EP0712673B1

EP0712673B1 - Kalibrierung von Asselwalzen

Info

Publication number: EP0712673B1
Application number: EP95250214A
Authority: EP
Inventors: Gheorghe Arnautu; Karl Heinz Häusler; Jürgen Pietsch; Gunther Voswinkel; Karl-Helmut Wengenroth
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1998-02-25
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: US5649440A; CN1065784C; DE59501490D1; CZ300195A3; CN1129616A; EP0712673A1

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

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.

Für den Rohrdurchmesser D = 100mm ergibt sich als Beispiel tan γ = Z·L D·π·η·f = 99,66324,99 = 0,3067 entsprechend einem Transportwinkel von γ = 17° und für den Rohrdurchmesser D = 250mm tan γ = Z·L D·π·η·f = 99,66250·π·0,9·1,15 = 0,1222 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 Zeichnungsfguren 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

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 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°.