rohling während des Ziehvorgangs mit zusätzlichen Rüttelbewegungen relativ zueinander in Axialrichtung des Rohlings beaufschlagt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehvorgänge mehrstufig erfolgen, wobei jeder Ziehvorgang einer einzelnen Verformungsstufe entspricht und der stufenweise Verformungsvorgang in der Nähe desjenigen Abschnitts des zu verformenden Rohlings beginnt, welcher am Ende der Verformung den geringsten Querschnitt aufweisen soll.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die walzenförmigen Ziehwerkzeuge im geöffneten Zustand in die Nähe der Stelle gefahren werden, die am Ende der Verformung den geringsten Querschnitt aufweisen soll, und dann soweit geschlossen werden, daß sie gerade die Oberfläche des Rohlings berühren, und dann die erste Stufe des Ziehvorganges beginnt, wobei Rohling und Werkzeuge zueinander relativ bewegt werden, und die walzenförmigen Werkzeuge langsam entgegen ihrer normalen Abrollrichtung auf dem Rohling um einen Bruchteil ihres Gesamtumfanges zugefahren werden, wobei die engste Öffnung an demjenigen Punkt des Rohlings erreicht wird, der später einmal den geringsten Querschnitt aufweisen soll, und nach Abschluß dieser ersten Stufe des Verformungsvorganges die walzenförmigen Werkzeuge wiederum ganz auseinandergefahren, und an eine Stelle verfahren werden, die ein Stück entgegen der Ziehrichtung von der Stelle entfernt ist, an der der letzte Ziehprozeß begonnen hat, so daß die Werkzeuge nun ein weiteres Stück bisher unverformten Rohlings überfahren, und die walzenförmigen Werkzeuge nunmehr wieder bis auf den unverformten Durchmesser des Rohlings zusammengefahren werden, wobei wieder ein Ziehprozeß beginnt, bei dem die walzenförmigen Werkzeuge gegen ihre Abrollrichtung auf dem Rohling zugefahren werden, wobei dieser Prozeß kontinuierlich fortgesetzt wird, bis diejenige Stelle des Rohlings erreicht ist, die später einmal den geringsten Querschnitt aufweisen soll, wenn diese Stelle erreicht ist, sind die walzenförmigen Werkzeuge um einen größeren Bruchteil ihres Gesamtumfanges zusammengefahren worden, und eine weitere Stufe des Konifizierungsprozesses ist damit abgeschlossen, die Werkzeuge werden durch Drehung wieder auseinandergefahren, und an eine um ein bestimmtes Stück von dem letzten Verformungsbeginn entfernten Stelle auf dem noch unverformten Stück des Rohlings bewegt, wobei sich dieser Ablauf so oft wiederholt, bis der Rohling vollständig konifiziert ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling zwischen den einzelnen Ziehvorgängen gedreht wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Paar von drehangetriebenen Walzen, welche auf ihrer mit dem Rohling in Eingriff gelangenden Arbeitsfläche je eine im Querschnitt der halbierten Querschnittsform des Rohlings entsprechende Rille aufweisen, die in Umfangsrichtung der Walzen konisch ausgebildet ist und mit einer Spannzange zum Halten des Rohlings, wobei eine Einrichtung (9) vorgesehen ist, um zwischen den Walzen (2, 3) und dem Rohling eine Relativbewegung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (5) der Walzen (2, 3) eine der angestrebten Steigung des Rohlings entgegengesetzte Steigung aufweisen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rüttelbewegung zwischen dem Rohling und den Walzen (2, 3) in Axialrichtung des Rohlings vorgesehen ist.
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