EP1393827A2 - Verfahren zum Kaltziehen von Rohren - Google Patents

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EP1393827A2
EP1393827A2 EP03090273A EP03090273A EP1393827A2 EP 1393827 A2 EP1393827 A2 EP 1393827A2 EP 03090273 A EP03090273 A EP 03090273A EP 03090273 A EP03090273 A EP 03090273A EP 1393827 A2 EP1393827 A2 EP 1393827A2
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amplitude
actual
crosshead
ultrasound
frequency
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Heinz Dr. Schneider
Thomas Dr. Orth
Martin Kiessling
Jörg Wegener
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Vodafone GmbH
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Mannesmannroehren Werke AG
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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
    • B21C1/00Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/006Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing using vibratory energy

Definitions

  • the invention relates to a method for cold drawing pipes with ultrasonically excited external and / or internal tool according to the preamble of patent claim 1.
  • the object of the invention is to improve a method of the generic type in that the ultrasonic excitation of the outer and / or inner tool for a reliable production Process.
  • the predetermined amplitude is during the drawing process kept constant in a narrow-band range, the minimum value of the amplitude Is 10 ⁇ m.
  • the amplitude is preferably> 15 ⁇ m.
  • the fluctuation range the amplitude is max. ⁇ 1% of the set value. The same can be done for the Frequency occur, whereby the process influence is much less.
  • the frequency is preferably in a range around 20 kHz with a maximum fluctuation range of ⁇ 300 Hz. Lowering to below 15 kHz is not recommended because of the danger there is ultrasonic excitation in the audible range. Higher frequencies d. H. over 30 kHz are cheaper for higher pulling speeds, but because the The individual parts of the ultrasound transmitter are becoming shorter and shorter in the same range increasingly filigree and mechanical engineering increasingly difficult to implement.
  • At least the ACTUAL diameter preferably the ACTUAL diameter and the ACTUAL wall thickness, and compared with a TARGET value. If the deviation is inadmissible, the amplitude and / or the frequency changes.
  • the actual diameter and the actual wall thickness are also preferably on the inlet side recorded and set in relation to the TARGET-ACTUAL comparison on the outlet side and changes at least one reference variable of ultrasound generation depending on the tendency.
  • This proposed procedure has the advantage that the known effect the friction reduction by ultrasonic excitation is used quantitatively for the product becomes. Inadmissible deviations from the TARGET value are linked back to the command variables the ultrasound excitation, which is primarily the amplitude and frequency are.
  • the actual diameter is preferably detected by a laser measurement and the detection of the actual wall thickness by ultrasound.
  • the latter measurement method is preferred carried out without coupling agents.
  • the detection of the roughness of the external and / or the inner surface of the tube are included. This too, the quality Characteristic of the product is characterized by ultrasonically excited interior and / or Outside tools influenced in terms of smoothing.
  • Another characteristic is the change in the texture of the pipe after drawing.
  • the characteristic of the main crystal direction in the longitudinal and transverse directions is from Interest.
  • the texture can be recorded using a linear polarized transit time measurement Sound waves once in the longitudinal and once in the transverse direction. As a result of the reduction in friction due to the ultrasound excitation of the drawing tools, the texture effect is reduced to count.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a schematically illustrated cold drawing process
  • FIG. 2 shows a plan view of the US system arranged in the tool area.
  • FIG. 1 shows a longitudinal drawing of a cold drawing process with an ultrasonically excited drawing ring 1.
  • the ultrasound excitation is indicated here by two vibrations acting on the drawing ring 1.
  • the pipe 3 to be cold-formed can be a hot-made or an already cold-drawn one Tube. It is characterized by the outer diameter 4 on the inlet side and the wall thickness 5. The roughness of the outer 6 and inner surface 7 can also be significant Feature.
  • the contour of the central opening of the drawing ring 1 essentially determines the degree of desired forming.
  • the direction of pull is marked with an arrow 8.
  • the drawn Tube 9 is on the outlet side due to the outer diameter 10 and the wall thickness 11 characterized.
  • the actual value of the outer is on the outlet side Diameter 10 and the actual value of the wall thickness 11 detected and with a predetermined TARGET value compared. If this comparison results in an impermissible deviation, then at least one reference variable of the ultrasound excitation for the drawing ring 1 is influenced taken.
  • the amplitude of the ultrasound excitation is primarily changed. But it can do it alone or the frequency can be changed in combination.
  • Another control option results from changing the pulling speed as a reference variable for the Kattzieh compiler.
  • the proposed method can be refined by looking at the actual values for Diameter 4 and wall thickness 5 on the inlet side are also recorded and related sets to the target-actual comparison on the outlet side. Depending on the requirements of the product the evaluation of the surface roughness can also be important.
  • the capture of the Diameter is preferably done by laser and the wall thickness by a coupling agent-free Ultrasonic methods.
  • Figure 2 shows a top view of the details of the device according to the invention.
  • she consists of an ultrasound transmitter 14, 14 'arranged on the right and left, which is connected via a mechanical transmission means 15, 15 'to one attached to a drawing plate 17 Act cross head 16.
  • the transmission means 15, 15 ' is also referred to as a booster.
  • the cross head 16 is designed in its dimension and contour so that the in the ultrasonic transmitter 14, 14 'generated ultrasonic waves are deflected in the direction of drawing.
  • the Vibration directions are each identified by a double arrow 18, 18 '19.
  • the outer tool 20 here in the form of a drawing ring, is in a rod-shaped holding element 21 arranged. So that the antinode of the generated ultrasonic waves in Area of the outer tool 20, the distance between the outer tool 20 and crosshead 16 ideally exactly ⁇ / 2.
  • the drawing plate 17, the crosshead 16 and the holding element 21 have a continuous channel 20.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltziehen von Rohren (3) mit ultraschallerregtem Außen- (20) und/oder Innenwerkzeug wobei die Erregung unter Vorgabe einer bestimmten Frequenz und Amplitude erfolgt. Dabei wird während des Ziehvorganges mindestens die vorgegebene Amplitude in einem schmalbandigen Bereich konstant gehalten wobei der Mindestwert der Amplitude 10 µm beträgt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltziehen von Rohren mit ultraschallerregtem Außen- und/oder Innenwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist bekannt (siehe: N. H. Stolberg und H. Treis "Metallumformung unter Anwendung von Schwingungen", Bänder, Bleche, Rohre, 9. Jahrgang. Heft 10, Oktober 1968, S. 577 - 579). Durch Überlagerung von durch Ultraschall angeregter Schwingungen beim Rohrziehen sind durch verminderte Reibung größere Einzelquerschnittsabnahmen möglich. Bessere Oberflächen, engere Toleranzen und längere Werkzeugstandzeiten sind erzielbar. Die Reibungsverminderung ist bei konstanter Ziehgeschwindigkeit um so größer, je höher Frequenz und Amplitude der angeregten Schwingungen sind.
Bislang ist kein Verfahren vorgeschlagen worden, wie man die bekannten qualitativen Veränderungen beim Kaltziehen von Rohren mit ultraschallerregtem Außen- und/oder Innenwerkzeug für einen fertigungssicheren Prozess mit engen quantitativen Toleranzen nutzen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, die Uttraschallanregung des Außen- und/oder Innenwerkzeuges für einen fertigungssicheren Prozess zu nutzen.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird während des Ziehvorganges die vorgegebene Amplitude in einem schmalbandigen Bereich konstant gehalten, wobei der Mindestwert der Amplitude 10 µm beträgt. Vorzugsweise liegt die Amplitude bei > 15 µm. Die Schwankungsbreite für die Amplitude liegt bei max ± 1 % des Einstellwertes. Das gleiche kann auch für die Frequenz erfolgen, wobei hier die Prozessbeeinflussung wesentlich geringer ist. Die Frequenz liegt vorzugsweise in einem Bereich um 20 kHz mit einer maximalen Schwankungsbreite von ± 300 Hz. Die Absenkung auf unter 15 kHz ist nicht empfehlenswert, da die Gefahr besteht, dass die Ultraschallanregung in den hörbaren Bereich gerät. Höhere Frequenzen d. h. über 30 kHz sind zwar für höhere Ziehgeschwindigkeiten günstiger, aber da die Wellenlänge im gleichen Umfang immer kürzer wird, werden die einzelnen Teile des Ultraschallgebers immer filigraner und maschinenbautechnisch immer schwerer umzusetzen.
Ziehversuche haben bestätigt, dass der Konstanthaltung der Amplitude eine Schlüsselrolle zukommt. Aus diesem Grunde muss das mit dem Geber verbundene Steuergerät so ausgelegt sein, dass die während des Ziehens unvermeidliche sich ergebende Veränderungen der Amplitude durch eine empfindlich reagierende Nachsteuerung weitgehend egalisiert werden. Nur durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass die an sich bekannten qualitativen Verbesserungen durch mit Ultraschall beaufschlagte Werkzeuge voll wirksam werden. Auch ein Mindestwert der Amplitude muss erzeugt werden, um den Ziehprozess positiv zu beeinflussen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden auf der Auslaufseite mindestens der IST-Durchmesser, vorzugsweise der IST-Durchmesser und die IST-Wanddicke erfasst und mit einem SOLL-Wert verglichen. Bei unzulässiger Abweichung wird die Amplitude und/oder die Frequenz verändert.
Vorzugsweise werden auch auf der Einlaufseite der IST-Durchmesser und die IST-Wanddicke erfasst und in Beziehung zum SOLL-IST-Abgleich auf der Auslaufseite gesetzt und je nach Tendenz mindestens eine Führgröße der Ultraschallerzeugung verändert.
Je nach Anforderung kann es zweckmäßig sein, auch die wichtigste Führgröße beim Kaltziehverfahren - die Ziehgeschwindigkeit - mit anzupassen.
Diese vorgeschlagene Verfahrensweise hat den Vorteil, dass die an sich bekannte Wirkung der Reibverminderung durch die Ultraschallerregung quantitativ für das Erzeugnis genutzt wird. Unzulässige Abweichungen vom SOLL-Wert werden zurück gekoppelt auf die Führgrößen der Ultraschallerregung, wobei dies in erster Linie die Amplitude und die Frequenz sind.
Die Erfassung des IST-Durchmessers erfolgt vorzugsweise durch eine Laser-Messung und die Erfassung der IST-Wanddicke durch Ultraschall. Letzteres Messverfahren wird bevorzugt koppefmittelfrei durchgeführt.
In den vorgeschlagenen SOLL-IST-Vergleich kann auch die Erfassung der Rauheit der Außen- und/oder Innenoberfläche des Rohres mit einbezogen werden. Auch dieses, die Qualität des Erzeugnisses charakterisierende Merkmal wird durch ultraschallerregte Innenund/oder Außenwerkzeuge in Sinne einer Glättung beeinflusst.
Ein weiteres Charakteristikum ist die Veränderung der Textur des Rohres nach dem Ziehen. Dabei ist die Ausprägung der Hauptkristallrichtung in Längs- und Querrichtung von Interesse. Erfassen kann man die Textur mittels einer Laufzeitmessung linear polarisierter Schallwellen einmal in Längs- und einmal in Querrichtung. Infolge der Reibungsminderung durch die Ultraschallerregung der Ziehwerkzeuge ist mit einer Minderung des Textureffektes zu rechnen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt eines schematisch dargestellten Kaltziehprozesses, Figur 2 eine Draufsicht der im Werkzeugbereich angeordneten US-Anlage.
In Figur 1 ist in einem Längsschnitt ein Kaltziehprozess mit einem ultraschallerregten Ziehring 1 dargestellt. Die Ultraschallerregung ist hier angedeutet durch zwei auf den Ziehring 1 einwirkende Schwingungen.
Das kalt umzuformende Rohr 3 kann ein warmgefertigtes oder ein schon kaltgezogenes Rohr sein. Es ist auf der Einlaufseite gekennzeichnet durch den äußeren Durchmesser 4 und die Wanddicke 5. Auch die Rauheit der Außen- 6 und Innenoberfläche 7 kann ein wesentliches Merkmal sein.
Die Kontur der zentralen Öffnung des Ziehringes 1 bestimmt ganz wesentlich den Grad der gewünschten Umformung. Die Ziehrichtung ist mit einem Pfeil 8 gekennzeichnet. Das gezogene Rohr 9 ist auf der Auslaufseite durch den äußeren Durchmesser 10 und die Wanddicke 11 charakterisiert.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird auf der Auslaufseite der IST-Wert des äußeren Durchmessers 10 und der IST-Wert der Wanddicke 11 erfasst und mit einem vorgegebenen SOLL-Wert verglichen. Ergibt sich bei diesem Abgleich eine unzulässige Abweichung, dann wird auf mindestens eine Führgröße der Ultraschallerregung für den Ziehring 1 Einfluss genommen.
In erster Linie wird die Amplitude der Ultraschallerregung verändert. Es kann aber allein oder auch in Kombination dazu die Frequenz verändert werden. Eine weitere Steuerungsmöglichkeit ergibt sich durch Veränderung der Ziehgeschwindigkeit als Führgröße für das Kattziehverfahren.
Das vorgeschlagene Verfahren kann man noch verfeinem, wenn man die IST-Werte für Durchmesser 4 und Wanddicke 5 auf der Einlaufseite ebenfalls erfasst und in Beziehung setzt zum SOLL-IST-Vergleich auf der Auslaufseite. Je nach Anforderung an das Erzeugnis kann auch die Bewertung der Oberflächenrauheit von Bedeutung sein. Die Erfassung des Durchmessers erfolgt vorzugsweise durch Laser und die der Wanddicke durch ein koppelmittelfreies Ultraschallverfahren.
Figur 2 zeigt in einer Draufsicht die Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Sie besteht aus je einem rechts und links angeordneten Ultraschallgeber 14, 14', die über ein mechanisches Übertragungsmittel 15, 15' auf einen an einem Ziehschild 17 befestigten Kreuzkopf 16 einwirken. Das Übertragungsmittel 15, 15' wird auch als Booster bezeichnet.
Der Kreuzkopf 16 ist in seiner Abmessung und Kontur so ausgelegt, dass die im Ultraschallgeber 14, 14' erzeugten Ultraschallwellen in Ziehrichtung umgelenkt werden. Die Schwingungsrichtungen sind durch je einen Doppelpfeil 18, 18' 19 gekennzeichnet.
Das Außenwerkzeug 20, hier in Form eines Ziehringes, ist in einem stabförmigen Halteelement 21 angeordnet. Damit der Schwingungsbauch der erzeugten Ultraschallwellen im Bereich des Außenwerkzeuges 20 liegt, beträgt der Abstand zwischen Außenwerkzeug 20 und Kreuzkopf 16 im Idealfall genau λ/2.
Zur Durchleitung des zu ziehenden Rohres 3 weist das Ziehschild 17, der Kreuzkopf 16 und das Halteelement 21 einen durchgehenden Kanal 20 auf.
Bezugszeichenliste
Nr. Bezeichnung
1 Ziehring
2 Schwingung
3 Rohr (Einlaufseite)
4 äußerer Durchmesser (Einlaufseite)
5 Wanddicke (Einlaufseite)
6 Außenoberfläche (Einlaufseite)
7 Innenoberfläche (Einlaufseite)
8 Ziehrichtung
9 Rohr (Auslaufseite)
10 äußerer Durchmesser (Auslaufseite)
11 Wanddicke (Auslaufseite)
12 Außenoberfläche (Auslaufseite)
13 Innenoberfläche (Auslaufseite)
14, 14' Ultraschallgeber
15, 15' Übertragungsmittel (booster)
16 Kreuzkopf
17 Ziehschild
18, 18', 19 Schwingungsrichtung
20 Außenwerkzeug
21 Halteelement
22 Kanal

Claims (15)

  1. Verfahren zum Kaltziehen von Rohren mit ultraschallenregtem Außen- und/oder Innenwerkzeug wobei die Erregung unter Vorgabe einer bestimmten Frequenz und Amplitude erfolgt
    dadurch gekennzeichnet, dass während des Ziehvorganges mindestens die vorgegebene Amplitude in einem schmalbandigen Bereich konstant gehalten wird und der Mindestwert der Amplitude 10 µm beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schwankungsbereich für die Amplitude max. ± 1 % des Einstellwertes beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Frequenz in einem schmalbandigen Bereich konstant gehalten wird und 20 kHz beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungsbreite höchstens ± 300 Hz beträgt.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 4
    dadurch gekennzeichnet, dass das Außenwerkzeug mit Ultraschall beaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 5
    dadurch gekennzeichnet, dass auf der Auslaufseite mindestens der IST-Durchmesser des gezogenen Rohres erfasst und mit einem SOLL-Wert verglichen wird und bei unzulässiger Abweichung die Amplitude und/oder die Frequenz der Ultraschallerregung verändert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6
    dadurch gekennzeichnet, dass auf der Auslaufseite auch die IST-Wanddicke erfasst wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7
    dadurch gekennzeichnet, dass auf der Einlaufseite der IST-Durchmesser und die IST-Wanddicke erfasst und in Beziehung gesetzt werden zum SOLL-IST-Abgleich auf der Auslaufseite und je nach Tendenz die Amplitude und/oder die Frequenz der Ultraschallerregung verändert werden.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 - 8
    dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Rauheit der Außen- und/oder Innenoberfläche des Rohres in den SOLL-IST-Abgleich mit einbezogen wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 - 9
    dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Textur des Rohres auf der Ein- und Auslaufseite in den SOLL-IST-Abgleich mit einbezogen wird.
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Ziehbank und mindestens einem Außenwerkzeug, das in Kontakt ist mit einem mit einem Steuergerät verbundenen Ultraschallgeber
    dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Ziehrichtung rechts und links vom Außenwerkzeug (20) je ein Ultraschallgeber (14, 14') angeordnet ist, die auf einen in Ziehrichtung liegenden mit dem Außenwerkzeug verbundenen Kreuzkopf (16) einwirken.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzkopf (16) in Abmessung und Form so gestaltet ist, dass die ursprünglich quer zur Ziehrichtung erzeugten Ultraschallwellen in Ziehrichtung umlenkbar sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12
    dadurch gekennzeichnet, dass das Außenwerkzeug (20) in einem Abstand von ca. λ/2 vom Kreuzkopf (16) entfernt in einem Halteelement (21) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - 13
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzkopf (16) und das Halteelement (21) einen Kanal (22) zum Durchführen des zu ziehenden Rohres aufweisen.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - 14
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ultraschallgeber (14, 14') und Kreuzkopf (16) je ein Übertragungselement (15, 15) angeordnet ist.
EP03090273A 2002-08-29 2003-08-28 Verfahren zum Kaltziehen von Rohren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired - Lifetime EP1393827B1 (de)

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