EP0908245A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach dem Kaltpilgerschrittverfahren - Google Patents

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EP0908245A1
EP0908245A1 EP98250040A EP98250040A EP0908245A1 EP 0908245 A1 EP0908245 A1 EP 0908245A1 EP 98250040 A EP98250040 A EP 98250040A EP 98250040 A EP98250040 A EP 98250040A EP 0908245 A1 EP0908245 A1 EP 0908245A1
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EP
European Patent Office
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rolling
stand
roll
roll stand
crank
Prior art date
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Granted
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EP98250040A
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English (en)
French (fr)
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EP0908245B1 (de
Inventor
Horst Ing. Grad. Stinnertz
Michael Dr. Ing. Baensch
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SMS Siemag AG
Original Assignee
Mannesmann AG
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Publication date
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Application filed by Mannesmann AG filed Critical Mannesmann AG
Publication of EP0908245A1 publication Critical patent/EP0908245A1/de
Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B21/00—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills
    • B21B21/005—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills with reciprocating stand, e.g. driving the stand

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing pipes, preferably made of high-strength steels or special alloys according to Cold pilger step method with two at least in the rolling direction by means of crank drives At times counter-rotating roll stands with tapering calibrated rollers, driven by racks via pinions, with alternating Roll the direction of rotation over the rolling stock.
  • crank drives shows roll stands that can be reciprocated at times in opposite directions, the rollers of which roll over Racks are driven with alternating directions of rotation.
  • the well-known The arrangement provides for the blank in the first roll stand exclusively and without Reduce the diameter of the dome and then the wall thickness in the second roll stand reduce the pipe over a mandrel.
  • the arrangement of the crank drives is like this chosen that the movements of the two rolling stands together with the Movement of the mandrel bar and gripping of the rollers feed the tube enable in a certain way.
  • the object of the present invention is a cold pilger rolling process and Device for the production of pipes, in particular from high-strength steels or To create special alloys according to the cold pilger step process, in which a significant increase in rolling performance compared to conventional rolling mills with the least possible additional mechanical effort and without loss of quality becomes possible.
  • a method is proposed which is characterized in that on the first roll stand the majority and on the second roll stand a smaller part of the forming work and additional Smoothing work is done that in both rolling stands on the one Roll caliber adapted mandrel is rolled reducing and that the Angular offset of the crank drives is chosen so that the forming zone of the first The framework does not coincide with the forming zone of the second framework.
  • the method according to the invention enables extremely high performance firstly, that in the first roll stand only forming work and none Smoothing is done, which significantly extends the Reduction caliber is usable and no performance reducing Tolerance requirements have to be taken into account while in the second mill stand beside the smoothing work is carried out a significant additional forming work.
  • the choice of the phase angle between the two stands and the design of the Rolling tools are subject to significantly fewer restrictions if the rolls of the release the tube at a second definable time by separately an annular gap is temporarily formed between the tube and the roller.
  • the second roll stand is increased by approximately 180 Degrees crank angle offset to the first scaffolding and on which Reduction-free return stroke from the material range from the first frame Appropriate annular gap between rolling stock and roll caliber in which the formed tube is inserted in the first roll stand.
  • This method is advantageously implemented in that at least the rollers of the second roll stand are cyclically adjustable in angle during rolling.
  • the Adjustment of the rollers can, according to the invention, by horizontal displacement of the Racks take place, whereby the engagement of the roll caliber relative to the rolling stock is changed.
  • a device for performing the method is characterized in that the first roll stand as a break-down stand with only working calibers having rollers is formed that the rollers of the second roll stand Working and smoothing calibers have that the rolls of both roll stands with correspondingly calibrated rolling mandrels interact, and that the each other offset crank drives to drive the roll stands above each roll stand assigned individual push rods with vertical axes of rotation are, wherein the two cranks have opposite directions of rotation.
  • crank drive angle allows rotation and advancing the slug at favorable times and prevents together with further features of the invention that there is a material jam between the Roll stands comes while the main forming work is on the first roll stand is performed.
  • the opposite direction of rotation of the two cranks allows one favorable balance of mass forces of the first harmonics, making it high Strokes possible compared to a conventional single cold pilger rolling mill do not have to be reduced because the inertia forces due to the chosen construction do not rise.
  • crank mechanism The mechanical engineering effort for such a crank mechanism is only insignificant higher than for driving a single scaffold.
  • the arrangement of the crank drives with vertical axes of rotation dispenses with deep foundations for the Mass balance.
  • the distance between the two roll stands can be e.g. are minimized if according to a further feature of the invention Push rods of each roll stand in superimposed levels or the two roll stands are arranged above the crank mechanism in such a way that the pivot points for the push rods on the two are furthest apart distant parts of the roll stand.
  • a common crank mechanism with rotating counterweights on the two opposing crank bends is preferably provided for both roll stands, which counterbalances the first order of the inertial forces, while an at least partial compensation of the inertial forces can take place through the interaction of the stand masses.
  • a phase angle of 90 ° is optimal from the point of view of the balancing of mass forces, because under this condition the second order mass forces also cancel each other out.
  • difficulties in rolling technology cannot be ruled out with such an arrangement.
  • the cranks are driven in the same direction of rotation and, with counterweights on the cranks, some of the mass forces of the first order are balanced. The remaining portion of this mass force component is not compensated at all or with counterweights on an intermediate shaft connecting the two cranks via gear wheels, which rotates at the crank speed but in the opposite direction.
  • the drive of the second roll stand then can preferably be made weaker than that of the first roll stand. This makes the drive of the second scaffolding smaller, lighter and cheaper than that of the first roll stand. A change in the phase angle between the two Scaffolding is easy to implement with two separate crank drives.
  • the two roll stands in one housing to accommodate driving cranks, but to drive them by separate motors, so that the change in the phase angle of the two cranks is easily possible.
  • the first order mass balance then requires two rotating weights each crank, such that the greater weight is firmly connected to the crank and the smaller one in relation to the crank e.g. than rotatable around the middle of the crank Eccentric is adjustable.
  • At least the rollers are excited to adjust the center distance to provide a cyclically usable wedge mechanism of the second roll stand.
  • Cold pilgrims of thin-walled tubes with small diameters can be used with any e.g. also possible with non-incremental rotary and feed movements.
  • This thin-walled tube becomes use of a rolling mill according to the invention completed by the second mill stand. Because the pipe in this case is the second Roll stand can be fed in any way, the turning and Feed movement independent of the phase position of the two roll stands can only be determined according to the requirements of the first rolling stand, e.g. also as turning and advancing in both dead centers. With these thin-walled products, the cold vocational process also allows Turning and advancing the tube, even though the rollers roll the tube on the Touch the smooth caliber. It follows that the caliber of the rollers of the second roll stand also extended to the dead center of this roll stand can be.
  • the invention combines a number of advantages over the prior art. Since the mechanical engineering effort for the rotary and feed drive as well as for the Loaded with new slugs compared to a normal single cold pilger rolling mill is not increased, the rolling mill can be manufactured with a good price-performance ratio become.
  • the rolling mill can be operated with high stroke rates compared to a normal single rolling mill does not have to be reduced because the Mass forces do not increase due to the scaffolding and crank mechanism arrangement.
  • the mechanical engineering effort for the crank drive is only slightly higher than that for the drive of just one scaffold.
  • the Caliber length of the first stand can be fully used for the forming, since a smoothing caliber is not required here and tolerance requirements are not taken into account can stay.
  • the two roll stands 1 and 2 are so by a common crank mechanism 3 driven that the mass forces of the first order of the two roll stands completely compensate.
  • the counter-rotating counterweights 4 and 5 (FIG. 2) only the rotary ones are the same in this exemplary embodiment Imbalance from cranks and push rods.
  • Each roll stand 1 and 2 is only by one of the push rods 11 and 12th driven, which move in superimposed levels. This will thereby causes the articulation point to the first roll stand 1 under the same and to the second roll stand 2 is provided in front of this. Enter ET in the dead center both sets of rolls 7 and 8 free the rolling stock for turning and advancing The rolling outlet dead center AT is at most short for an additional turning Approved.
  • the illustrated rolling mill according to the invention which is about twice the performance of a conventional rolling mill, is characterized in that the entire turning, Feed and loading device remains unchanged that the oscillating Compensating masses of a conventional rolling mill with a second rolling stand are replaced, and that only the additional roller axes with their Rack and pinion drives are added.
  • Example 1 describes a classic stainless steel rolling for heat exchanger tubes
  • Example 2 explains the exploitation of the great ductility of austenitic steels for one greater cross-sectional reduction.
  • the 5.6 mm advance in the first stand occurs when the 1st stand is in the Infeed and the 2nd scaffold are in the dead center; d. H. the forming in the 1st Scaffolding essentially takes place on its forward stroke when the 2nd scaffolding is on the Return stroke is located. The latter will be in its exit dead center area Feed volume 20 x 1.5 with 5.6 mm length added, which during its Return stroke extended to 20.7 mm.
  • the second scaffold is given before it begins Vorhubes fed a feed of 20.7 mrn, which at 1.85 times the stretch in 2. Roll out the stand to 38 mm.
  • Example 2 shows the rolling 33 x 3.5 to 16 x 1 for the conventional rolling mill from “Example 1", however for the rolling mill according to the invention 33 x 3.5 to 12 x 1. Even here, the output in m / h and the throughput in kg / h are doubled increases by almost 50% despite the lower meter weight.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, vorzugsweise aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren mit zwei in Walzrichtung mittels Kurbeltrieben mindestens zeitweise gegenläufig hin- und herbewegbaren Walzgerüsten mit verjüngend kalibrierten Walzen, die von Zahnstangen über Ritzel angetrieben, mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ersten Walzgerüst der überwiegende Teil und auf dem zweiten Walzgerüst ein geringerer Teil der Umformarbeit und zusätzliche Glättarbeit geleistet werden, daß in beiden Walzgerüsten über einen dem Walzenkaliber angepaßten Dorn reduzierend gewalzt wird und daß die Hin- und Herbewegung der beiden Walzgerüste derartig aufeinander abgestimmt ist, daß die Umformzone des zweiten Gerüstes zeitlich nicht mit der des ersten Gerüstes zusammenfällt. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohren, vorzugsweise aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren mit zwei in Walzrichtung mittels Kurbeltrieben mindestens Zeitweise gegenläufig hin- und herbewegbaren Walzgerüsten mit verjüngend kalibrierten Walzen, die von Zahnstangen über Ritzel angetrieben, mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen.
Ein wesentlicher Kostenanteil bei der Herstellung und beim Betrieb von Kaltpilgerwalzwerken ist durch die notwendigen Dreh- und Vorschubeinrichtungen sowie die Beschickungseinrichtungen gegeben, die für den Kaltpilgerwalzprozeß unverzichtbar sind. Eine deutliche Verbesserung des Leistungs-Kosten-Verhältnisses kann erreicht werden, wenn unter Beibehaltung dieser Einrichtungen und ohne Verminderung der Gerüsthubzahl eine wesentliche Leistungssteigerung erzielt werden kann. Ein Weg dorthin ist die Steigerung der Umformarbeit je Gerüsthub und Walzstrang, durch die bei nur geringer Erhöhung der Investitionskosten eine erhebliche Leistungssteigerung bewirkt wird. Diese Aussage trifft für Kaltpilgerwalzwerke allgemein und besonders für das Kaltpilgerwalzen von relativ kleinen Rohren aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen zu.
Bekannte Kaltpilgerwalzwerke, in denen einsträngig konventionell gewalzt wird, leiden im Vergleich zu modernen Ziehverfahren an relativ hohen Investitionskosten bei eher geringer Leistung. Um die Leistung zu erhöhen ist vorgeschlagen worden, Kaltpilgerwalzwerke mit mehreren, beispielsweise zwei bis vier parallelen Strängen zu betreiben. Das bedeutet jedoch ein höheres Gerüstgewicht bei verminderter Hubzahl, der Aufwand für die Beschickung und die Drehvorschubeinrichtungen wird deutlich größer und die Toleranz der gewalzten Rohre läßt zu wünschen übrig.
Es ist auch bereits versucht worden, sogenannte Tandem-Kaltpilgenvalzwerke einzusetzen, bei denen zwei Walzenpaare hintereinander in einem Gerüst vereinigt sind. Auch hier macht sich das höhere Gerüstgewicht bei geringer Hubzahl in einem ungünstigen Preis-Leistungs-Verhältnis bemerkbar; beide Walzensätze walzen gleichzeitig das vorgeschobene Rohrvolumen aus, wobei dem zweiten Walzensatz während des Vorschubs die ausgewalzte Rohrlänge des ersten Walzensatzes zugeführt wird, wodurch es zu Stauchproblemen im Rohr kommen kann, verbunden mit Leistungs- und Qualitätseinbußen..
Schließlich ist mit den Abbildungen 5 und 6 der deutschen Patentschrift 604 909 ein Kaltpilgerwalzwerk bekannt geworden, das zwei in Walzrichtung mittels Kurbeltrieben zeitweise gegenläufig hin- und herbewegbare Walzgerüste zeigt, deren Walzen über Zahnstangen mit wechselndem Drehsinn angetrieben werden. Die bekannte Anordnung sieht vor, in dem ersten Walzgerüst die Luppe ausschließlich und ohne Dom im Durchmesser zu reduzieren, um dann im zweiten Walzgerüst die Wandstärke des Rohres über einen Dorn zu vermindern. Die Anordnung der Kurbeltriebe ist so gewählt, daß die Bewegungsabläufe der beiden Walzgerüste zusammen mit der Bewegung der Dornstange und dem Greifen der Walzen einen Vorschub des Rohres in einer bestimmten Weise ermöglichen.
Obwohl die Erläuterung der Funktionsweise der bekannten Walzwerksanordnung den genauen Verfahrensablauf beim Walzen der Rohre nicht erkennen läßt, ist doch festzustellen, daß dieses Walzwerk allenfalls mit geringer Leistung betrieben werden konnte, die zur damaligen Zeit zwar ausreichte, doch den Forderungen eines modernen Kaltpilgerwalzwerkes nicht mehr gerecht wird. Das Hohlwalzen im 1. Gerüst führt zu einer heute unzulässigen Verschlechterung der Innenoberfläche und bewirkt, wenn überhaupt, nur eine geringe Leistungssteigerung; denn die wesentliche Wandreduktion wird ausschließlich im zweiten Gerüst durchgeführt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kaltpilgerwalzverfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohren, insbesondere aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren zu schaffen, bei dem bzw. der eine wesentliche Erhöhung der Walzleistung gegenüber konventionellen Walzwerken bei möglichst geringem mechanischem Mehraufwand und ohne Qualtätseinbuße möglich wird.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf dem ersten Walzgerüst der überwiegende Teil und auf dem zweiten Walzgerüst ein geringerer Teil der Umformarbeit und zusätzliche Glättarbeit geleistet werden, daß in beiden Walzgerüsten über einen dem Walzenkaliber angepaßten Dorn reduzierend gewalzt wird und daß der Winkelversatz der Kurbeltriebe so gewählt ist, daß die Umformzone des ersten Gerüstes zeitlich nicht mit der Umformzone des zweiten Gerüstes zusammenfällt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine ausgesprochen hohe Leistung erstens dadurch, daß im ersten Walzgerüst ausschließlich Umformarbeit und keine Glättarbeit geleistet wird, wodurch eine wesentliche Verlängerung des Reduzierkalibers nutzbar wird und keine die Leistung mindernden Toleranzforderungen zu berücksichtigen sind, während im zweiten Walzgerüst neben der Glättarbeit noch eine nennenswerte zusätzliche Umformarbeit ausgeführt wird.
Die Wahl der Phasenwinkel zwischen beiden Walzgerüsten und die Gestaltung der Walzwerkzeuge unterliegt wesentlich weniger Restriktionen, wenn die Walzen des zweiten Walzgerüstes das Rohr zu separat definierbaren Zeiten frei geben, indem zeitweise ein Ringspalt zwischen Rohr und Walze gebildet wird. Zu diesem Zweck ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß das zweite Walzgerüst um ca. 180 Grad Kurbelwinkel versetzt zum ersten Gerüst angeordnet ist und auf dem reduktionsfreien Rückhub einen dem Materialangebot aus dem ersten Gerüst entsprechenden Ringspalt zwischen Walzgut und Walzenkaliber freigibt, in den das im ersten Walzgerüst umgeformte Rohr eingeführt wird. Dieses Verfahren wird vorteilhaft dadurch realisiert, daß mindestens die Walzen des zweiten Walzgerüstes während des Walzens zyklisch winkelverstellbar sind. Die Verstellung der Walzen kann erfindungsgemäß durch horizontale Verschiebung der Zahnstangen erfolgen, wodurch der Eingriff des Walzenkalibers relativ zum Walzgut verändert wird.
Es wird alternativ vorgeschlagen,, während des Walzprozesses den Abstand der Walzenachsen zueinander zyklisch zu verändern, um so den notwendigen Raum im Walzenkaliber zu schaffen, der das Materialangebot aus dem Walzprozeß des ersten Walzgerüstes aufnimmt.
Um den maschinenbaulichen Aufwand zur zyklischen Erzeugung des Ringspaltes zwischen Kaliberabwicklung und Walzgut einzusparen, wird die erfindungsgemäße Alternative vorgeschlagen, daß das zweite Walzgerüst um ca. 90 bis 150 Grad Kurbelwinkel zum ersten Walzgerüst versetzt angeordnet ist und daß seine Walzen rotatorisch durch ortsfeste Zahnstangen angetrieben werden und daß der Achsabstand der Walzen während des Walzens konstant bleibt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Walzgerüst als Break-Down-Gerüst mit ausschließlich Arbeitskaliber aufweisenden Walzen ausgebildet ist, daß die Walzen des zweiten Walzgerüstes Arbeits- und Glättkaliber aufweisen, daß die Walzen beider Walzgerüste mit entsprechend kalibrierten Walzdornen zusammenwirken, und daß die zueinander winkelversetzten Kurbeltriebe zum Antrieb der Walzgerüste über jedem Walzgerüst zugeordnete einzelne Schubstangen mit senkrecht stehenden Drehachsen ausgeführt sind, wobei die beiden Kurbeln einander entgegengesetzten Drehsinn aufweisen.
Mit einem so ausgebildeten Kaltpilgerwalzwerk läßt sich die Walzleistung gegenüber konventionellen Walzwerken deutlich erhöhen. Durch Ausbildung des ersten Walzgerüstes mit ausschließlich Arbeitskaliber aufweisenden Walzen läßt sich die Umformarbeit in diesem Gerüst deutlich erhöhen; denn, weil eine Glättarbeit in diesem Gerüst nicht vorgenommen werden muß, kann die gesamte Kaliberabwicklung für die Umformarbeit genutzt werden. Die Glättarbeit wird erst im zweiten Walzgerüst im dort vorgesehenen Glättkaliber vorgenommen, dem jedoch ein Arbeitskaliber vorgeordnet ist, mit dem nochmals eine zusätzliche, nennenswerte Umformung des Rohres bewerkstelligt werden kann. Hierbei bleibt der maschinenbauliche Aufwand für den Dreh- und Vorschubantrieb sowie für das Beladen mit neuen Luppen erhalten und erhöht sich nicht gegenüber einem normalen einfachen Kaltpilgerwalzwerk. Die erfindungsgemäße Anordnung der Kurbeltriebswinkel zueinander gestattet Drehen und Vorschieben der Luppe zu günstigen Zeitpunkten und verhindert gemeinsam mit weiteren Merkmalen der Erfindung, daß es zu einem Materialstau zwischen den Walzgerüsten kommt, während auf dem ersten Walzgerüst die Hauptumformarbeit geleistet wird. Der entgegengesetzte Drehsinn der beiden Kurbeln ermöglicht einen günstigen Massenkräfteausgleich der ersten Harmonischen und macht damit hohe Hubzahlen möglich, die gegenüber einem herkömmlichen Einfachkaltpilgerwalzwerk nicht reduziert werden müssen, da die Massenkräfte durch die gewählte Konstruktion nicht ansteigen.
Der maschinenbauliche Aufwand für einen derartigen Kurbeltrieb ist nur unwesentlich höher als für den Antrieb eines einzelnen Gerüstes. Die Anordnung der Kurbeltriebe mit senkrechten Drehachsen verzichtet auf tiefe Fundamente für den Massenausgleich. Der Abstand der beiden Walzgerüste voneinander kann z.B. minimiert werden, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Schubstangen jedes Walzgerüstes in übereinanderliegenden Ebenen umlaufen oder die beiden Walzgerüste derart oberhalb des Kurbeltriebes angeordnet werden, daß sich die Anlenkpunkte für die Schubstangen an den beiden am weitesten voneinander entfernten Stellen des Walzgerüsts befinden.
Vorzugsweise ist für beide Walzgerüste ein gemeinsamer Kurbeltrieb mit rotierenden Ausgleichsgewichten an den beiden gegenläufigen Kurbelkröpfungen vorgesehen, die die erste Ordnung der Massenkräfte ausgleichen, während ein zumindest teilweiser Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung durch das Zusammenspiel der Gerüstmassen erfolgen kann. Unter dem Aspekt des Massenkraftausgleichs ist ein Phasenwinkel von 90° optimal, weil sich unter dieser Voraussetzung auch die Massenkräfte zweiter Ordnung gegenseitig aufheben. Allerdings können walztechnische Schwierigkeiten bei einer solchen Anordnung nicht ausgeschlossen werden.
In einer baulichen Varianten werden die Kurbeln in gleichem Drehsinn angetrieben und mit Gegengewichten an den Kurbeln jeweils ein Teil der Massenkräfte erster Ordnung ausgeglichen. Der verbleibende Anteil dieser Massenkraftkomponente wird garnicht oder mit Gegengewichten an einer die beiden Kurbeln über Zahnräder verbindenden Zwischenwelle, die mit Kurbeldrehzahl aber in entgegengesetztem Drehsinn umläuft, ausgeglichen.
Es ist aber auch möglich, jedem Walzgerüst einen eigenen Kurbeltrieb mit Massenausgleich zuzuordnen, wobei der Antrieb des zweiten Walzgerüstes dann vorzugsweise schwächer als der des ersten Walzgerüstes ausgebildet sein kann. Damit ist der Antrieb des zweiten Gerüstes kleiner, leichter und billiger als der des ersten Walzgerüstes. Eine Veränderung des Phasenwinklels zwischen den beiden Gerüsten ist mit zwei separaten Kurbeltrieben leicht zu realisieren.
Weiterhin ist es denkbar, zwar in einem Gehäuse die die beiden Walzgerüste antreibenden Kurbeln unterzubringen, sie aber von separaten Motoren anzutreiben, so daß die Veränderung des Phasenwinkels der beiden Kurbeln einfach möglich ist. Der Massenausgleich erster Ordnung erfordert dann zwei rotierende Gewichte an jeder Kurbel, derart, daß das größere Gewicht fest mit der Kurbel verbunden wird und das kleinere in seiner Lage zur Kurbel z.B. als um die Kurbelmitte verdrehbarer Exzenter einstellbar ist.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Kaltpilgerwalzwerks sind die beiden Walzgerüste unterschiedlich schwer und werden evtl. sogar mit unterschiedlichen Hüben bewegt, wobei wiederum entsprechende Gegengewichte an den gegenläufigen Wellen oder Kurbeln für einen vollständigen Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung sorgen.
Zur Veränderung der Ringspalte zwischen Kaliberabwicklung und Walzgut ist nach einem anderen Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß mindestens die Zahnstangen des zweiten Walzgerüstes mit einer Verschiebeeinrichtung zur Verstellung der Zahnstangen in deren Längserstreckungsrichtungen versehen sind.
Alternativ wird angeregt, zur Verstellung des Achsabstandes mindestens der Walzen des zweiten Walzgerüstes einen zyklisch einsetzbaren Keilmechanismus vorzusehen.
Walztechnisch besonders vorteilhaft ist, die Kurbeltriebe mit einem Phasenwinkel von 180° zu betreiben, sodaß in beiden Totpunkten gedreht und vorgeschoben werden kann. Das zweimalige Drehen und Vorschieben würde hier wie auch von üblichen Walzwerken bekannt sowohl Produktionsmenge als auch -qualität nochmals steigern. Allerdings addieren sich in diesem Fall die Massenkräfte zweiter Ordnung und die zyklische Erzeugung eines Ringspaltes zwischen Walzgut und Kaliberabwicklung während des Rückhubes des zweiten Gerüstes erscheint notwendig.
Kaltpilgern von dünnwandigen Rohren mit kleinen Durchmessern ist mit beliebigen, z.B. auch mit nicht schrittweisen Dreh- und Vorschubbewegungen möglich. Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Walzwerks wird dieses dünnwandige Rohr von dem zweiten Walzgerüst fertiggestellt. Da das Rohr in diesem Fall dem zweiten Walzgerüst in beliebiger Weise zugeführt werden kann, kann die Dreh- und Vorschubbewegung unabhängig von der Phasenlage der beiden Walzgerüste ausschließlich nach den Erfordernissen des ersten Walzgerüstes festgelegt werden, z.B. auch als Drehen und Vorschieben in beiden Totpunkten. Bei diesen dünnwandigen Produkten erlaubt das Kaltpilgerverfahren außerdem ein Drehen und Vorschieben des Rohres, obwohl die Walzen das Rohr auf dem Glättkaliber noch berühren. Daraus ergibt sich, daß das Kaliber der Walzen des zweiten Walzgerüsts auch bis in den Auslauftotpunkt dieses Walzgerüsts verlängert werden kann.
Die Erfindung vereinigt eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. Da der maschinenbauliche Aufwand für den Dreh- und Vorschubantrieb sowie für das Beladen mit neuen Luppen gegenüber einem normalen Einfachkaltpilgerwalzwerk nicht erhöht ist, kann das Walzwerk mit gutem Preis-Leistungsverhältnis hergestellt werden. Das Walzwerk kann mit hohen Hubzahlen betrieben werden, die gegenüber einem normalen Einfachwalzwerk nicht reduziert werden müssen, da die Massenkräfte aufgrund der Gerüst- und Kurbeltriebanordnung nicht ansteigen. Der maschinenbauliche Aufwand für den Kurbeltrieb ist nur unwesentlich höher als der für den Antrieb nur eines Gerüstes. Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, daß die Kaliberlänge des ersten Gerüstes voll für die Umformung genutzt werden kann, da hier ein Glättkaliber nicht erforderlich ist und Toleranzanforderungen unberücksichtigt bleiben können. Hieraus ergibt sich eine nennenswerte Leistungssteigerung, die dadurch noch zusätzlich erhöht wird, daß eine weitere Umformung im zweiten Gerüst stattfindet. Gleichzeitig ergibt sich die Möglichkeit gegenüber bisherigen Walzwerkzeugen ein wesentlich längeres Glättkaliber im zweiten Walzgerüst zu erhalten und so trotz erhöhter Produktionsmenge die Fertigungstoleranzen noch weiter einzuschränken.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert, die nachfolgend beschrieben wird. Es zeigt:
Figur 1
eine grob schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Walzwerkes,
Figur 2
eine Draufsicht auf das Walzwerk nach Figur 1 und
Figur 3
eine tabellarische Gegenüberstellung zweier Ausführungsbeispiele
Die beiden Walzgerüste 1 und 2 werden durch einen gemeinsamen Kurbeltrieb 3 so angetrieben, daß sich die Massenkräfte erster Ordnung der beiden Walzgerüste vollständig ausgleichen. Die gegenläufig rotierenden Ausgleichsgewichte 4 und 5 (Figur 2) gleichen in diesem Ausführungsbeispiel lediglich die rotatorischen Unwuchten von Kurbeln und Schubstangen aus.
Jedes Walzgerüst 1 und 2 wird nur durch eine der Schubstangen 11 und 12 angetrieben, wobei sich diese in übereinanderliegenden Ebenen bewegen. Dies wird dadurch bewirkt, daß der Anlenkpunkt zum ersten Walzgerüst 1 unter demselben und zum zweiten Walzgerüst 2 vor diesem vorgesehen ist. Im Einlauftotpunkt ET geben beide Walzensätze 7 und 8 das Walzgut zum Drehen und Vorschieben frei, im Auslauftotpunkt AT wird das Walzgut für ein zusätzliches Drehen allenfalls kurz freigegeben.
Während auf dem Vorhub des Walzgerüstes 1 von ET nach AT das Vorschubvolumen ausgewalzt wird und sich entsprechend verlängert, werden die Walzen 7 des auf dem Rückhub befindlichen Walzgerüstes 2 mittels einer Verstelleinrichtung 9 für die Zahnstangen 10 so verdreht, daß die Walzen 8 des Walzgerüstes 2 bei seiner Bewegung von AT nach ET nicht oder nur unwesentlich reduzierend wirken. Im Einlaufbereich macht der Verstellmechanismus 9 diese Verstellung wieder rückgängig. Auf dem Weg von ET nach AT, wenn sich das Walzgerüst 1 auf dem Rückhub praktisch ohne plastische Verformungsarbeit befindet, wird in Walzgerüst 2 das auf dem Vorhub von Walzgerüst 1 schon vorher ausgestreckte Vorschubvolumen mit der Länge Vorschub mal Streckung des ersten Gerüstes 1 ausgewalzt.
Das dargestellte erfindungsgemäße Walzwerk, das etwa die doppelte Leistung eines konventionellen Walzwerks hat, zeichnet sich dadurch aus, daß die gesamte Dreh-, Vorschub- und Beschickungseinrichtung unverändert bleibt, daß die oszillierenden Ausgleichsmassen eines konventionellen Walzwerkes durch ein zweites Walzgerüst ersetzt sind, und daß lediglich die zusätzlichen Walzenachsen mit ihren Zahnstangenantrieben hinzukommen.
Nachfolgend sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, die in der Tabelle Figur 3 aufgelistet sind. Beispiel 1 beschreibt eine klassische Edelstahlwalzung für Wärmetauscherrohre, Beispiel 2 erläutert die Ausnutzung der großen Duktilität austenitischer Stähle für eine größere Querschnittsreduktion.
Beispiel 1
In der Tabelle ist als "Beispiel 1" eine klassische Edelstahlwalzung für das Wärmetauscherrohr 16 x 1 aufgeführt, die erfahrungsgemäß mit ca. 18 mm ausgewalzte Rohrlänge je Gerüsthub gewalzt werden kann, was zusammen mit 320 Hüben je Minute zu einer Walzleistung von theoretisch 346 m/h führt. Hierbei sind von der Gesamtkaliberlänge von 370 mm 100 mm Glättkaliber vorgesehen, d. h. ca. 27 % die praktisch nicht zur Umformung beitragen.
Bei einem erfindungsgemäßen Walzwerk ist im ersten Gerüst kein Glättkaliber erforderlich, so daß sich die Umformzone entsprechend auf 370 mm verlängert. Dieses sowie der Umstand, daß im 1. Gerüst nur eine Reduktion von 33 x 3,5 auf 20 x 1,5 vorgesehen ist, erlauben eine mindestens 15 %ige Erhöhung des Ausstoßes in mm je Gerüsthub.Da nicht nur die Fertigrohrlänge je Hub sondern auch der Rohrquerschnitt von 16 x 1 auf 20 x 1,5 vergrößert wurde, ergibt sich eine Erhöhung des durchgesetzten Gewichtes von 128 auf 272 kg/h, d. h. 113 % Leistungsgewinn.
Der Vorschub von 5,6 mm im ersten Gerüst erfolgt, wenn sich das 1. Gerüst im Einlauf- und das 2. Gerüst im Auslauftotpunkt befinden; d. h. die Umformung im 1. Gerüst erfolgt im wesentlichen auf dessen Vorhub, wenn sich das 2. Gerüst auf dem Rückhub befindet. Letzterem wird in seinem Auslauftotpunktbereich also das Vorschubvolumen 20 x 1,5 mit 5,6 mm Länge zugefügt, das sich während seines Rückhubes auf 20,7 mm verlängert. Somit erhält das zweite Gerüst vor Beginn seines Vorhubes einen Vorschub von 20,7 mrn zugeführt, die bei 1,85-facher Streckung im 2. Gerüst auf 38 mm ausgewalzt werden.
Ein zu lösendes Problem ist natürlich, daß das Walzgut während des Rückhubes des zweiten Gerüstes auch ohne Behinderung vorgeschoben werden kann. Hierzu werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels zyklischer Verstellung der die Walzen rotatorisch antreibenden Zahnstangen die Walzen so verdreht, daß sie auf dem Rückhub das Rohr freigeben. Im Schaltbereich des Einlauftotpunktes wird dann diese Verstellung wieder zurückgenommen. Hiermit sind also vor Beginn des Walzens auf dem Vorhub 20,6 mm Vorschub erfolgt und die Walzen stehen wieder in korrekter Walzposition. Auf dem Vorhub werden nun die 20,6 mm Vorschub mit 1,85-facher Streckung zu 38 mm Rohrlänge je Hub ausgewalzt. Die Leistung des erfindungsgemäßen Walzwerks erhöht sich somit auf das 2,13-fache eines konventionellen Walzwerks.
Beispiel 2
Während das erste Beispiel den Leistungsgewinn bei unverändertem Rohrquerschnitt zeigt, soll im 2. Beispiel die große Duktilität austenitischer Stähle für eine Erhöhung der Streckung durch das erfindungsgemäße Walzwerk genutzt werden.
"Beispiel 2" zeigt für das konventionelle Walzwerk die Walzung 33 x 3,5 auf 16 x 1 aus "Beispiel 1", für das erfindungsgemäße Walzwerk jedoch 33 x 3,5 auf 12 x 1. Selbst hierbei verdoppelt sich etwa der Ausstoß in m/h und der Durchsatz in kg/h erhöht sich trotz des geringeren Metergewichts noch um fast 50 %.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung von Rohren, vorzugsweise aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren mit zwei in Walzrichtung mittels Kurbeltrieben mindestens zeitweise gegenläufig hin- und herbewegbaren Walzgerüsten mit verjüngend kalibrierten Walzen, die von Zahnstangen über Ritzel angetrieben, mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen,
    dadurch gekennzeichnet
    daß auf dem ersten Walzgerüst der überwiegende Teil und auf dem zweiten Walzgerüst ein geringerer Teil der Umformarbeit und zusätzliche Glättarbeit geleistet werden, daß in beiden Walzgerüsten über einen dem Walzenkaliber angepaßten Dom reduzierend gewalzt wird und daß der Winkelversatz der Kurbeltriebe so gewählt ist, daß die Umformzone des ersten Gerüstes zeitlich nicht mit der Umformzone des zweiten Gerüstes zusammenfällt.
  2. Verfahren zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das zweite Walzgerüst um ca. 180 Grad Kurbelwinkel versetzt zum ersten Gerüst angeordnet ist und auf dem reduktionsfreien Rückhub einen dem Materialangebot aus dem ersten Gerüst entsprechenden Ringspalt zwischen Walzgut und Walzenkaliber freigibt, in den das im ersten Walzgerüst umgeformte Rohr eingeführt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zahnstangen zum rotatorischen Antrieb der Walzen zyklisch horizontal verschiebbar sind.
  4. Verfahren zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 1 und 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Achsabstand der Walzen während des Walzprozesses zyklisch verändert wird.
  5. Verfahren zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das zweite Walzgerüst um ca. 90 bis 150 Grad Kurbelwinkel zum ersten Walzgerüst versetzt angeordnet ist und daß seine Walzen rotatorisch durch ortsfeste Zahnstangen angetrieben werden und daß der Achsabstand der Walzen während des Walzens konstant bleibt.
  6. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren, vorzugsweise aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren mit zwei in Walzrichtung mittel Kurbeltrieben mindestens zeitweise gegenläufig in einer Führung hin- und herbewegbaren Walzgerüsten mit verjüngend kalibrierten Walzen, die von Zahnstangen über Ritzel angetrieben, mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das erste Walzgerüst (1) als Break-Down-Gerüst mit ausschließlich Arbeitskaliber aufweisenden Walzen (7) ausgebildet ist, daß die Walzen (8) des zweiten Walzgerüstes (2) Arbeits- und Glättkaliber aufweisen, daß die Walzen (7,8) beider Walzgerüste (1,2) mit entsprechend kalibrierten Walzdornen zusammenwirken und daß die zueinander winkelversetzten Kurbeltriebe (3) zum Antrieb der Walzgerüste (1,2) über jedem Walzgerüst (1,2) zugeordnete einzelne Schubstangen (11,12) mit senkrechten Drehachsen ausgeführt sind.
  7. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Schubstangen (11, 12) jedes Walzgerüstes (1,2) in übereinanderliegenden Ebenen umlaufen.
  8. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 6 und 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für beide Walzgerüste (1,2) ein gemeinsamer Kurbeltrieb (3) mit gegenläufigen Kurbeln und rotierenden Ausgleichsgewichten (4,5) an den beiden Kurbelkröpfungen vorgesehen wird, wobei die rotierenden Gegengewichte die Massenkräfte erster Ordnung vollständig ausgleichen und ein teilweiser Ausgleich der Massenkräfte höherer Ordnung durch das Zusammenspiel der Gerüstmassen erfolgt.
  9. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 6 und 7
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kurbeln in gleichem Drehsinn angetrieben und mit Gegengewichten an den Kurbeln jeweils ein Teil der Massenkräfte erster Ordnung ausgeglichen werden und der verbleibende Anteil dieser Massenkraftkomponente gar nicht oder mit Gegengewichten an einer die beiden Kurbeln über Zahnräder verbindenden Zwischenwelle, die mit Kurbeldrehzahl aber in entgegengesetztem Drehsinn umläuft, ausgeglichen wird.
  10. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jedem Walzgerüste (1 und 2) ein eigener Kurbeltrieb mit Massenausgleich zugeordnet ist, wobei der Antrieb des zweiten Walzgerüstes (2) vorzugsweise schwächer als der des ersten Walzgerüstes (1) ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens die Zahnstangen (10) des zweiten Walzgerüstes (2) mit einer Verschiebeeinrichtung (9) zur Verstellung der Zahnstangen (10) in deren Längserstreckungsrichtungen versehen sind.
  12. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Verstellung des Achsabstandes mindestens der Walzen (7,8) des zweiten Walzgerüstes (2) ein zyklisch einstellbarer Keilmechanismus vorgesehen ist.
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