EP0712673A1 - Kalibrierung von Asselwalzen - Google Patents

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EP0712673A1
EP0712673A1 EP95250214A EP95250214A EP0712673A1 EP 0712673 A1 EP0712673 A1 EP 0712673A1 EP 95250214 A EP95250214 A EP 95250214A EP 95250214 A EP95250214 A EP 95250214A EP 0712673 A1 EP0712673 A1 EP 0712673A1
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angle
rolling
roller
transport
assel
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Gheorghe Arnautu
Karl Heinz Häusler
Jürgen Pietsch
Gunther Voswinkel
Karl-Helmut Wengenroth
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Mannesmann AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B19/00—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
    • B21B19/02—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
    • B21B19/06—Rolling hollow basic material, e.g. Assel mills

Definitions

  • the invention relates to the calibration of the rolls of a wood mill for rolling thin-walled tubes made of pre-perforated hollow bodies over a mandrel with at least three staggered by 120 ° to each other, inclined by the spreading angle ⁇ with respect to the rolling axis and arranged pivoted by the transport angle ⁇ to the rolling axis, each with an inlet cone , a working part (shoulder) and a smoothing part, which is followed by a round cone.
  • the Assel rolling process developed by Walter Assel around 60 years ago for the production of rolling bearing and thick-walled turned part tubes with a diameter / wall thickness ratio of approximately 16: 1 has been further developed into a powerful stretching process through permanent improvements. It is used in the production of pipes with medium and thick wall thicknesses and in particular those which should have flawless surfaces and close tolerances, as is the case, for example, for the manufacture of bearing steel pipes.
  • the Assel rolling mill works on the principle of cross-rolling over mandrel bars, whereby three conical rolls are in engagement, which are mounted at an angle of 120 ° to the rolling stock axis. In addition, the rolls are adjustable perpendicular to the roll axis, so that a large number of pipe diameters can be produced on an Assel mill
  • the rolls of the Assel mill consist essentially of an inlet part, a working part (shoulder), a smoothing part and an outlet and rounding part.
  • the main forming work takes place in the working section on the shoulders.
  • the Assel process has advantages, such as better rolling stock management due to the use of at least three rollers and the lack of necessity, To have to use guide washers.
  • a particular advantage is that Assel rolling mills require a much smaller roll diameter, which means that these plants can generally be built smaller than corresponding Diescher rolling mills.
  • helix-shaped wall thickness inequalities can also occur on the hollow block or tube in the Assel rolling process, the so-called coils.
  • these act as eccentricity, i.e. Deviation of the center points of the inner and outer circle from each other and in longitudinal section as a periodically running and alternating thickening and thinning of the wall.
  • the main reason for the helix formation in the Assel process is inadequate calibration of the rollers. For this reason, narrow wall thickness tolerances of ⁇ 4% to ⁇ 7% can be achieved with conventional woodloom methods, i.e. with relatively thick walls, but the tolerances with thin walls still leave something to be desired.
  • Another disadvantage of the Assel rolling process compared to other cross rolling processes is the relatively low possible rolling speed, which limits the capacity of the plant.
  • the limits for the rolling speed are the max. possible speed of the rolling stock itself and the max. possible transport angles. Too high a speed of the rolling stock can lead to damage on the rolled pipe, a too large transport angle leads to a large helix formation in conventional roll calibrations, ie to poorer pipe tolerances. Since the rolling stock speed could no longer be increased noticeably and the transport angle ⁇ was limited to around 7 ° for tolerance reasons, there seemed to be no further possibilities for increasing the rolling stock speed. It was not taken into account at all that the pitch of the bead running helically around the tube depends not only on the transport angle of the rolls, but also on the tube diameter.
  • the woodlouse procedure could also only be used for a limited application, namely for a max. D / s ratio, i.e. Diameter-wall thickness ratio, from 12 ... 16: 1, i.e. for thick-walled roller bearing and turned part pipes and the like. If larger D / s ratios were selected, the triangulation of the rear pipe end caused the plugs to exit when leaving the rolls, which could only be prevented by timely lifting of the rolls at the end of the roll.
  • D / s ratio i.e. Diameter-wall thickness ratio
  • the field of application of this process could be expanded, for example to oilfield pipes, boiler pipes and line pipes.
  • the advantages of the Assel process could be exploited, for example compared to the Diescher rolling process, which are there, good rolling stock through at least three rolls, good wall thickness tolerances for the pipes, low investment costs overall and - because of the lower stress on the pipes in the roll gap - better pipe quality than diescher rolling.
  • the solution to the problem according to the invention includes several considerations which, in combination, lead to the desired success.
  • Experience has shown that a large feed angle ⁇ favors the widening of the tube in the roll gap. This effect is deliberately used to create larger pipe diameters with the same wall thickness, i.e. a large D / s ratio.
  • the claimed transport angle ⁇ from 7 ° to 17 ° is also the setting range of the system.
  • D pipe diameter in the smoothing part.
  • a divergent roller position with a large spreading angle ⁇ is provided, which is between 7 ° and 30 °.
  • a short, rapidly opening round cone of the roller is provided.
  • an opening angle ⁇ of at least 4 ° improves the rounding of the tube emerging from the smoothing part and prevents the risk of the tube forming a sack between the rollers and thus the triangulation of the rear tube end.
  • the angle range found for the opening angle is between 4 ° and 15 °.
  • the roller 1 consists of the inlet cone 2, the working part (shoulder) 3, the smoothing part 4 and the round cone 5.
  • the hollow block 6 is gripped, set in rotation and drawn into the roller 1.
  • the outer and inner diameters of the hollow block 6 are reduced to such an extent that the hollow block touches the mandrel rod 8 with its inner surface lying under the roller.
  • the wall thickness reduction takes place essentially only under the shoulder 3, the smoothing part 4 serves to even out the wall thickness of the tube 7 rolled from the hollow block 6.
  • the tube is expanded and takes on a triangular cross section with three rollers because the wall bulges into the spaces between the rollers.
  • the polygonal tube 7 is rounded.
  • roller 1 is pivoted by the spreading angle ⁇ to the longitudinal axis Y-Y, the roller axis Z-Z meeting the longitudinal axis Y-Y at point A.
  • the opening angle ⁇ is formed between the extended surface line of the smoothing part and the opposite surface line of the short round cone 5 and is also shown in FIG. 1.
  • the transport angle ⁇ is created by pivoting the roller 1 to the longitudinal axis Y-Y.
  • the transport angle ⁇ serves to move the rolling stock in a spiral and directly influences the roll speed.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft die Kalibrierung der Walzen eines Asselwalzwerkes zum Walzen dünnwandiger Rohre aus vorgelochten Hohlkörpern über einen Dorn mit mindestens drei um 120° gegeneinander versetzten, um den Spreizwinkel α gegenüber der Walzachse geneigten und um den Transportwinkel γ zur Walzachse geschwenkt angeordneten Walzen (1) mit jeweils einem Einlaufkonus (2), einem Arbeitsteil (Schulter) (3) und einem Glätteil (4), an den sich ein Rundekonus (5) anschließt. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen: a) bei divergenter Walzenstellung beträgt der Transportwinkel (γ) jeder Asselwalze (1) in Abhängigkeit vom jeweiligen Rohrdurchmesser und der Glätteillänge der Asselwalze zwischen 7° und 17°, wobei der Transportwinkel (γ) mit steigendem Rohrdurchmesser kleiner wird, b) der Spreizwinkel (α) wird zwischen 7° und 30° eingestellt, c) der Öffnungswinkel (β) des Rundekonus (5), gebildet zwischen der verlängerten Mantellinie des Glätteils (4) und der gegenüberliegenden Mantellinie des kurzen Rundekonuses, beträgt zwischen 4° und 15°. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft die Kalibrierung der Walzen eines Asselwalzwerkes zum Walzen dünnwandiger Rohre aus vorgelochten Hohlkörpern über einen Dorn mit mindestens drei um 120° gegeneinander versetzten, um den Spreizwinkel α gegenüber der Walzachse geneigt und um den Transportwinkel γ zur Walzachse geschwenkt angeordneten Walzen mit jeweils einem Einlaufkonus, einem Arbeitsteil (Schulter) und einem Glätteil, an den sich ein Rundekonus anschließt.
  • Das vor etwa 60 Jahren von Walter Assel entwickelte Asselwalzverfahren zur Herstellung von Wälzlager- und dickwandigen Drehteilrohren mit einem Durchmesser/Wanddickenverhältnis von etwa 16:1 wurde durch permanente Verbesserungen zu einem leistungsfähigen Streckverfahren weiterentwickelt. Es findet Anwendung bei der Herstellung von Rohren mit mittleren und starken Wanddicken und insbesonderen solchen, die einwandfreie Oberflächen und enge Toleranzen haben sollen, wie das beispielsweise für das Herstellen von Wälzlagerstahlrohren der Fall ist. Das Asselwalzwerk arbeitet nach dem Prinzip des Schrägwalzens über Dornstangen, wobei drei konische Walzen im Eingriff sind, die um jeweils 120 ° gegeneinander versetzt gegenüber der Walzgutachse schräg gelagert sind. Darüber hinaus sind die Walzen senkrecht zur Walzenachse verstellbar, so daß eine Vielzahl von Rohrdurchmessern auf einem Asselwalzwerk herstellbar ist
  • Die Walzen des Asselwalzwerkes bestehen im wesentlichen aus einem Einlaufteil, einem Arbeitsteil (Schulter), aus einem Glätteil und einem Auslauf- und Rundungsteil. Die Hauptumformarbeit findet im Arbeitsteil an den Schultern statt. Gegenüber dem Diescher-Verfahren, bei dem bekanntlich zwei sogenannte Tonnenwalzen eingesetzt werden, hat das Asselverfahren Vorteile, wie einmal die bessere Walzgutführung durch den Einsatz von mindestens drei Walzen und die fehlende Notwendigkeit, Führungsscheiben einsetzen zu müssen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß Asselwalzanlagen einen wesentlich kleineren Walzendurchmesser benötigen, was dazu führt, daß diese Anlagen in der Regel kleiner gebaut werden können als entsprechende Diescher-Walzanlagen.
  • Wie bei anderen Schrägwalzverfahren bekannt, können auch beim Asselwalzverfahren schraubenlinienförmig verlaufende Wanddickenungleichheiten am Hohlblock bzw. Rohr auftreten, die sogenannten Wendel. Diese wirken sich im Querschnitt des Hohlkörpers als Exzentrizität, d.h. Abweichung der Mittelpunkte von Innen- und Außenkreis zueinander und im Längsschnitt als periodisch verlaufende und sich miteinander abwechselnde Verdickung und Verdünnung der Wand aus. Die Ursache für die Wendelbildung liegt beim Asselverfahren in der Hauptsache in einer unzureichenden Kalibrierung der Walzen. Aus diesem Grund können bei herkömmlichen Asselverfahren, also bei relativ dicken Wänden, zwar enge Wanddickentoleranzen von ± 4 % bis ± 7% erreicht werden, die Toleranzen bei dünnen Wänden lassen aber noch zu wünschen übrig.
  • Ein anderer Nachteil des Asselwalzverfahrens gegenüber anderen Schrägwalzverfahren ist die relativ niedrige mögliche Walzgeschwindigkeit, durch die die Kapazität der Anlage eingeschränkt ist. Die Grenzen für die Walzgeschwindigkeit sind einmal die max. mögliche Drehzahl des Walzgutes selbst sowie der max. mögliche Transportwinkel. Eine zu hohe Walzgutdrehzahl kann zu Schäden auf dem gewalzten Rohr führen, ein zu großer Transportwinkel führt bei den herkömmlichen Walzenkalibrierungen zu großer Wendelbildung, d.h. zu schlechteren Rohrtoleranzen. Da die Walzgutdrehzahl nicht mehr merkbar gesteigert werden konnte und kann und der Transportwinkel γ aus Toleranzgründen auf etwa 7° beschränkt wurde, schien es bei der Walzgutgeschwindigkeit keine Steigerungsmöglichkeiten mehr zu geben. Dabei wurde überhaupt nicht berücksichtigt, daß die Steigungshöhe des wendelförmig um das Rohr verlaufenden Wulstes nicht nur vom Transportwinkel der Walzen, sondern auch vom Rohrdurchmesser abhängig ist. Je größer der Rohrdurchmesser bei gleichem Transportwinkel ist, desto größer wird die Steigungshöhe des Wendels und desto größer der Unterschied zwischen dünnster und dickster Wand. Das bedeutet im Prinzip aber auch, daß bei kleinen Rohrdurchmessern durchaus mit größeren Transportwinkel als bisher üblich gewalzt werden kann, wenn man z.B. die Steigungshöhe als konstanten Wert annimmt.
  • Das Asselverfahren konnte außerdem nur für einen eingeschränkten Anwendungszweck eingesetzt werden, nämlich für ein max. D/s-Verhältnis, d.h. Durchmesser-Wanddickenverhältnis, von 12 ... 16:1, also für dickwandige Wälzläger- und Drehteilrohre und dergleichen. Wurden größere D/s-Verhältnisse gewählt, so trat durch die Triangulation des hinteren Rohrendes beim Verlassen der Walzen Stecker auf, die erst durch das rechtzeitige Lüften der Walzen bei Walzenende verhindert werden konnten.
  • Gelänge es, auch dünnwandige Rohre nach dem Asselwalzverfahren toleranzhaltig und mit guten Oberflächenqualitäten zu walzen, so würde sich das Einsatzgebiet dieses Verfahrens erweitern lassen, beispielsweise auf Ölfeldrohre, Kesselrohre und Leitungsrohre. Immerhin ließen sich dann die Vorteile des Asselverfahrens, beispielsweise gegenüber dem Diescher-Walzverfahren ausnutzen, die da sind, gute Walzgutführung durch mindestens drei Walzen, gute Wanddickentoleranzen der Rohre, niedrige Investitionskosten insgesamt und -wegen der geringeren Beanspruchung der Rohre im Walzspalt- bessere Rohrqualität als beim Diescher-Walzen.
  • Ausgehend von den vorstehend geschilderten Problemen und Nachteilen beim Stand der Technik ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, die Kapazität von Asselwalzanlagen zum Walzen von dünnwandigen Rohren ohne Verschlechterung der Rohrqualität zu erhöhen, indem eine entsprechende Kalibrierung der Asselwalzen vorgesehen wird.
  • Zur Lösung der Aufgabe werden folgende Maßnahmen in Kombination vorgeschlagen:
    • a) bei divergenter Walzenstellung beträgt der Transportwinkel (γ) jeder Asselwalze in Abhängigkeit vom jeweiligen Rohrdurchmesser und der Glätteillänge der Asselwalze zwischen 7°und 17°, wobei der Transportwinkel (γ) mit steigendem Rohrdurchmesser kleiner wird
    • b) der Spreizwinkel (α) wird zwischen 7°und 30° eingestellt,
    • c) der Öffnungswinkel (β) des Rundekonus, gebildet zwischen der verlängerten Mantellinie des Glätteils und der gegenüberliegenden Mantellinie des kurzen Rundekonuses, beträgt zwischen 4° und 15°.
  • Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe beinhaltet mehrere Überlegungen, die in Kombination zu dem gewünschten Erfolg führen. Erfahrungsgemäß begünstigt ein großer Vorschubwinkel γ die Aufweitung des Rohres im Walzspalt. Dieser Effekt wird bewußt benutzt, um größere Rohrdurchmesser bei gleichbleibender Wanddicke zu erzeugen, also ein großes D/s-Verhältnis. Der beanspruchte Transportwinkel γ von 7° bis 17° ist gleichzeitig der Einstellbereich der Anlage.
  • Der mögliche Transportwinkel γ ist abhängig vom Rohrdurchmesser und der Glätt eillänge der Asselwalzen. Bei einem Rohrdurchmesser von 250 mm, einem Transportwinkel γ = 15° und drei Walzen ist die Steigungshöhe am Rohr bezogen auf eine Walze etwa 70 mm (bei einem Vorschubwirkungsgrad von η = 1,0). Dies würde aber bedeuten, daß der Glätteil der Walze zu lang ist. Dieser lange Glätteil ist ungünstig, weil er die Streckung des Rohres in Längsrichtung behindert. Es wird deshalb eine Regel aufgestellt, daß der Transportwinkel γ mit steigendem Rohrdurchmesser kleiner wird. Man kann sagen: Die Länge des Glätteils der Walze beträgt bei drei Walzen L = Z x 10,7 x f x η
    Figure imgb0001
     Dabei bedeuten:
    • Z =
    Anzahl der Walzen
    f =
    Faktor für die Glätteillänge = 1,15 bis 1,50 = Überdeckungsfaktor.
    η =
    Vorschubwirkungsgrad.
    10,7 =
    Konstante
    Aus dieser Formel läßt sich am Beispiel der Faktoren f = 1,15 und η = 0,9 folgende Glätteillänge bei drei Walzen errechnet: L = 3 x 10,7 x 1,15 x 0,9 = 33,22 mm.
    Figure imgb0002
     Für den Rohrdurchmesser D = 100mm ergibt sich als Beispiel tan γ = Z · L D ·π·η· f = 99,66 324,99 = 0,3067
    Figure imgb0003
     entsprechend einem Transportwinkel von γ = 17°
    und für den Rohrdurchmesser D = 250mm tan γ = Z · L D ·π·η· f = 99,66 250·π·0,9·1,15 = 0,1222
    Figure imgb0004
     entsprechend einem Transportwinkel von γ = 7°.
  • Darin bedeutet: D = Rohrdurchmesser im Glätteil.
  • Ändert sich die Anzahl der Walzen in z.B. vier, bilden wie bisher der Transportwinkel γ = 7°die untere und γ = 17° die obere Einstellgrenze für das Walzwerk.
  • Zum Angleichen der Winkelgeschwindigkeit des jeweiligen Punktes des Rundekonus der Walze und dem diesen Punkt gegenüberliegenden Teil des Rohres ist eine divergente Walzenstellung mit großem Spreizwinkel α vorgesehen, der zwischen 7° und 30° liegt. Gleichzeitig wird ein kurzer sich schnell öffnender Rundekonus der Walze vorgesehen. Bekannt ist ein Öffnungswinkel von etwa β = 2 bis 3° bezogen auf eine Walze nach Figur 1. Der Öffnungswinkel wird zwischen der Mantellinie des Rundekonus und der gegenüberliegenden verlängerten Mantellinie des Glätteiles gebildet; er nimmt mit größer werdendem Transportwinkel γ zu. Es hat sich gezeigt, daß ein Öffnungswinkel β von mindestens 4° das Runden des aus dem Glätteil austretenden Rohres verbessert und die Gefahr einer Sackbildung des Rohres zwischen den Walzen und damit die Triangulation des hinteren Rohrendes verhindert. Der gefundene Winkelbereich für den Öffnungswinkel liegt zwischen 4° und 15°.
  • Mit einer Kalibrierung der vorgeschlagenen Art lassen sich überraschend gut dünnwandige Rohre bei relativ hohen Walzgeschwindigkeiten herstellen, so daß nicht nur die Kapazität beim Walzen von dünnwandigen Rohren nach dem Asselwalzverfahren erhöht wird, sondern auch die Toleranzwerte den geforderten Werten entsprechen.
  • Zur Erläuterung der einzelnen Walzenwinkel sind zwei Zeichnungsfiguren beigefügt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
    • Figur 1
    eine der drei Asselwalzen in der Längsmittelebene des Rohres und
    Figur 2
    eine Draufsicht auf die um den Transportwinkel γ verschwenkte Walze.
  • Die Walze 1 besteht nach Figur 1 aus dem Einlaufkonus 2, dem Arbeitsteil (Schulter) 3, dem Glätteil 4 und dem Rundekonus 5. Im Einlaufkonus 2 wird der Hohlblock 6 gefaßt, in Drehung versetzt und in die Walze 1 eingezogen. Dabei werden Außen- und Innendurchmesser des Hohlblockes 6 soweit verkleinert, daß der Hohlblock mit seiner unter der Walze liegenden Innenoberfläche die Dornstange 8 berührt. Die Wanddickenreduktion findet wesentlich erst unter der Schulter 3 statt, der Glätteil 4 dient zur Vergleichmäßigung der Wanddicke des aus dem Hohlblock 6 gewalzten Rohres 7. Beim Walzen unter der Schulter 3 und im Glätteil 4 wird das Rohr aufgeweitet und nimmt einen bei drei Walzen dreieckigen Querschnitt an, da sich die Wand in die zwischen den Walzen liegenden Räumen hineinwölbt. Im anschließenden Rundekonus 5 wird das vieleckige Rohr 7 gerundet.
  • In der Zeichnungsfigur 1 ist erkennbar, daß die Walze 1 um den Spreizwinkel α zur Längsachse Y-Y geschwenkt ist, wobei die Walzenachse Z-Z die Längsachse Y-Y im Punkt A trifft. Der Öffnungswinkel β wird zwischen der verlängerten Mantellinie des Glätteils und der gegenüberliegenden Mantellinie des kurzen Rundekonus 5 gebildet und ist auch in Figur 1 dargestellt.
  • In der Draufsicht auf die Walze in Figur 2 wird deutlich, daß der Transportwinkel γ durch Verschwenken der Walze 1 zur Rohrlängsachse Y-Y entsteht. Der Transportwinkel γ dient dem spiralförmigen Vorwärtsbewegen des Walzgutes und beeinflußt unmittelbar die Walzengeschwindigkeit. Erst durch Abstimmung der einzelnen Winkel untereinander und Kombination lassen sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreichen, nämlich das wirtschaftliche Walzen von dünnwandigen Rohren guter Qualtität nach dem Asselwalzverfahren.

Claims (1)

  1. Kalibrierung der Walzen eines Asselwalzwerkes zum Walzen dünnwandiger Rohren aus vorgelochten Hohlkörpern über einen Dorn mit mindestens drei um 120° gegeneinander versetzten, um den Spreizwinkel α gegenüber der Walzachse geneigt und den Transportwinkel γ zur Walzachse geschwenkt angeordneten Walzen mit jeweils einem Einlaufkonus, einem Arbeitsteil (Schulter) und einem Glätteil, an den sich ein Rundekonus anschließt, gekennzeichnet durch die Kombination folgener Maßnahmen:
    a) bei divergenter Walzenstellung beträgt der Transportwinkel (γ) jeder Asselwalze in Abhängigkeit vom jeweiligen Rohrdurchmesser und der Glätteillänge der Asselwalze zwischen 7° und 17°, wobei der Transportwinkel (γ) mit steigendem Rohrdurchmesser kleiner wird
    b) der Spreizwinkel (α) wird zwischen 7° und 30° eingestellt,
    c) der Öffnungswinkel (β) des Rundekonus, gebildet zwischen der verlängerten Mantellinie des Glätteils und der gegenüberliegenden Mantellinie des kurzen Rundekonuses, beträgt zwischen 4° und 15°.
EP95250214A 1994-11-17 1995-08-31 Kalibrierung von Asselwalzen Expired - Lifetime EP0712673B1 (de)

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