EP0798057B1 - Kalibrierung der Schulterwalze eines Asselwalzwerkes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kalibrierung der Schulterwalzen eines Assel-Schrägwalzwerkes zum Warmwalzen von Rohrluppen aus vorgelochten Hohlkörpern über einen Dorn, mit drei um 120° gegeneinander versetzten, gegenüber der Walzachse geneigt und zur Walzachse geschwenkt angeordneten Walzen mit jeweils einem der Schulter vorgeordnetem Einlaufteil, einem der Schulter nachgeordneten Auslaufteil, sowie kontinuierlichen Übergängen zwischen den Teilen jeder Schulterwalze.

Schulterwalzen der eingangs beschriebenen Art arbeiten nach dem Prinzip des Schrägwalzens über Dornstangen. Asselwalzen dienen zur Streckung eines relativ dickwandigen Hohlkörpers in einer verhältnismäßig kurzen Umformzone, in der eine Wanddickenreduktion durchgeführt wird. Die Schulterwalzen des Asselwalzwerkes bestehen im wesentlichen aus einem Einlaufteil, der in der Regel aus einem Einlaufkegel mit geringer Neigung gebildet wird, aus dem Arbeitsteil mit der Arbeitsschulter und aus dem Glätteil bzw. dem Auslaufteil. Der Einlaufkegel bzw. der Einlaufteil hat die Aufgabe, die Luppe zu erfassen, sie zu drehen und mit einem stetigen Vorschub auf die Dornstange aufzuziehen.

An den Einlaufteil schließt sich der Arbeitsteil, auch Arbeitsschulter oder Schulterteil genannt, an, eine stufenartige Änderung des Walzendurchmessers deren Stufenhöhe von dem zu verarbeitenden Material abhängig ist. Je höher die Schulter bzw. die Stufe ist, um so größer ist die Materialbeanspruchung. Zweck der Schulter ist es, eine hohe Wanddickenreduktion innerhalb eines relativ eng begrenzten Bereiches durchzuführen, um den günstigen Einfluß der Formstabilität des dickwandigen Vorrohres auf die Verteilung von tangential und axial gerichteter Formänderung zu nutzen.

Der anschließende Auslaufteil hat den Zweck, das Rohr teilweise von der Dornstange zu lösen und die Oberfläche des Rohres zu glätten.

Bei herkömmlichen Kalibrierungen von Schulterwalzen wird die Kaliberkontur von Einlaufteil, Arbeitsteil und Glätteil aus geraden Linienelementen zusammengesetzt, die mit kontinuierlichen Übergängen in Bogenform miteinander verbunden sind. So ist eine Walzenkalibrierung bekannt, bei der zwei kleine Radien tangential sowohl ineinander als auch in den Einlauf- und Auslaufteil übergehen.

Der Nachteil dieser Schultergeometrie ist mit einer ungünstigen Streckgradverteilung in der Umformzone begründet. In der Figur 2 ist in einem Diagramm die Streckgradverteilung über den Bereich der Umformzone logarithmisch dargestellt. Zu erkennen ist ein starker Anstieg der Kurve, danach ein starker Abfall und anschließend wieder ein Anstieg mit anschließend starkem Abfall der Kurve. Dieser Kurvenverlauf ist als ungünstige Fließbedingung in der Umformzone zu deuten. Die bekannte Lösung begrenzt durch diese Fließbedingungen den Vorschubwirkungsgrad und das d/s-Verhältnis der Luppe.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik und den geschilderten Nachteilen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Streckgradverteilung im umformtechnisch kritischen Bereich der Walze zu optimieren und dabei gleichzeitig eine verbesserte Glättwirkung zu erhalten.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Kalibrierung der Schulterwalzen eines Asselschrägwalzwerkes vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Übergang vom Einlaufteil zum Auslaufteilteil durch drei tangential ineinander und in den Ein- und Auslaufteil übergehende Radien bestimmt wird, deren mittlerer Radius als Übergangsradius R₂ größer als der Eingangsradius R₁ und kleiner als der Ausgangsradius R₃ ist und deren Übergangsradius R₂ und Ausgangsradius R₃ gleiche Krümmungsrichtungen aufweisen, wobei die Radien R_1-3 durch die Schulterhöhe H_s der Asselwalze wie folgt beschrieben ist: R1 ∼ 0,7-0,9 · Hs R2 ∼ 1,9-2,1 · Hs R3 ∼ 12 - 21 · Hs und wobei für die Berechnung der Schulterhöhe H_s aus dem Luppendurchmesser D_L und dem Verhältnis Hohlblockdurchmesser / Hohlblockwand [D_H/S_H] gilt:

Durch die vorgeschlagene Geometrie der Umformzone ändert sich die Charakteristik der Kurve für die Streckgradverteilung deutlich. Bei gleichzeitig begünstigten Fließbedingungen in der Umformzone und einer Glättwirkung im Auslauf des Schulterbereiches steigt der Vorschubwirkungsgrad. Das ist gleichbedeutend mit einem Anstieg der Leistungsfähigkeit eines Asselwalzwerkes, das mit der erfindungsgemäßen Kalibrierung der Walzen ausgerüstet ist. Versuche haben gezeigt, daß der Vorschubwirkungsgrad von heute 0,7 bis 0,9 auf 1,48 bis 1,68 angestiegen ist. Durch die optimierten Umformbedingungen kann -unter Berücksichtigung der heutigen theoretischen Berechnung der Auslaufgeschwindigkeit der Luppe aus der Asselwalzeder Vorschubwirkungsgrad größer 1 werden. Die Toleranzen sowohl im dickwandigen als auch im dünnwandigen Dimensionsbereich lassen sich durch den Vorschlag der Erfindung verbessern; die Triangulationsgefahr wird durch Verringerung des Axialwiderstandes gemindert, so daß insgesamt ein verbessertes Produkt zu erwarten ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1

eine erfindungsgemäße Walzenkalibrierung mit drei ineinander übergehenden Radien,

Fig. 2

in einem Digramm die Charakteristik herkömmlicher Schultergeometrie und

Fig. 3

ein Diagramm der Charakteristik einer erfindungsgemäßen Asselschultergeometrie.

In der Zeichnungsfigur 1 ist der Verformungsteil einer Asselwalze im Schulterbereich dargestellt. Der Einlaufbereich ist mit E bezeichnet, der Auslaufbereich mit A. Vom Einlaufteil E ausgehend ist die Walze mit dem Eingangsradius R₁ von 6 mm gekrümmt und geht tangential in den Übergangsradius R₂ von 15 mm über, dessen Radienmittelpunkt auf der dem Radienmittelpunkt des Eingangsradius R₁ entgegengesetzten Seite liegt. Auf der gleichen Seite der Kurve liegt der Mittelpunkt des Ausgangsradius R₃ von 100mm, der tangential in den Übergangsradius R₂ übergeht. Somit ergibt sich eine Kontur der Asselwalzenschulter, die geprägt ist durch einen steil ansteigenden Eingangsradius und einen gegen 0 auslaufenden Ausgangsradius, mit einem Übergangsradius. Durch die Wahl dieser Radien ergibt sich zu Beginn der Umformung, im ersten Drittel der Umformzone ein hoher Streckgrad, während auf den letzten beiden Dritteln ein stetig nachlassender, bis gegen 0 gehender Streckgrad zu verzeichnen ist. Dadurch werden die Streckungsverhältnisse in der Umformzone vergleichmäßigt und im Auslauf entsteht eine verbesserte Glättwirkung. Im Diagramm nach Figur 3 ist deutlich zu erkennen, daß der bei einer Kalibrierung nach dem Stand der Technik entstehende Abfall der die Streckung charakterisierenden Kurve im Schulterbereich der Walze entfällt, die Kurve fällt flach ab, was gleichbedeutend mit einer gleichmäßig und sanft abnehmenden Streckung ist.

Claims (1)

1. Kalibrierung der Schulterwalzen eines Assel-Schrägwalzwerkes zum Warmwalzen von dünnwandigen Rohrluppen aus vorgelochten Hohlkörpern über einen Dorn, mit mindestens drei um 120° gegeneinander versetzten, gegenüber der Walzachse geneigt und zur Walzachse geschwenkt angeordneten Walzen mit jeweils einem der Schulter vorgeordnetem Einlaufteil, einem der Schulter nachgeordneten Auslaufteil, sowie kontinuierlichen Übergängen zwischen den Teilen jeder Schulterwalze dadurch gekennzeichnet,
   daß der Übergang vom Einlaufteil zum Auslaufteilteil durch drei tangential ineinander und in den Ein- und Auslaufteil übergehende Radien bestimmt wird, deren mittlerer Radius als Übergangsradius R₂ größer als der Eingangsradius R₁ und kleiner als der Ausgangsradius R₃ ist und deren Übergangsradius R₂ und Ausgangsradius R₃ gleiche Krümmungsrichtungen aufweisen, wobei die Radien R_1-3 durch die Schulterhöhe H_s der Asselwalze wie folgt beschrieben ist: R1 ∼ 0,7-0,9 · Hs R2 ∼ 1,9-2,1 · Hs R3 ∼ 12 - 21 · Hs    und wobei für die Berechnung der Schulterhöhe H_s aus dem Luppendurchmesser D_L und dem Verhältnis Hohlblockdurchmesser / Hohlblockwand [ D_H/S_H] gilt:

   

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