EP2692458B1 - Method and device for producing a metallic hollow block from a metallic block - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and an apparatus for producing a metallic hollow block from a metallic block by means of a punching operation, for example by means of a piercing mandrel.
- a hollow block is produced from heated solid steel blocks in a one-stage or multi-stage, continuous rolling process and in particular a forming unit for punching blocks, for example a cross rolling mill or a punch press, usually using a punch mandrel from the solid material.
- the starting material used here is usually a so-called round block.
- the blocks are heated in a furnace prior to punching in order to lower the yield stress and consequently the strength in the entire block so that the block material can be formed as well as possible in the subsequent punching process.
- the eccentricity of tubular objects is defined as the distance of the centers of the outer and inner circle of the tubular object.
- the hitherto known technical measures for the production of hollow blocks or tubes with a small eccentricity are based on changes in the arrangement or the distances between the tools. Examples of such measures are in DE 3128055 A1 . DE 3326946 C1 . DE 4433397 C1 and EP 2067542 A1 described. Alternatively, it is proposed in the prior art to use additional or different tools. Such methods are for example in DE 473723 . US 4803861 . DE 19903974 A1 . DE 3326946 C 1 . DE 4333284 C2 and DE 4433397 C1 described. Furthermore, the machining of recesses or pilot holes on the central axis of the block is proposed. This is for example in DE 3328269 A1 . GB 1008709 . DE 2635342 C2 . US 4052874 . GB 897015 . DE 1247118 and GB 961796 described.
- eccentricity values that are greater than 10% often result.
- An additional often used measure after the end of the hot forming is the subsequent separation of the zones with increased eccentricity within the tube, for example, in particular the ends of the tube. To determine that length of the pipe end with increased eccentricity, first the measurement of the eccentricity profile along the pipe and consequently increased metrological effort is required. In the extreme case, if the eccentricity values in the pipe are too great, this can mean that a large part of the pipe concerned or even the entire pipe is rejected.
- the invention is therefore an object of the invention to provide a solution in which already during the production of hollow blocks, the eccentricity can be kept very low in a simple manner and reliably.
- the invention is based on the finding that this object can be achieved by the strength of the block is set so that it defines the course of the perforation and in particular the alignment of a Lochungswerkmaschinectiones in the block during the Lochungsvorgangs and possibly leads.
- the object is therefore achieved by a method for producing a metallic hollow block from a heated metallic block, by means of a punching process.
- the method is characterized in that at least at the Anlochseite of the block in at least one temperature change zone, a local temperature change is effected and the temperature change zone is rotationally symmetrical to the central axis of the block.
- a metallic block is preferably understood according to the invention a metal block of low-alloy or non-alloy steel. However, other metals, such as aluminum, may be used.
- the metal block or metallic block is also referred to below as a block.
- metallic Hollow block which is also referred to below as a hollow block, is understood according to the invention an object made of a metal block, for example, in a subsequent process step as starting material for the production of metallic tubes, especially steel tubes in a single-stage or multi-stage, continuous rolling process with one or more Umformaggregaten serves.
- a forming unit is used according to the invention, for example a cross-rolling mill or a punch press.
- the forming unit comprises, for example, at least one piercer. If reference is made in the following to a piercer, the formulated descriptions apply correspondingly to another tool of a forming unit for punching.
- the punching of the block for producing the hollow block is also referred to below as punching or punching operation.
- a so-called round block ie a solid cylinder with a circular cylindrical or approximately circular cylindrical cross section
- the block may also have another, for example round or square, polygonal block cross-sectional contour.
- the block may be pre-formed or non-pre-formed round casting with an approximately constant diameter.
- At least at the Anlochseite of the metal block is in the inventive method in at least one temperature change zone a local
- the area of the block is understood, in which the temperature change is effected.
- This area or this zone is therefore also referred to as a temperature change zone.
- the local temperature change is preferably carried out in a temperature change zone of the hole side, which comprises the end face of the block.
- the temperature change zone preferably extends beyond the end face of the block over a certain length in the axial longitudinal direction of the block.
- the block is heated, as described above, prior to punching, for example in an oven, and is thus used as a heated block for the process.
- the aim is to produce a temperature distribution that is as homogeneous as possible in the entire block. According to the invention, a local temperature change is made.
- a temperature change in this case a temperature change is referred to, which occurs only at a part of the block.
- the temperature change zone in which the temperature change occurs therefore, has a different temperature than the other parts of the block, in particular as the adjacent to the temperature change zone parts of the block.
- the local temperature change occurs at least on one surface of the block.
- the local temperature change occurs at one or both end faces of the block.
- the local temperature change may also extend over the end face in the axial direction over part of the length of the block.
- the temperature change zone in which the local temperature change is effected preferably includes only a portion of the surface of the block and more preferably extends only over part of the length of the block.
- the temperature change zone in which the temperature change is effected includes only a part of one of the end faces or both end faces of the block and a part of the length of the block adjacent to the respective end face.
- the temperature change zone extends in the part of the length of the block adjoining the end face only over part of the cross section of the block.
- the temperature change zone extends for example over part of the length of the lateral surface of the block.
- the temperature change zone which is generated according to the invention, different temperature zones are formed on the surface and also in the interior of the block, that is, areas whose temperatures differ from each other.
- One of the temperature zones formed corresponds to the temperature change zone, while the further or the further temperature zones are determined by an outlet temperature of the block before the temperature change. In these other temperature zones, for example, then the temperature may be present, which has exhibited the block after the initial heating.
- the local temperature change is preferably effected by acting on a part of the surface of the block.
- the action which will be described in more detail later, is preferably limited to a part of the end face and possibly additionally to a part of the length of the adjacent lateral surface of the block.
- the action is preferably an active action on the surface of the block.
- the temperature change according to the invention thus differs from heat treatments of the block, such as heating or quenching, in which the entire surface is subjected to a temperature change.
- the eccentricity is influenced by a number of physical parameters, such as the strength and thus the shape retention of a tool used for punching, in particular the piercer and its length.
- the eccentricity is also influenced by the properties of the block, in particular the distribution of the properties in the block. Of particular importance here are the temperature distribution and strength distribution in the block.
- the present invention by the local temperature change of a zone of the block, which is rotationally symmetric to the central axis of the block, generates a graded and rotationally symmetric temperature distribution in at least the end face of the Anlochseite of the block. This is accompanied by a graded and rotationally symmetrical distribution of strength in at least the end face of the hole side of the block.
- the hollow block produced in this way has a very homogeneous wall thickness distribution and consequently a very low eccentricity compared to a conventionally produced hollow block.
- the reduction in eccentricity of the cavity block produced during the piercing process is primarily during the first phase of the piercing process, also referred to as the pinhole phase , possible.
- Anlochzone the end face on the Anlochseite of the block, as well as a to this end face, which can also be referred to as Anloch Setting, subsequent part of the length of the block referred to.
- the portion of the length of the block attributed to the anloch zone has a length less than the length of the block.
- the length of the part of the block belonging to the angling zone is preferably at most 1/3 or at most 1/4 of the total length of the block.
- the material strength (flow stress) of steel materials is strongly dependent on the temperature. According to the invention, therefore, the strength distribution in the block material is influenced by targeted adjustment of a temperature distribution.
- the dependence of the yield stress on the strain rate does not limit the effectiveness of the method according to the invention, since the strain rate in the general case remains approximately unchanged. Since changes in the change in the temperature of the material of the block and its strength, in the inventive method by the targeted temperature change in at least the end face of the Anlochseite and thus achieved temperature distribution in the end face of the block a graded, rotationally symmetric strength distribution from the outside by local Cooling and / or local heating can be generated.
- a significantly lower temperature is generated than in the center zone, also referred to as the inner temperature zone, in the immediate vicinity Surrounding the central axis of the block, which may also be referred to as the main axis or center axis of the block.
- a piercing pin can be used according to the invention.
- the piercer can easily penetrate into the temperature zone formed there, for example, due to an elevated temperature in the center of the end face of the Anlochseite in the inventive method. Since the temperature in this case is lower in the surrounding temperature zone and therefore the strength in the surrounding zone is higher, the piercer is automatically centered. In addition or as an alternative to heating in the middle of the end face of the hole side, therefore, the outer temperature zone surrounding an inner temperature zone of high temperature can be cooled, that is to say the temperature in this zone can be lowered. In this way, the centering effect is further enhanced.
- the distribution of strength significantly influenced by the temperature distribution improves the centering effect especially during the first phase of the punching process (that is to say in the case of so-called “pinning"), in that the block is aligned relative to the piercing mandrel via a "self-centering".
- Anchor is understood to mean the first phase of the piercing process, that is to say the time interval from the first contact of the piercer with the block (or shortly before) to the stationary phase of the piercing process.
- a significant difference of the method according to the invention compared to previously known, conventional measures or approaches to reduce the eccentricity is that the centering is achieved by means of the temperature distribution and consequently with the aid of the strength properties in the block to be punched.
- the essential advantage of the method according to the invention is that a precise and reproducible centering of the piercing mandrel can be achieved during the piercing process. In this way, the eccentricity of the hollow block or the tubular product compared to conventional methods or measures can be significantly reduced.
- the temperature change zone in which a temperature change is effected according to the invention is rotationally symmetrical to the central axis of the block, the centering effect is significantly supported.
- the eccentricity in the hollow block compared to conventional methods can be significantly reduced and thus improved, the invention has significant advantages.
- a hollow block with a very homogeneous wall thickness distribution and consequently with a very low eccentricity can be produced.
- the production of a hollow block can in particular be made more reproducible and very precise.
- a hollow block can be used for example as a precursor for a seamless tube
- a hollow block with small eccentricity variations along the hollow block can be produced, and the qualitative and quantitative variations in the courses of eccentricity between different hollow blocks produced in succession can be significantly reduced.
- Hollow blocks which have been produced according to the method according to the invention can also be used in particular for the production of precision tubes, since in particular the technical requirements on the geometric properties (for example on the uniformity of the wall thickness distribution and the eccentricity distribution) of precision tubes are comparatively high.
- the temperature change is effected in a temperature change zone that is radially spaced from the central axis of the block.
- This temperature change zone which is radially spaced from the central axis of the block, can extend, for example, as far as the outer contour of the block.
- This embodiment is of particular advantage, since in addition to the targeted temperature change at the end face itself, a temperature change can be adjusted specifically over the length of the block. For example, in this case, the temperature change can be effected by acting on a part of the length of the lateral surface of the block, which adjoins the end face of the block.
- the temperature change zone in which the local temperature change is effected comprises the center axis of the block and the temperature change is a temperature increase.
- This temperature change zone is also referred to as the internal temperature zone.
- this temperature zone may have a diameter of 40 mm.
- the diameter of the inner temperature zone, which represents the temperature change zone, that is, in which the temperature is changed, according to the invention may for example be 25%, preferably 20% of the block diameter.
- the diameter of the, for example, axially symmetric tool (for example a piercer) which is introduced into this inner temperature zone and comes into contact with the block material in the first process phase of the piercing process can be, for example, 30 mm.
- the diameter of the axisymmetric tool (for example, a piercer) in that zone of the tool, which comes into contact with the block material in a later process phase of the punching process may for example be 130 mm.
- the temperature near the central axis of the block, and thus in the center of the inner temperature zone can be, for example, up to 1200 ° C. and the temperature in the outer temperature zone in the vicinity of the outer surface of the block, for example 950 ° C. These dimensions and temperatures are merely examples and therefore are not limitative of the inventive idea.
- the temperature difference set between the outside of the block and the central axis, that is, the difference between an inner temperature zone and an outer temperature zone may be, for example, 40%, preferably 20% of the temperature of the highest temperature temperature zone.
- an inner temperature zone with increased temperature is generated, is thus at the entry point of a tool and in particular a piercer, which is usually in the center on the end face and thus comprises the central axis of the block, reduces the strength of the block material and facilitates the insertion of the tool, in particular the piercer, into the block.
- the temperature increase can also be chosen so large that due to this elevated temperature, the block material is melted in the temperature change zone and thus can be removed from contact with the tool, in particular the piercer, from the front side of the block.
- the temperature change effected according to the invention is preferably effected by an external influence on the block.
- the external influence is also referred to as action.
- the action takes place according to the invention only on a part of the surface of the block.
- a beam can be directed to a part of the surface of the block.
- the beam may be a media beam or a beam of electromagnetic waves.
- the local temperature change takes place by acting on a part of one of the end faces of the block.
- the temperature change zone is formed solely by the end face of the block.
- the temperature change zone is formed in the edge region of the end face. In the middle of the end face, that is, in the region of the center axis of the block, however, the previously set temperature will be largely retained.
- the local temperature change takes place by acting on a part of one of the end faces of the block and on an adjacent to this end face portion of the length of the lateral surface of the block, wherein the length of the portion of the lateral surface is less than the length of the block.
- the edge portion of the end face of the block represents the temperature change zone.
- the length of the temperature change zone can be increased by acting on the peripheral surface of the block rather than acting solely on a part of the end face.
- the temperature change zone in which a temperature change is effected, extends over a maximum of 1/3, in particular a maximum of 1/4 of the length of the block.
- the desired Temperaturvereilung that leads to a centering of a piercer can be adjusted, the other area of the block but still has a homogeneous temperature distribution, whereby a uniform deformation after the introduction of the piercing pin can be ensured.
- a media jet is preferably directed to a part of the hole side, in particular the hole surface, and optionally additionally to a part of the through hole side, in particular the through hole surface, of the block.
- a part of the length of the lateral surface of the block can also be acted upon with a media jet to act on a part of the front side (or both end faces) of the block with a media jet.
- this admission in the Anlochzone of the block and / or in the naturallochzone to a temperature reduction on the lateral surface can be used to achieve a guide of the tool, in particular the piercer.
- a temperature change can also be effected by changing the ambient conditions.
- a projection mask or a cooling ring can be brought before a part of the end face or arranged around part of the length of the lateral surface, so that a lowering of the temperature of the block material by means of convection is achieved.
- the metallic block represents a round block.
- the advantages of the method according to the invention can be used particularly advantageously since in such blocks usually a hollow block is produced, which should have a homogeneous wall thickness over the circumference, to later to be processed into tubes.
- the temperature change zones, in which according to the invention a temperature change is to be made, in the circumferential direction of the block are constant. The setting of a desired temperature and thus a desired temperature distribution is easier to ensure in such a form of temperature change zones.
- the block is rotated about its own central axis at least before effecting and / or while causing the local temperature change.
- Rotating the block about its central axis which may also be referred to as the main axis or center axis of the block, prior to the piercing operation, in particular, causes the block to be centered for the subsequent temperature change and, in particular, adjustment of a temperature distribution on the face relative to the center axis of the block.
- projection elements which can also be referred to as temperature adjustment devices, aligned to the center axis of the block reliably be and generating rotationally symmetric temperature zones can be guaranteed.
- Rotating the block about its central axis while effecting the local temperature change can be used, in particular, for block material which has been melted by an increase in temperature or coolant which has been applied to the end face of the end face of the block due to the centrifugal force generated during the rotation remove.
- the temperature change is effected by projecting at least one jet onto one of the end faces of the block, and preferably a projecting element is used for projecting, which is arranged at a distance from the block.
- projecting is meant in particular the transfer of a temperature distribution on the end face of the block by targeted cooling or heating from the outside (from a reference object) in, for example, orthogonal direction on the end face.
- the projecting should preferably take place in the area of the front end face, that is to say the hole area, and optionally also in the area of the rear end face, that is to say the through hole area.
- a device component is designated by which at least one beam can be directed to one of the end faces of the block and transmitted.
- the jet may be a media jet, that is a medium such as air or water.
- the beam represents a beam of electromagnetic waves.
- the block may also be moved while effecting the temperature change, for example rotated about its central axis or rotated permanently.
- a spaced projection element of advantage as this can relatively easily be moved from the position on the central axis of the block to another position after projecting and thus consequently the space is created, for example, before the piercer or other tool at this point to position the end face of the block.
- the temperature distribution and thus the strength distribution, in particular on the end face of the block can be influenced in a targeted manner via the beam directed onto the block.
- the projection element comprises at least one nozzle element.
- the nozzle elements are arranged on the projection element corresponding to the temperature change zone whose temperature is to be changed by the beam.
- the nozzle elements are thus arranged annularly, or the projection element comprises a single annular nozzle.
- the resulting annular projection is preferably centered with respect to the central axis of the block.
- the nozzles of the nozzle element are aligned so that they emit a beam parallel to the central axis of the block and thus also parallel to the central axis of the projection element.
- an annular temperature change zone at a distance from the central axis can be acted upon by the jet or the beams and, in particular, a defined reduction in the temperature in this temperature change zone can be achieved.
- the temperature change zone is rotationally symmetric to the central axis of the block.
- At least one coolant jet and in particular a water jet, is directed onto the end face, in particular onto a part of the end face, of the block.
- the jet of water can by a projection element, which is an annular element with water nozzles, on the Be directed face of the block.
- a jet of water on the lateral surface of the block in the region of the front side. This can be done for example by a nozzle member which is arranged annularly around the block and are directed radially inward on the nozzle.
- At least one jet in particular an oxygen jet, is directed towards the face of the block to produce an exothermic reaction at the face and in the adjacent interior of the block.
- the beam is preferably directed to the area around the central axis of the block.
- the beam can be directed to a region which lies exclusively in the central axis of the block or which additionally comprises a region around the central axis. Due to the exothermic reaction, the temperature in this temperature change zone is increased so much that the block material is melted in this temperature change zone.
- molten block material In order to remove the molten block material from the block, it is preferably rotated at high speeds about its central axis, so as to form a cavity open to the front (cavern), which is approximately rotationally symmetrical with respect to the central axis.
- This cavity serves as a pre-perforation for a punch mandrel or other tool to be inserted thereafter and thus centers the piercer or the tool.
- At least one electromagnetic beam which is reflected by at least one reflector from the front side of the block, directed to the front side of the block.
- heating that is, heating of the center zone of the end face (and consequently a temperature increase) in the immediate vicinity of the central axis of the block by means of a radiation reflector, which is arranged at a defined axial distance from the relevant end face of the block.
- a radiation reflector which is arranged at a defined axial distance from the relevant end face of the block.
- only a single radiation reflector is used to concentrate a beam on the face of the block, and in particular on the center zone of the face. The distance of the reflector from the end face is to be interpreted according to the wavelength of the electromagnetic radiation.
- the electromagnetic beam which is directed onto the end face is preferably a reflection of the heat radiation of the end face itself.
- This embodiment has the advantage that the additional provision of a medium, such as oxygen, is not required for achieving an increase in temperature at the end face.
- a medium such as oxygen
- a temperature change is also effected at the through hole side of the block opposite the hole side, at least in the end face.
- the end face of the hole side is also referred to as the front end face.
- the end face of the through-hole side is also referred to as the rear end face.
- the temperature distribution set at the through hole side may be equal to or different from the temperature distribution at the hole side.
- the temperature distribution on the through-hole side of the block can be generated identically or otherwise than on the hole side of the block. For example, a temperature increase at the Anlochseite be generated by means of an oxygen jet and at the through hole side by a reflection beam of heat radiation.
- the invention relates to a device for producing a metallic hollow block from a metallic block, which has a holder for the block.
- the device is characterized in that the device comprises at least one projection element for at least zone-wise temperature change of the block in the holder, which is directed to a part of at least one of the end sides of the block.
- the holder for the block can be in one piece or in several parts.
- the holder may comprise rollers which engage on the lateral surface of the block and can rotate about its central axis.
- the holder may comprise at least one forming unit, which serves to punch the block.
- the device may comprise, for example, a cross rolling mill or a punch press.
- the device for producing a hollow block has at least one tool, preferably in the form of a piercer.
- the tool, in particular the piercer can be designed as a separate component and, for example, together with the forming unit as a device.
- the holder for the block can be provided as an additional device to, for example, a cross rolling mill or a punch press and either integrated into it or provided separately therefrom.
- the holder is formed by a part of, for example, the cross rolling mill or the punch press.
- the device comprises at least one projection element, which may also be referred to as a temperature setting device, for the at least zonal temperature change of the block in the holder, which is directed to a part, that is, a partial area, at least one of the end sides of the block.
- a temperature setting device for the at least zonal temperature change of the block in the holder, which is directed to a part, that is, a partial area, at least one of the end sides of the block.
- the device according to the invention differs from a furnace, in which not a part or partial area of an end face can be specifically heated.
- the projection member is preferably spaced to support the block and the block.
- the projection element is preferably designed so that it can be moved relative to the holder of the block. In this way, on the one hand during the adjustment of the temperature at the block a desired or defined distance can be set.
- the projection element can also be removed from the holder in order, for example, to be able to guide the piercer to the block.
- the block is removed from the holder for punching and inserted into a forming unit, for example a cross rolling mill or a punch press, without the projection element having to be moved.
- the projection element is aligned with the central axis of the block in the holder.
- zones which are rotationally symmetrical to the central axis can be treated in a targeted manner, and in particular the temperature in this zone or these zones can be changed.
- the projection element may according to the invention, for example, represent a nozzle or a nozzle ring.
- a reflector can be used as a projection element.
- the projection element may comprise at least one nozzle or at least one reflector.
- the projection element comprises nozzles
- either a single nozzle can be used, which is preferably directed to the center of the end face, or several nozzles are used, which are arranged offset to the central axis of the block outwardly parallel to the central axis are.
- a medium for example oxygen to produce an exothermic reaction in the face of the block, can be delivered to the block through the nozzle.
- water or another cooling liquid can be used to lower the temperature at the zone of the end face.
- the heat radiation of the block is preferably returned from the front side to the front side through this.
- the reflector preferably has a curved shape, whereby the rays impinging on the reflector can be concentrated by the curvature concentrated back to certain zones of the front side of the block.
- the projection element can be arranged on the hole side and / or on the through hole side of the block.
- a projection member is referred to the respective side, in particular to the respective end face, objected but directed directed to this side, that can act on the respective side.
- the device according to the invention is preferably designed for carrying out the method according to the invention.
- FIG. 1 an embodiment of the device according to the invention for carrying out an embodiment of the method according to the invention is shown.
- the block 1 which in the illustrated embodiment represents a round block, is held on a holder (not shown) and can be brought by this holder in a rotation about the central axis M.
- the direction of rotation is in FIG. 1 indicated by the arrow RED.
- FIG. 4 An embodiment of the holder that can be used to hold the block 1 is shown in FIG FIG. 4 shown schematically in two views.
- a roller 30 is a drive roller 300 and two further rollers 30 are guide rollers 301.
- the block 1 is therefore driven by the drive roller 300, whose axis of rotation or center axis MR is parallel to the central axis M of the block 1, driven and guided by the also with their central axes MR parallel to the central axis M of the block 1 lying guide rollers 301 in the rotational movement.
- a projection element 2 which can also be referred to as a temperature adjustment device, is provided.
- This projection element 2 in the embodiment represents an element having annularly arranged nozzles 20.
- the projection element 2 comprises a single annular nozzle 20.
- the nozzles 20 of the projection element 2 are directed to one of the end faces of the round block 1.
- This end face is preferably the end face of the Anlochseite 11 of the block 1, that is, that side from which the perforation takes place.
- the region of the length of the block 1, which adjoins this end face is also referred to as Anlochzone 13.
- the opposite end face is thus on the through-hole side 12th of the block 1.
- the through-hole side 12 denotes the side of the block on which the piercer emerges.
- a coolant for example water
- the water jet 21 is hereby directed to a temperature change zone, which is offset from the central axis M of the block 1 on the end face of the Anlochseite 11 radially outward.
- those in the FIG. 1 indicated temperature zones 110 and 112 formed.
- the inner temperature zone 110 in this case has a higher temperature than those surrounding the outer temperature zone 112, which represents the temperature change zone.
- the applied by the projection member 2 on the end face of the Anlochseite 11 coolant, especially water, is due to the rotation (RED) of the block 1 and the resulting centrifugal force in the illustrated in the figure as arrow sheets from the front side of the Anlochseite 11 transported away.
- a tool that in the FIG. 6 is shown as a piercer 4 introduced.
- This piercer 4 is automatically centered due to the set temperature distribution and guided along the center axis M.
- the temperature in the inner temperature zone 110 here corresponds substantially to the block temperature, to which the entire block before application of the method according to the invention was heated.
- FIG. 2 embodiment shown differs only by the nature of the projection element 2 of the in FIG. 1 shown first embodiment.
- oxygen is applied to the end face of the hole side 11 of the block by the projection element 2.
- the projection element 2 is configured with an annular nozzle 20.
- a temperature increase is effected on the end face of the hole side 11 in the central region of the end face about the central axis M. This temperature increase is so great that the block material is melted in the region of the central axis M at the Anlochseite 11.
- a recess 111 which is also referred to as cavern, in the Anlochseite 11 of the block 1.
- a holder 3 of the block 1 can also in the embodiment according to FIG. 2 according to the in FIG. 4 be shown embodiment provided.
- a temperature distribution will result where the temperature in the inner temperature zone 110, which in this case represents the temperature change zone, is higher than in the outer temperature zone 112.
- the temperature in the outer temperature zone 112 This corresponds essentially to the block temperature to which the entire block was heated before the application of the method according to the invention.
- the temperature in the inner temperature zone 110 that is, the temperature change zone, however, is increased compared to this block temperature.
- FIG. 3 a further embodiment of the device for carrying out an embodiment of the method according to the invention is shown.
- a reflector 22 is disposed in front of the hole side 11 and the through hole side 12, respectively.
- the reflectors 22 are located at a distance from the End sides of the block 1 at the Anlochseite 11 and the through-hole side 12.
- the holder 3 of the block 1 is corresponding to the holder 3 in FIG. 4 executed.
- the reflectors 22 each have a concave curved shape. By this form of the reflectors 22, the heat radiation, which is discharged from the Anlochseite 11 and from the through-hole side 12, to the respective side 11, 12 is reflected back.
- the reflected radiation is concentrated in particular and preferably in the middle of the end face of the hole side 11 and the through-hole side 12.
- a temperature distribution results wherein the temperature in the inner temperature zone 110 is higher than in the outer temperature zone 112.
- the temperature in the outer temperature zone 112 substantially corresponds to that block temperature to which the entire block prior to application the process of the invention has been heated.
- the temperature in the inner temperature zone 110 which is the temperature change zone, is increased compared to this block temperature.
- a temperature increase in the inner temperature zone 110 and at the same time a decrease in temperature in the outer temperature zone 112 can be effected.
- both temperature zones 110, 112 form temperature change zones, but the temperature change in the two zones is different.
- the temperature change in one temperature change zone 110 is a temperature increase and the other temperature change zones 112 a decrease in temperature.
- the principle underlying the invention of the method according to the invention is to project a graded and with respect to the central axis of the block rotationally symmetric temperature distribution at least on the end face of the block and thus to produce a corresponding flow stress distribution in the block - especially in the Anlochzone of the block.
- These temperature and Strength distribution in the block serves as quasi endogenous, centric and rotationally symmetrical guide ring, which guides the punch during the punching process centric with respect to the center axis of the block. The guidance takes place via a virtually invisible force effect over the defined strength distribution generated in the block.
- the temperature distribution and force effects in the block are in the FIGS. 6 to 9 shown schematically. In the FIG.
- the force vectors acting on the piercer are schematically indicated, by which it is centered in the block.
- the arrows in FIG. 7 indicate the reaction force acting on the mandrel.
- FIG. 8 For example, two exemplary zonal radii R ', R "of the inner temperature zone 110 are schematically shown defining two boundaries of characteristic exemplary temperature zones on the face.
- the radial course of the temperature gradient to be set can be designed differently here. In principle, it is naturally true that the guiding effect during the punching process will tend to be stronger the more the rotationally symmetric gradation of the temperature distribution is formed, that is, the larger the relevant temperature gradient in the radial direction with respect to the center axis of the block.
- the central axis of the block also called the main axis of the block or center axis of the block, is quasi the axis of symmetry in the middle zone of the block and is to be understood as a central axis without, for example, the pinched ends of the block which may arise during the manufacture of the block.
- the geometry of a cylindrical block in reality is by no means ideally rotationally symmetric.
- this assumption of an ideal rotational symmetry of the geometry of the block, which is only approximately valid in reality is sufficient. Strictly speaking in reality not perfect rotational symmetry of the block does not limit the effectiveness of the method according to the invention.
- the temperature distribution on the end face of the block and, accordingly, the distribution of the yield stress of the block material is adjusted such that the highest temperature and accordingly lowest yield stress within the block on the central axis.
- the temperature level of the temperature distribution to be set should decrease in accordance with the method according to the invention, and consequently the yield stress should in principle increase.
- the basic mechanism here is based on the fact that the centering effect is achieved by the rotational symmetry of the graded, defined temperature distribution and consequently a corresponding strength distribution in the block to be punched.
- the mechanism or mode of operation is based on two significant properties, namely the rotational symmetry of the strength distribution in the block and the radial gradient on the strength distribution in the block.
- the rotational symmetry of the distribution of strength in the block causes the restoring force to act in the right direction, that is to say in the radial direction, to the central axis of the block.
- the radial gradient of the strength distribution in the block causes the primary radially acting restoring force is sufficiently large and therefore the position correction is sufficiently fast.
- the method according to the invention can be used both in skew rolling (as a rule with a non-driven, rotating punch mandrel, a punch mandrel rod and driven, rotating rollers) and in hole pressing (usually with purely translational movement of the driven punch mandrel).
- the blocks are separated from the billet, for example by means of the separation methods warm shears or saws.
- the end face of the block is generally not ideally circular, but deviates more or less slightly from the ideal circular shape.
- the position of the end face is of importance, in particular in the case of a squeezing of the end face.
- the center of the block end face - both an ideal circular and a non-ideal circular end face - lie outside the central axis of the block, that is to be offset laterally in the radial direction.
- the centering of the temperature distribution to be generated is used - due to the usually not exactly circular face geometry - in the inventive method preferably the central axis of the block significantly as a reference and not the end face of the block.
- a sufficiently precise positioning of the preferably used projection element according to the invention for example a nozzle or a reflector, relative to the block is decisive here.
- the approach to select the previously determined position of the central axis of the block as a target position for the alignment of the projection element according to the invention makes sense.
- the exact position of the central axis of the block can be determined here as the center of the axes of rotation of the drive and guide rollers (see FIG. 4 ).
- This hereby known position of the central axis of the block then serves as input for the control or regulation for positioning the projection element according to the invention.
- Such a control or regulation can take place, for example, via an electronically assisted mechanical coupling of the centering elements (that is to say those drive and guide rollers) with the projection element or reflector according to the invention.
- pressure water pressure
- the temperature field changes - even in the absence of external influence - as a result of heat conduction and heat radiation, and consequently the temperature level in the entire block decreases as the process time progresses.
- care must be taken that the time between the end of the projecting operation and the start of the punching process does not exceed a critical limit.
- the time between the end of the projecting operation and the beginning of the pinning operation is t ⁇ about 20 s.
- the length of the temperature change zone in the direction of the central axis of the block in the region of its end face onto which the temperature field is to be projected z temperature field 0 to 100 mm can be used.
- the necessary physical quantities can be assumed here, for example, some material constants of the steel block.
- the thermal diffusivity a has the unit m 2 / s. On the basis of the thermal conductivity, the speed at which a temperature front moves within the object can be roughly determined.
- the parameters of the projecting process according to the method according to the invention have to be suitably adapted and optimized for the respective application with the respectively present boundary conditions of the production process chain.
- a temperature change zone of the block which schematically in FIG. 1 is shown
- a so-called thermal centering can be used by heating the block and generating a centering guiding action in the block.
- different variants for example, as in FIG. 2 and FIG. 3 shown
- heating may be accomplished by initiating an exothermic reaction of oxygen and the metallic block material. This can be done, for example, with the in FIG. 2 be performed device shown.
- the thermal radiation of the block may be used by using a reflector to heat a portion of the block, and in particular a temperature change zone of the face of the block. This can be done, for example, with the in FIG. 3 be performed device shown.
- the fact is utilized that iron burns in an oxygen atmosphere.
- the ignition temperature of steel is around 1200 ° C. The exact value of the ignition temperature of steel depends on the content of carbon and the content of other alloying or accompanying elements.
- the exothermic reaction starts at the material-specific ignition temperature, which is significantly below 1200 ° C for iron. For this reason, it is possible to use the amount of heat present in the block due to the temperature level present above 1200 ° C in the block in order to realize this reaction continuously during a certain period of time. This resulting heat is transferred to the zone in the immediate vicinity of the central axis of the block. This will increase the temperature in this zone.
- the temperature increase in this case is so great that from the block material quantities melted by metal and oxides and centrifuged by the centrifugal forces, which act through the rotation of the block, according to the inventive method in particular radially outward. In this case, liquid metal is flushed out of the block together with oxides or ejected.
- the amount of heat in the remaining block is reduced only slightly and remains sufficiently high for the continuation of the course of the ongoing ignition process in the remaining block material.
- a cavernous cavity open to the front side which can also be referred to as a depression, arises with an approximately rotationally paraboloidal geometry.
- This cavern causes a centric guide on the central axis of the block during the phase of Anlochvorgangs. This reduces lateral deflection of the piercer during the piercing process and limits lateral deflection to a very small extent.
- a reflector for example made of copper or aluminum, coated and water-cooled
- a reflector can be used as a projection element for reflection of electromagnetic radiation ( FIG. 3 ).
- Such a reflector can be arranged in front of each of the two end faces of the block. The distance of the reflector from the end face is to be interpreted according to the wavelength of the electromagnetic radiation.
- z 1 and z 2 in this case the axial distance of the reflectors to the end faces of the block.
- angle pairs ( ⁇ 1 , ⁇ 1 ) and ( ⁇ 2 , ⁇ 2 ) indicate the two angles of inclination of the axis of the reflector 1 and the reflector 2 relative to the two respective spatial axes of a Cartesian coordinate system.
- the basic requirement for this effect when using such a reflector is the electromagnetic radiation that is emitted due to the high temperature ( T > 1000 ° C) from the face of the block.
- the operating principle of the reflector is that the reflector reflects the electromagnetic radiation radiated from the end face of the block back to this end face and consequently influences the temperature distribution on this end face.
- the face of the block heats up, at those points of the face to which the reflector is aligned.
- the heat - in accordance with the physical mechanisms of heat conduction and heat radiation - will continue to spread in the block and in the ambient air, and the temperature distribution will continue to change more or less negligibly. It should be noted here that a precise prediction of the temperature distribution in the block over time for the mechanism of action of the idea according to the invention is not immediately required.
- the reflector can in this case be designed so that - with a correspondingly large amount of reflected radiation - a significant heating of the block end surface results, or - with a correspondingly small amount of reflected radiation - a slower cooling of the block end surface results.
- a graded, defined distribution of the amount of radiation can be set or achieved.
- a different optical reflection effect is achieved.
- a suitable contour (geometry) of the reflector is to be designed and used.
- the reflectors are individually or jointly adjustable (that is, controllable) and optionally be controlled during the process.
- This adjustability with the necessary kinematic, geometric degrees of freedom can be realized by a defined positioning and storage.
- FIG. 5 For example, a typical principal course of relative eccentricity along a prior art punched block is shown in simplified form. This course is the result of the statistical evaluation of a large number of rolling performed.
- the Y-axis indicates the eccentricity of the perforated block and the X-axis the axial coordinate in the hollow block.
- L here denotes the length of the hollow block.
- the other part of the process according to the invention which involves cooling the outer temperature-change zone of the end face of the block, however, has blocks of any metals as a possible application spectrum.
- the centering effect can be achieved by combining both projection methods, ie by cooling the block zone (primarily on the face of the block) ( FIG. 1 ) outside the central axis of the block and heating ("thermal centering" by heating) the block zone in the zone near the central axis, in particular on the end face of the block ( FIGS. 2, 3 ).
- the local Temperaturprojizitation ie local cooling and / or local heating on the end face of the block to be punched in a suitable process window to realize.
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Hohlblockes aus einem metallischen Block mittels eines Lochungsvorgangs, beispielsweise mittels eines Lochdorns.The present invention relates to a method and an apparatus for producing a metallic hollow block from a metallic block by means of a punching operation, for example by means of a piercing mandrel.
Zur Herstellung von Rohren, insbesondere von nahtlosen Rohren, ist es bekannt, einen Vollblock, der als Ausgangsmaterial dient, zu lochen und so einen Hohlblock zu erzeugen, der unmittelbar als Rohr verwendet werden kann oder weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen werden kann. Insbesondere bei der Herstellung von Stahlrohren wird aus erwärmten massiven Stahlblöcken in einem einstufigen oder mehrstufigen, kontinuierlichen Walzprozess und insbesondere einem Umformaggregat zum Lochen von Blöcken, beispielsweise einem Schrägwalzwerk oder einer Lochpresse, zumeist unter Verwendung eines Lochdorns aus dem Vollmaterial ein Hohlblock erzeugt.For the production of pipes, in particular of seamless pipes, it is known to punch a solid block, which serves as a starting material, and thus to produce a hollow block, which can be used directly as a pipe or can be subjected to further processing steps. In particular, in the production of steel pipes, a hollow block is produced from heated solid steel blocks in a one-stage or multi-stage, continuous rolling process and in particular a forming unit for punching blocks, for example a cross rolling mill or a punch press, usually using a punch mandrel from the solid material.
Als Ausgangsmaterial dient hierbei zumeist ein so genannter Rundblock. Die Blöcke werden vor dem Lochen in einem Ofen erwärmt, um die Fließspannung und folglich die Festigkeit im gesamten Block so weit abzusenken, dass der Blockwerkstoff beim anschließenden Lochungsvorgang möglichst gut umgeformt werden kann.The starting material used here is usually a so-called round block. The blocks are heated in a furnace prior to punching in order to lower the yield stress and consequently the strength in the entire block so that the block material can be formed as well as possible in the subsequent punching process.
Insbesondere für die anschließende Herstellung eines metallischen Rohres aus dem Hohlblock ist eine möglichst homogene Wandstärkenverteilung von maßgeblicher, sehr großer Bedeutung. Im theoretischen Idealfall ist die Wandstärke an jeder Stelle des Hohlblockes identisch. Dieser Fall entspricht einer absoluten Exzentrizität E absolut = 0 mm und folglich auch einer relativen Exzentrizität E relativ = 0 %.In particular, for the subsequent production of a metallic tube from the hollow block as homogeneous a wall thickness distribution of significant, very important. In the theoretical ideal case, the wall thickness at each point of the hollow block is identical. This case corresponds to an absolute eccentricity E absolute = 0 mm and consequently also a relative eccentricity E relative = 0%.
Die Exzentrizität von rohrförmigen Objekten ist definiert als der Abstand der Mittelpunkte von Außen- und Innenkreis des rohrförmigen Objektes. Die absolute Exzentrizität (in mm) beziehungsweise die relative Exzentrizität (in %) kann mit den folgenden Formeln (1) und (2) berechnet werden, wobei die Wandstärke des rohrförmigen Objektes mit "s" bezeichnet ist und die Indizes "max" beziehungsweise "min" die maximale beziehungsweise minimale Wandstärke des betreffenden Querschnitts bezeichnen:
Es besteht der Bedarf, bereits die Exzentrizität eines aus einem Block gefertigten Hohlblockes sehr gering zu halten.There is a need to keep the eccentricity of a hollow block made from a block very low.
Die bislang bekannten technischen Maßnahmen zur Herstellung von Hohlblöcken oder Rohren mit kleiner Exzentrizität basieren auf Änderungen der Anordnung beziehungsweise der Abstände zwischen den Werkzeugen. Beispiele für solche Maßnahmen sind in
Schließlich ist in der
Diese Maßnahmen sind zumeist aufwändig, kostenintensiv und in vielen Fällen nicht hinreichend effektiv. Denn trotz dieser technischen Maßnahmen resultieren nicht selten Exzentrizitätswerte, die größer sind als 10 %. Eine zusätzlich oft verwendete Maßnahme nach dem Ende der Warmumformung ist das nachträgliche Abtrennen der Zonen mit erhöhter Exzentrizität innerhalb des Rohres, beispielsweise insbesondere der Enden des Rohres. Zur Bestimmung jener Länge des Rohrendes mit erhöhter Exzentrizität ist zunächst die Messung des Exzentrizitätsverlaufs entlang des Rohres und demzufolge erhöhter messtechnischer Aufwand erforderlich. Bei zu großen Exzentrizitätswerten im Rohr kann dies im Extremfall dazu führen, dass ein großer Teil des betreffenden Rohres oder sogar das gesamte Rohr Ausschuss ist.These measures are usually complex, costly and in many cases not sufficiently effective. Despite these technical measures, eccentricity values that are greater than 10% often result. An additional often used measure after the end of the hot forming is the subsequent separation of the zones with increased eccentricity within the tube, for example, in particular the ends of the tube. To determine that length of the pipe end with increased eccentricity, first the measurement of the eccentricity profile along the pipe and consequently increased metrological effort is required. In the extreme case, if the eccentricity values in the pipe are too great, this can mean that a large part of the pipe concerned or even the entire pipe is rejected.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, bei der bereits während der Herstellung von Hohlblöcken die Exzentrizität auf einfache Weise und zuverlässig sehr gering gehalten werden kann.The invention is therefore an object of the invention to provide a solution in which already during the production of hollow blocks, the eccentricity can be kept very low in a simple manner and reliably.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, indem die Festigkeit des Blockes so eingestellt wird, dass diese den Verlauf der Lochung und insbesondere die Ausrichtung eines Lochungswerkzeuges im Block während des Lochungsvorgangs definiert und gegebenenfalls führt.The invention is based on the finding that this object can be achieved by the strength of the block is set so that it defines the course of the perforation and in particular the alignment of a Lochungswerkzeuges in the block during the Lochungsvorgangs and possibly leads.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe daher gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Hohlblockes aus einem erwärmten metallischen Block, mittels eines Lochungsvorgangs. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an der Anlochseite des Blockes in zumindest einer Temperaturänderungszone eine lokale Temperaturänderung bewirkt wird und die Temperaturänderungszone zu der Mittelachse des Blockes rotationssymmetrisch ist.According to a first aspect, the object is therefore achieved by a method for producing a metallic hollow block from a heated metallic block, by means of a punching process. The method is characterized in that at least at the Anlochseite of the block in at least one temperature change zone, a local temperature change is effected and the temperature change zone is rotationally symmetrical to the central axis of the block.
Als metallischer Block wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein Metallblock aus niedriglegiertem oder unlegiertem Stahl verstanden. Allerdings können auch andere Metalle, wie beispielsweise Aluminium, verwendet werden. Der Metallblock oder metallische Block wird im Folgenden auch als Block bezeichnet. Als metallischer Hohlblock, der im Folgenden auch als Hohlblock bezeichnet wird, wird erfindungsgemäß ein aus einem Metallblock hergestelltes Objekt verstanden, das beispielsweise in einem nachfolgenden Verfahrensschritt als Ausgangsmaterial zur Herstellung von metallischen Rohren, insbesondere Stahlrohren in einem einstufigen oder mehrstufigen, kontinuierlichen Walzprozess mit einem oder mehreren Umformaggregaten dient. Zum Lochen des Blockes und folglich zum Erzeugen eines Hohlblockes wird erfindungsgemäß ein Umformaggregat verwendet, beispielsweise ein Schrägwalzwerk oder eine Lochpresse. Das Umformaggregat umfasst beispielsweise zumindest einen Lochdorn. Sofern im Folgenden auf einen Lochdorn Bezug genommen wird, gelten die formulierten Beschreibungen entsprechend auch für ein anderes Werkzeug eines Umformaggregates zum Lochen. Das Lochen des Blockes zum Erzeugen des Hohlblockes wird im Folgenden auch als Lochungsverfahren oder Lochungsvorgang bezeichnet.As a metallic block is preferably understood according to the invention a metal block of low-alloy or non-alloy steel. However, other metals, such as aluminum, may be used. The metal block or metallic block is also referred to below as a block. As metallic Hollow block, which is also referred to below as a hollow block, is understood according to the invention an object made of a metal block, for example, in a subsequent process step as starting material for the production of metallic tubes, especially steel tubes in a single-stage or multi-stage, continuous rolling process with one or more Umformaggregaten serves. For punching the block and consequently for producing a hollow block, a forming unit is used according to the invention, for example a cross-rolling mill or a punch press. The forming unit comprises, for example, at least one piercer. If reference is made in the following to a piercer, the formulated descriptions apply correspondingly to another tool of a forming unit for punching. The punching of the block for producing the hollow block is also referred to below as punching or punching operation.
Als Ausgangsmaterial, das heißt als Metallblock, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein so genannter Rundblock, das heißt ein Vollzylinder mit kreiszylindrischem oder näherungsweise kreiszylindrischem Querschnitt, dienen. Allerdings kann der Block auch eine andere, beispielsweise runde oder eckige, polygonartige Blockquerschnittskontur aufweisen. Der Block kann als vorumgeformter oder nicht-vorumgeformter Rundstrangguss mit einem näherungsweise konstanten Durchmesser vorliegen. Der Durchmesser des Rundblockes kann beispielsweise D = 200 mm betragen, und die Masse des Blockes kann beispielsweise m = 100 bis 1000 kg betragen. Der Block wird vorzugsweise in einem Ofen, beispielsweise einem Drehherdofen oder Hubbalkenofen, auf eine für die spätere Umformung geeignete Temperatur erwärmt. Bei niedriglegierten oder unlegierten Stählen wird der Block auf eine Temperatur von beispielsweise T = 1300 °C oder T = 1200 °C erwärmt.As a starting material, that is, as a metal block, a so-called round block, ie a solid cylinder with a circular cylindrical or approximately circular cylindrical cross section, can serve in the method according to the invention. However, the block may also have another, for example round or square, polygonal block cross-sectional contour. The block may be pre-formed or non-pre-formed round casting with an approximately constant diameter. The diameter of the round block may, for example, be D = 200 mm, and the mass of the block may be, for example, m = 100 to 1000 kg. The block is preferably heated in an oven, for example a rotary hearth furnace or walking beam oven, to a temperature suitable for later forming. For low alloyed or unalloyed steels, the block is heated to a temperature of, for example, T = 1300 ° C or T = 1200 ° C.
Zumindest an der Anlochseite des Metallblockes wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in zumindest einer Temperaturänderungszone eine lokaleAt least at the Anlochseite of the metal block is in the inventive method in at least one temperature change zone a local
Temperaturänderung bewirkt. Als Anlochseite wird hierbei jene Seite des Blockes und später auch des Hohlblockes bezeichnet, an der die Lochung beginnt.Temperature change causes. As Anlochseite this side of the block and later also of the hollow block is called, at which the perforation begins.
Als Zone, in der eine Temperaturänderung bewirkt wird, wird der Bereich des Blockes verstanden, in dem die Temperaturänderung bewirkt wird. Dieser Bereich beziehungsweise diese Zone wird daher auch als Temperaturänderungszone bezeichnet. Die lokale Temperaturänderung erfolgt vorzugsweise in einer Temperaturänderungszone der Anlochseite, die die Stirnseite des Blockes umfasst. Die Temperaturänderungszone erstreckt sich hierbei vorzugsweise über die Stirnfläche des Blockes hinaus über eine gewisse Länge in Axiallängsrichtung des Blockes.As a zone in which a temperature change is effected, the area of the block is understood, in which the temperature change is effected. This area or this zone is therefore also referred to as a temperature change zone. The local temperature change is preferably carried out in a temperature change zone of the hole side, which comprises the end face of the block. The temperature change zone preferably extends beyond the end face of the block over a certain length in the axial longitudinal direction of the block.
Der Block wird, wie zuvor beschrieben, vor dem Lochen beispielsweise in einem Ofen erwärmt und wird somit als erwärmter Block für das Verfahren verwendet. Durch die Erwärmung des Blockes wird die Fließspannung und folglich die Festigkeit im gesamten Block so weit herabgesetzt, dass der Blockwerkstoff beim anschließenden Lochungsvorgang möglichst gut umgeformt werden kann. Hierbei wird angestrebt, eine im gesamten Block möglichst homogene Temperaturverteilung zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird eine lokale Temperaturänderung vorgenommen.The block is heated, as described above, prior to punching, for example in an oven, and is thus used as a heated block for the process. By heating the block, the yield stress and consequently the strength in the entire block is reduced so much that the block material can be reshaped as well as possible during the subsequent punching process. The aim is to produce a temperature distribution that is as homogeneous as possible in the entire block. According to the invention, a local temperature change is made.
Als lokale Temperaturänderung wird hierbei eine Temperaturänderung bezeichnet, die nur an einem Teil des Blockes auftritt. Die Temperaturänderungszone, in der die Temperaturänderung auftritt, besitzt daher eine andere Temperatur als die weiteren Teile des Blockes, insbesondere als die an die Temperaturänderungszone angrenzenden Teile des Blockes. Besonders bevorzugt tritt die lokale Temperaturänderung zumindest an einer Oberfläche des Blockes auf. Besonders bevorzugt tritt die lokale Temperaturänderung an einer oder beiden Stirnflächen des Blockes auf. Zusätzlich kann sich die lokale Temperaturänderung aber auch über die Stirnfläche hinweg in axialer Richtung über einen Teil der Länge des Blockes erstrecken.As a local temperature change in this case a temperature change is referred to, which occurs only at a part of the block. The temperature change zone in which the temperature change occurs, therefore, has a different temperature than the other parts of the block, in particular as the adjacent to the temperature change zone parts of the block. Particularly preferably, the local temperature change occurs at least on one surface of the block. Particularly preferably, the local temperature change occurs at one or both end faces of the block. In addition, however, the local temperature change may also extend over the end face in the axial direction over part of the length of the block.
Die Temperaturänderungszone, in der die lokale Temperaturänderung bewirkt wird, beinhaltet vorzugsweise nur einen Teil der Oberfläche des Blockes und erstreckt sich weiter bevorzugt nur über einen Teil der Länge des Blockes. Insbesondere beinhaltet die Temperaturänderungszone, in der die Temperaturänderung bewirkt wird, nur einen Teil einer der Stirnflächen oder beider Stirnflächen des Blockes und einen an die jeweilige Stirnfläche angrenzenden Teil der Länge des Blockes. Die Temperaturänderungszone erstreckt sich hierbei in dem an die Stirnfläche angrenzenden Teil der Länge des Blockes nur über einen Teil des Querschnitts des Blockes. Bei einer Temperaturänderungszone, die in der Stirnfläche des Blockes am Umfang der Stirnfläche liegt, erstreckt sich die Temperaturänderungszone beispielsweise über einen Teil der Länge der Mantelfläche des Blockes.The temperature change zone in which the local temperature change is effected preferably includes only a portion of the surface of the block and more preferably extends only over part of the length of the block. In particular, the temperature change zone in which the temperature change is effected includes only a part of one of the end faces or both end faces of the block and a part of the length of the block adjacent to the respective end face. In this case, the temperature change zone extends in the part of the length of the block adjoining the end face only over part of the cross section of the block. In a temperature change zone, which lies in the end face of the block at the periphery of the end face, the temperature change zone extends for example over part of the length of the lateral surface of the block.
Durch die Temperaturänderungszone, die erfindungsgemäß erzeugt wird, werden auf der Oberfläche und auch im Inneren des Blockes unterschiedliche Temperaturzonen gebildet, das heißt Bereiche deren Temperaturen sich voneinander unterscheiden. Eine der gebildeten Temperaturzonen entspricht der Temperaturänderungszone, während die weitere oder die weiteren Temperaturzonen durch eine Ausgangstemperatur des Blockes vor der Temperaturänderung bestimmt werden. In diese weiteren Temperaturzonen kann dann beispielsweise die Temperatur vorliegen, die der Block nach dem anfänglichen Erwärmen aufgewiesen hat.By the temperature change zone, which is generated according to the invention, different temperature zones are formed on the surface and also in the interior of the block, that is, areas whose temperatures differ from each other. One of the temperature zones formed corresponds to the temperature change zone, while the further or the further temperature zones are determined by an outlet temperature of the block before the temperature change. In these other temperature zones, for example, then the temperature may be present, which has exhibited the block after the initial heating.
Das Bewirken der lokalen Temperaturänderung erfolgt vorzugsweise durch Einwirken auf einen Teil der Oberfläche des Blockes. Das Einwirken, das später genauer beschrieben wird, ist dabei vorzugsweise auf einen Teil der Stirnfläche und gegebenenfalls zusätzlich auf einen Teil der Länge der angrenzenden Mantelfläche des Blockes beschränkt. Das Einwirken ist vorzugsweise ein aktives Einwirken auf die Oberfläche des Blockes. Somit unterscheidet sich das Bewirken der lokalen Temperaturänderung von passiven Temperaturänderungen, die beispielsweise durch Kühlung in der Umgebung auftreten.The local temperature change is preferably effected by acting on a part of the surface of the block. The action, which will be described in more detail later, is preferably limited to a part of the end face and possibly additionally to a part of the length of the adjacent lateral surface of the block. The action is preferably an active action on the surface of the block. Thus, causing the local temperature change differs from passive temperature changes that occur, for example, by cooling in the environment.
Dies bedeutet, dass nur auf einen Teil einer Oberfläche des Blockes, vorzugsweise einen Teil der Stirnfläche des Blockes eingewirkt wird. Die erfindungsgemäße Temperaturänderung unterscheidet sich somit von Wärmebehandlungen des Blockes, wie dem Erwärmen oder Abschrecken, bei denen die gesamte Oberfläche einer Temperaturänderung unterzogen wird.This means that only a part of a surface of the block, preferably a part of the end face of the block is acted upon. The temperature change according to the invention thus differs from heat treatments of the block, such as heating or quenching, in which the entire surface is subjected to a temperature change.
Aufgrund verschiedener Einflussgrößen resultiert insbesondere bei herkömmlichen Verfahren eine nicht vollständig homogene Temperaturverteilung im Block, das heißt die Temperaturen innerhalb eines Blockes unterscheiden sich um beispielsweise 10 bis 60 Kelvin. Diese Temperaturunterschiede sind die nachteilige Folge einer naturgemäß niemals ideal homogenen Erwärmung. Demzufolge liegt eine prinzipiell mehr oder weniger inhomogene Temperaturverteilung und folglich eine prinzipiell inhomogene Festigkeitsverteilung im Block vor. Diese Inhomogenität der Temperaturverteilung ist bei Anwendung der bislang bekannten technischen Lösungen unterschiedlich stark ausgeprägt hinsichtlich der Größe und der Art der Temperaturverteilung. Zudem ist diese Inhomogenität der Temperaturverteilung nicht hinreichend präzise einstellbar.Due to various factors, a not completely homogeneous temperature distribution in the block results, in particular in conventional methods, that is to say the temperatures within a block differ by, for example, 10 to 60 Kelvin. These temperature differences are the disadvantageous consequence of naturally never ideal homogeneous heating. Consequently, there is a principle of more or less inhomogeneous temperature distribution and consequently a principally inhomogeneous distribution of strength in the block. This inhomogeneity of the temperature distribution is different pronounced when using the hitherto known technical solutions in terms of size and type of temperature distribution. In addition, this inhomogeneity of the temperature distribution is not sufficiently precisely adjustable.
Auch eine nur sehr geringe Inhomogenität der Festigkeitsverteilung im Block kann aber deutlich ausgeprägte Qualitätsmängel des rohrförmigen Produktes verursachen. Insbesondere Festigkeitsdifferenzen beziehungsweise Festigkeitsfluktuationen in der Stirnfläche des Blockes infolge der stochastisch-inhomogenen Temperaturverteilung können den Lochungsvorgang, insbesondere während der ersten Phase des Lochungsprozesses - der sogenannten Anlochphase - stark beeinflussen.Even a very small inhomogeneity of the distribution of strength in the block but can cause significant quality defects of the tubular product. In particular, differences in strength or strength fluctuations in the face of the block as a result of the stochastic-inhomogeneous temperature distribution can strongly influence the piercing process, in particular during the first phase of the piercing process - the so-called anloch phase.
Als Folge der Festigkeitsinhomogenitäten im Block zusammen mit Inhomogenitäten der Blockgeometrie, beispielsweise Abweichungen von der idealen Kreisgeometrie des Blockquerschnitts, kann es anschließend im Walzgut, im Hohlblock beziehungsweise in der gefertigten Rohrluppe zur Entstehung von Qualitätsmängeln und insbesondere von Maßabweichungen kommen, beispielsweise zu einer erhöhten Exzentrizität.As a consequence of the inhomogeneities in the block, together with inhomogeneities of the block geometry, for example deviations from the ideal circular geometry of the block cross-section, quality defects and in particular dimensional deviations can subsequently occur in the rolling stock, in the hollow block or in the manufactured tube blank, for example in increased eccentricity.
Die Exzentrizität wird durch mehrere physikalische Einflussgrößen, wie beispielsweise die Festigkeit und damit das Formhaltevermögen eines für das Lochen verwendeten Werkzeuges, insbesondere des Lochdorns und dessen Länge, beeinflusst. Zudem wird die Exzentrizität auch durch die Eigenschaften des Blockes, insbesondere die Verteilung der Eigenschaften im Block beeinflusst. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die Temperaturverteilung und Festigkeitsverteilung im Block.The eccentricity is influenced by a number of physical parameters, such as the strength and thus the shape retention of a tool used for punching, in particular the piercer and its length. In addition, the eccentricity is also influenced by the properties of the block, in particular the distribution of the properties in the block. Of particular importance here are the temperature distribution and strength distribution in the block.
Mit der vorliegenden Erfindung wird durch die lokale Temperaturänderung einer Zone des Blockes, die zu der Mittelachse des Blockes rotationssymmetrisch ist, eine gradierte und rotationssymmetrische Temperaturverteilung in zumindest der Stirnfläche der Anlochseite des Blockes erzeugt. Damit geht eine gradierte und rotationssymmetrische Festigkeitsverteilung in zumindest der Stirnfläche der Anlochseite des Blockes einher.. Der auf diese Weise hergestellte Hohlblock weist dadurch im Vergleich zu einem herkömmlich hergestellten Hohlblock eine sehr homogene Wanddickenverteilung und folglich eine sehr geringe Exzentrizität auf.With the present invention, by the local temperature change of a zone of the block, which is rotationally symmetric to the central axis of the block, generates a graded and rotationally symmetric temperature distribution in at least the end face of the Anlochseite of the block. This is accompanied by a graded and rotationally symmetrical distribution of strength in at least the end face of the hole side of the block. The hollow block produced in this way has a very homogeneous wall thickness distribution and consequently a very low eccentricity compared to a conventionally produced hollow block.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperaturänderung zumindest an der Anlochseite und vorzugsweise in der so genannten Anlochzone des Hohlblockes bewirkt wird, ist die Verringerung der Exzentrizität des beim Lochungsvorgang hergestellten Hohlblockes, und zwar vorrangig während der ersten Phase des Lochungsprozesses, die auch als Anlochphase bezeichnet wird, möglich. Als Anlochzone wird erfindungsgemäß die Stirnfläche an der Anlochseite des Blockes, sowie ein sich an diese Stirnseite, die auch als Anlochfläche bezeichnet werden kann, anschließender Teil der Länge des Blockes bezeichnet. Der Teil der Länge des Blockes, der der Anlochzone zugerechnet wird, weist eine Länge auf, die geringer ist, als die Länge des Blockes. Beispielsweise beträgt die Länge des Teils des Blockes, der zu der Anlochzone gehört, vorzugsweise maximal 1/3 oder maximal 1/4 der Gesamtlänge des Blockes.In the method according to the invention, since the temperature change is effected at least at the pinhole side and preferably in the so-called pinhole zone of the cavity block, the reduction in eccentricity of the cavity block produced during the piercing process is primarily during the first phase of the piercing process, also referred to as the pinhole phase , possible. As Anlochzone according to the invention the end face on the Anlochseite of the block, as well as a to this end face, which can also be referred to as Anlochfläche, subsequent part of the length of the block referred to. The portion of the length of the block attributed to the anloch zone has a length less than the length of the block. For example, the length of the part of the block belonging to the angling zone is preferably at most 1/3 or at most 1/4 of the total length of the block.
Durch die Verringerung der Exzentrizität eines auf diese Weise gefertigten Hohlblockes ergibt sich ebenfalls eine vorteilhafte Exzentrizitätsverteilung in den daraus gefertigten weiteren Umformstufen bis zum fertigen Rohr. Der wesentliche technische Nachteil einer großen Exzentrizität des Walzgutes beziehungsweise des fertigen Rohres ist, dass die damit einhergehenden einseitig geringen Wandstärken in betreffenden exzentrischen Querschnitten zu einer einseitigen, inhomogenen, asymmetrischen Beanspruchungsverteilung führen und im Extremfall, das heißt bei einer zu geringen Wandstärke, zu einer Überbeanspruchung des betreffenden Querschnitts führen. Eine zu große Exzentrizität bedeutet entweder deutlich erhöhten Nachbearbeitungsaufwand oder sogar den Ausschuss des rohrförmigen Produktes.By reducing the eccentricity of a hollow block produced in this way, there is likewise an advantageous distribution of eccentricity in the further forming steps produced therefrom up to the finished tube. The main technical disadvantage of a large eccentricity of the rolling stock or the finished tube is that the associated unilaterally small wall thicknesses in respective eccentric cross-sections lead to a one-sided, inhomogeneous, asymmetric stress distribution and in extreme cases, ie at too low wall thickness, to overuse of the relevant cross-section. Too much eccentricity means either significantly increased reworking effort or even the reject of the tubular product.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, bei der Herstellung von Hohlblöcken und im Weiteren von Präzisionsrohren, die Exzentrizität möglichst gering zu halten, im theoretischen Idealfall auf identisch Null (E relativ = 0 %). In der herkömmlichen Fertigungspraxis sind die Anforderungen an die Exzentrizität auf ein realisierbares Maß begrenzt und entsprechenden Qualitätsklassen zugeordnet, so dass Exzentrizitäten von beispielsweise E relativ < 10 % erlaubt sind. Eine typische Größenordnung der relativen Exzentrizität in der Anlochzone des Blockes liegt bei etwa E relativ = 10 % oder größer. Beim Durchlauf aller Fertigungsstufen nach dem Schrägwalzlochen beziehungsweise Lochpressen ändert sich die Exzentrizität in gewissen Grenzen. Der Lochungsvorgang, beispielsweise Schrägwalzlochen beziehungsweise Lochpressen, ist hierbei ein Umformvorgang bei der Rohrfertigung, der die Exzentrizität maßgeblich beeinflusst.With the present invention it becomes possible, in the production of hollow blocks and in the following of precision tubes, to keep the eccentricity as low as possible, in the theoretical ideal case to identical zero ( E relative = 0%). In conventional manufacturing practice, the demands on the eccentricity are limited to a feasible level and associated with corresponding quality classes, so that eccentricities of, for example, E relative <10% are permitted. A typical magnitude of the relative eccentricity in the annulus zone of the block is about E relative = 10% or greater. When passing through all stages of production after Schrägwalzlochen or hole punching the eccentricity changes within certain limits. The punching process, for example, slanting or punching, is here a forming process in pipe production, which significantly influences the eccentricity.
Alle derzeit bekannten technischen Verfahren sind grundsätzlich nur bedingt geeignet, die Exzentrizität in der Anlochzone des Blockes reproduzierbar auf ein sehr kleines Maß (E relativ < 2 bis 3 %) zu bringen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Exzentrizität im Vergleich zu den bislang bekannten technischen Verfahren deutlich verringert werden. Die erzielbare Größenordnung der Verbesserung der Exzentrizität beträgt, je nach Größe und Verlauf der Exzentrizität im Referenzhohlblock, beispielsweise Faktor 2 oder größer.All currently known technical methods are fundamentally only suitable to reproducibly bring the eccentricity in the anloch zone of the block to a very small extent ( E relative <2 to 3%). With the method according to the invention, the eccentricity can be significantly reduced in comparison to the hitherto known technical methods. The achievable magnitude of the improvement in the eccentricity is, depending on the size and course of the eccentricity in the reference hollow block, for example,
Die Materialfestigkeit (Fließspannung) von Stahlwerkstoffen ist stark abhängig von der Temperatur. Erfindungsgemäß wird daher die Festigkeitsverteilung im Blockmaterial durch gezieltes Einstellen einer Temperaturverteilung beeinflusst. Die Abhängigkeit der Fließspannung von der Formänderungsgeschwindigkeit schränkt die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht ein, da die Formänderungsgeschwindigkeit im allgemeinen Fall näherungsweise unverändert bleibt. Da sich bei der Änderung der Temperatur des Materials des Blockes auch dessen Festigkeit ändert, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die gezielte Temperaturänderung in zumindest der Stirnfläche der Anlochseite und die damit erzielte Temperaturverteilung in der Stirnfläche des Blockes eine gradierte, rotationssymmetrische Festigkeitsverteilung von außen durch lokale Abkühlung und/oder lokale Erwärmung erzeugt werden. Vorzugsweise wird in der außen liegenden ringförmigen Temperaturänderungszone der Stirnfläche (das heißt dem äußeren Bereich der Stirnfläche, der auch als äußere Temperaturzone bezeichnet wird) des Blockes eine deutlich niedrigere Temperatur erzeugt als in der Zentrumszone, die auch als innere Temperaturzone bezeichnet wird, in der unmittelbaren Umgebung der Mittelachse des Blockes, die auch als Hauptachse oder Zentrumsachse des Blockes bezeichnet werden kann.The material strength (flow stress) of steel materials is strongly dependent on the temperature. According to the invention, therefore, the strength distribution in the block material is influenced by targeted adjustment of a temperature distribution. The dependence of the yield stress on the strain rate does not limit the effectiveness of the method according to the invention, since the strain rate in the general case remains approximately unchanged. Since changes in the change in the temperature of the material of the block and its strength, in the inventive method by the targeted temperature change in at least the end face of the Anlochseite and thus achieved temperature distribution in the end face of the block a graded, rotationally symmetric strength distribution from the outside by local Cooling and / or local heating can be generated. Preferably, in the outer annular temperature change zone of the end face (that is, the outer portion of the end face, also referred to as the outer temperature zone) of the block, a significantly lower temperature is generated than in the center zone, also referred to as the inner temperature zone, in the immediate vicinity Surrounding the central axis of the block, which may also be referred to as the main axis or center axis of the block.
Als Werkzeug und insbesondere Innenwerkzeug des Umformaggregates für den Lochvorgang kann erfindungsgemäß ein Lochdorn verwendet werden. Der Lochdorn kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise aufgrund einer erhöhten Temperatur in der Mitte der Stirnfläche der Anlochseite leichter in die dort gebildete Temperaturzone eindringen. Da die Temperatur in diesem Fall in der umgebenden Temperaturzone geringer ist und daher die Festigkeit in der umgebenden Zone höher ist, wird der Lochdorn automatisch zentriert. Zusätzlich oder alternativ zu einer Erwärmung in der Mitte der Stirnseite der Anlochseite kann daher auch die eine innere Temperaturzone hoher Temperatur umgebende äußere Temperaturzone gekühlt werden, das heißt die Temperatur in dieser Zone abgesenkt werden. Auf diese Art wird die Zentrierwirkung zusätzlich verstärkt.As a tool and in particular internal tool of the forming unit for the piercing operation, a piercing pin can be used according to the invention. The piercer can easily penetrate into the temperature zone formed there, for example, due to an elevated temperature in the center of the end face of the Anlochseite in the inventive method. Since the temperature in this case is lower in the surrounding temperature zone and therefore the strength in the surrounding zone is higher, the piercer is automatically centered. In addition or as an alternative to heating in the middle of the end face of the hole side, therefore, the outer temperature zone surrounding an inner temperature zone of high temperature can be cooled, that is to say the temperature in this zone can be lowered. In this way, the centering effect is further enhanced.
Die durch die Temperaturverteilung maßgeblich beeinflusste Festigkeitsverteilung verbessert die Zentrierwirkung daher speziell während der ersten Phase des Lochungsvorgangs (das heißt beim so genannten "Anlochen"), indem sich der Block über eine "Selbstzentrierung" relativ zum Lochdorn ausrichtet.Therefore, the distribution of strength significantly influenced by the temperature distribution improves the centering effect especially during the first phase of the punching process (that is to say in the case of so-called "pinning"), in that the block is aligned relative to the piercing mandrel via a "self-centering".
Unter "Anlochen" ist die erste Phase des Lochungsvorgangs zu verstehen, das heißt jenes Zeitintervall vom ersten Kontakt des Lochdorns mit dem Block (beziehungsweise kurz vorher) bis zur stationären Phase des Lochungsvorgangs."Anchor" is understood to mean the first phase of the piercing process, that is to say the time interval from the first contact of the piercer with the block (or shortly before) to the stationary phase of the piercing process.
Unter "Anlochzone" ist jene Zone im Block zu verstehen, die beim Lochungsvorgang zuerst gelocht wird, das heißt die vordere Zone des Blockes. Diese Zone ist streng genommen nicht exakt geometrisch definiert, sondern stellt nur eine relativ unscharf umschriebene Zone dar. Bei üblichen Blockdurchmessern von etwa D = 200 mm umfasst die Anlochzone beispielsweise etwa die erste Intervalllänge von 500 mm entlang der Mittelachse des Blockes, beginnend an der vorderen Stirnfläche des Blockes. Als Anlochseite des Blockes wird jene Seite des Blockes bezeichnet, in der die Stirnfläche liegt, über die der Lochdorn zuerst mit dem Block in Kontakt kommt."Anlochzone" is the zone in the block that is punched first in the punching process, that is, the front zone of the block. Strictly speaking, this zone is not exactly geometrically defined, but represents only a relatively blurred circumscribed zone. For example, with typical block diameters of about D = 200 mm, the anloch zone comprises about the first interval length of 500 mm along the central axis of the block, starting at the front Face of the block. As an Anlochseite of the block that side of the block is referred to, in which lies the end face over which the piercer first comes into contact with the block.
Unter "Selbstzentrierungswirkung" ist hier der Effekt zu verstehen, dass sich der Block während des Lochungsvorgangs - ohne zusätzliche äußere Einflussnahme - beim plastischen Umformen über das Innenwerkzeug (hier: Lochdorn) selbst über das grundlegende mechanische Prinzip "Actio = Reactio" relativ zum Innenwerkzeug nahezu zentrisch (das heißt mit nur sehr geringem seitlichen Versatz) ausrichtet, dies während des Anlochens des Blockes."Self-centering effect" here is the effect to understand that the block during the punching process - without additional external influence - during plastic forming on the inner tool (here: piercer) even about the basic mechanical principle "Actio = Reactio" relative to the inner tool almost centric (that is, with very little lateral offset) aligns this while pinning the block.
Ein wesentlicher Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu bislang bekannten, herkömmlichen Maßnahmen oder Lösungsansätzen zur Verringerung der Exzentrizität ist, dass die Zentrierung mit Hilfe der Temperaturverteilung und folglich mit Hilfe der Festigkeitseigenschaften im zu lochenden Block erzielt wird.A significant difference of the method according to the invention compared to previously known, conventional measures or approaches to reduce the eccentricity is that the centering is achieved by means of the temperature distribution and consequently with the aid of the strength properties in the block to be punched.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass eine präzise und reproduzierbare Zentrierung des Lochdorns während des Lochungsvorgangs erzielt werden kann. Auf diese Weise kann die Exzentrizität des Hohlblockes beziehungsweise des rohrförmigen Produktes gegenüber herkömmlichen Verfahren beziehungsweise Maßnahmen deutlich verringert werden. Indem die Temperaturänderungszone, in der eine Temperaturänderung bewirkt wird, erfindungsgemäß zu der Mittelachse des Blockes rotationssymmetrisch ist, wird die Zentrierwirkung maßgeblich unterstützt.The essential advantage of the method according to the invention is that a precise and reproducible centering of the piercing mandrel can be achieved during the piercing process. In this way, the eccentricity of the hollow block or the tubular product compared to conventional methods or measures can be significantly reduced. By the temperature change zone, in which a temperature change is effected according to the invention is rotationally symmetrical to the central axis of the block, the centering effect is significantly supported.
Indem mit der vorliegenden Erfindung die Exzentrizität in dem Hohlblock im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren maßgeblich verringert und damit verbessert werden kann, weist die Erfindung deutliche Vorteile auf.By using the present invention, the eccentricity in the hollow block compared to conventional methods can be significantly reduced and thus improved, the invention has significant advantages.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Hohlblock mit sehr homogener Wanddickenverteilung und folglich mit einer sehr geringen Exzentrizität hergestellt werden. Auf diese Weise kann die Herstellung eines Hohlblockes insbesondere auch besser reproduzierbar und sehr präzise erfolgen.With the method according to the invention, a hollow block with a very homogeneous wall thickness distribution and consequently with a very low eccentricity can be produced. In this way, the production of a hollow block can in particular be made more reproducible and very precise.
Da ein solcher Hohlblock beispielsweise als Vorstufe für ein nahtloses Rohr verwendet werden kann, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Vorstufen bei der Herstellung eines nahtlosen Rohres mit sehr homogener Wanddickenverteilung und folglich mit einer sehr geringen Exzentrizität. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Hohlblock mit geringen Schwankungen der Exzentrizität entlang des Hohlblockes hergestellt werden, und es können die qualitativen und quantitativen Schwankungen der Exzentrizitätsverläufe zwischen verschiedenen, nacheinander produzierten Hohlblöcken deutlich verringert werden.Since such a hollow block can be used for example as a precursor for a seamless tube, the inventive method for producing tubular precursors in the production of a seamless tube with very homogeneous wall thickness distribution and thus with a very low eccentricity. With the method according to the invention, a hollow block with small eccentricity variations along the hollow block can be produced, and the qualitative and quantitative variations in the courses of eccentricity between different hollow blocks produced in succession can be significantly reduced.
Durch das Verhindern kritischer, zu großer Exzentrizitäten können große Ausschussmengen beziehungsweise große Aufwände für das Nachbearbeiten der Hohlblöcke beziehungsweise der rohrförmigen Produkte und die damit verbundenen höheren Kosten deutlich reduziert beziehungsweise sogar vollständig verhindert werden.By preventing critical, too large eccentricities can large waste quantities or large expenses for reworking the Hollow blocks or the tubular products and the associated higher costs significantly reduced or even completely prevented.
Hohlblöcke, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, können insbesondere auch für die Herstellung von Präzisionsrohren verwendet werden, da insbesondere die technischen Anforderungen an die geometrischen Eigenschaften (beispielsweise an die Gleichmäßigkeit der Wanddickenverteilung und der Exzentrizitätsverteilung) von Präzisionsrohren vergleichsweise hoch sind.Hollow blocks which have been produced according to the method according to the invention can also be used in particular for the production of precision tubes, since in particular the technical requirements on the geometric properties (for example on the uniformity of the wall thickness distribution and the eccentricity distribution) of precision tubes are comparatively high.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Temperaturänderung in einer Temperaturänderungszone bewirkt, die radial zu der Mittelachse des Blockes beabstandet ist. Diese radial zur Mittelachse des Blockes beabstandete Temperaturänderungszone kann beispielsweise bis zur Außenkontur des Blockes reichen. Diese Ausführungsform ist von besonderem Vorteil, da neben der gezielten Temperaturänderung an der Stirnfläche selber auch über die Länge des Blockes eine Temperaturänderung gezielt eingestellt werden kann. Beispielsweise kann hierbei die Temperaturänderung durch Einwirken auf einen Teil der Länge der Mantelfläche des Blockes erfolgen, der an die Stirnseite des Blockes angrenzt.In one embodiment, the temperature change is effected in a temperature change zone that is radially spaced from the central axis of the block. This temperature change zone, which is radially spaced from the central axis of the block, can extend, for example, as far as the outer contour of the block. This embodiment is of particular advantage, since in addition to the targeted temperature change at the end face itself, a temperature change can be adjusted specifically over the length of the block. For example, in this case, the temperature change can be effected by acting on a part of the length of the lateral surface of the block, which adjoins the end face of the block.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Temperaturänderung, die in zumindest einer Temperaturänderungszone zumindest an der Anlochseite des Blockes bewirkt wird, eine Temperatursenkung. Wie bereits erwähnt, wird durch die Temperatursenkung eine Festigkeitssteigerung gegenüber weiteren Temperaturzonen im Block erzielt und damit eine Zentrierung und/oder Führung des Lochdorns bewirkt. Eine solche Temperatursenkung oder gezielte Abkühlung einer Temperaturänderungszone des Blockes kann beispielsweise erreicht werden mittels eines oder mehrerer der folgenden Verfahren:
- a) Applizieren von flüssigen Medien, beispielsweise Wasser, vorzugsweise als zusammenhängender Wasserstrahl,
- b) Applizieren von gasförmigen Medien, beispielsweise Wasserdampf, oder
- c) durch Festkörperkontakt in Form beispielsweise einer Projektionsmaske.
- a) application of liquid media, for example water, preferably as a coherent water jet,
- b) applying gaseous media, such as water vapor, or
- c) by solid state contact in the form of, for example, a projection mask.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Temperaturänderungszone, in der die lokale Temperaturänderung bewirkt wird, die Mittelachse des Blockes und die Temperaturänderung ist eine Temperaturerhöhung. Diese Temperaturänderungszone wird auch als innere Temperaturzone bezeichnet. Bei einem Blockdurchmesser von 210 mm kann diese Temperaturzone beispielsweise einen Durchmesser von 40 mm aufweisen. Der Durchmesser der inneren Temperaturzone, die die Temperaturänderungszone darstellt, das heißt in der die Temperatur geändert wird, kann erfindungsgemäß beispielsweise 25%, vorzugsweise 20% des Blockdurchmessers betragen. Der Durchmesser des beispielsweise axialsymmetrischen Werkzeuges (beispielsweise eines Lochdorns), das in diese innere Temperaturzone eingeführt wird und in der ersten Prozessphase des Lochungsvorgangs mit dem Blockwerkstoff in Kontakt kommt, kann beispielsweise 30 mm betragen. Der Durchmesser des axialsymmetrischen Werkzeuges (beispielsweise eines Lochdorns) in jener Zone des Werkzeuges, der in einer späteren Prozessphase des Lochungsvorgangs mit dem Blockwerkstoff in Kontakt kommt, kann beispielsweise 130 mm betragen. Die Temperatur nahe der Mittelachse des Blockes und somit im Zentrum der inneren Temperaturzone kann beispielsweise bis 1200 °C betragen und die Temperatur in der äußeren Temperaturzone in der Nähe der Mantelfläche des Blockes beispielsweise 950 °C. Diese Abmessungen und Temperaturen stellen lediglich Beispiele dar und sind daher nicht beschränkend bezüglich der erfindungsgemäßen Idee. Die Temperaturdifferenz, die zwischen der Außenseite des Blockes und der Mittelachse eingestellt wird, das heißt die Differenz zwischen einer inneren Temperaturzone und einer äußeren Temperaturzone kann beispielsweise 40%, vorzugsweise 20% der Temperatur der Temperaturzone mit der höchsten Temperatur betragen.According to another embodiment, the temperature change zone in which the local temperature change is effected comprises the center axis of the block and the temperature change is a temperature increase. This temperature change zone is also referred to as the internal temperature zone. For example, with a block diameter of 210 mm, this temperature zone may have a diameter of 40 mm. The diameter of the inner temperature zone, which represents the temperature change zone, that is, in which the temperature is changed, according to the invention may for example be 25%, preferably 20% of the block diameter. The diameter of the, for example, axially symmetric tool (for example a piercer) which is introduced into this inner temperature zone and comes into contact with the block material in the first process phase of the piercing process can be, for example, 30 mm. The diameter of the axisymmetric tool (for example, a piercer) in that zone of the tool, which comes into contact with the block material in a later process phase of the punching process, may for example be 130 mm. The temperature near the central axis of the block, and thus in the center of the inner temperature zone, can be, for example, up to 1200 ° C. and the temperature in the outer temperature zone in the vicinity of the outer surface of the block, for example 950 ° C. These dimensions and temperatures are merely examples and therefore are not limitative of the inventive idea. The temperature difference set between the outside of the block and the central axis, that is, the difference between an inner temperature zone and an outer temperature zone may be, for example, 40%, preferably 20% of the temperature of the highest temperature temperature zone.
Bei der Ausführungsform, bei der eine innere Temperaturzone mit erhöhter Temperatur erzeugt wird, wird somit an der Eintrittsstelle eines Werkzeuges und insbesondere eines Lochdorns, die im Regelfall im Zentrum auf der Stirnfläche liegt und damit die Mittelachse des Blockes umfasst, die Festigkeit des Blockmaterials verringert und das Einführen des Werkzeuges, insbesondere des Lochdorns, in den Block erleichtert. Zudem kann die Temperaturerhöhung auch derart groß gewählt werden, dass aufgrund dieser erhöhten Temperatur das Blockmaterial in der Temperaturänderungszone aufgeschmolzen wird und somit vor dem Kontakt mit dem Werkzeug, insbesondere des Lochdorns, von der Stirnseite des Blockes entfernt werden kann.In the embodiment in which an inner temperature zone with increased temperature is generated, is thus at the entry point of a tool and in particular a piercer, which is usually in the center on the end face and thus comprises the central axis of the block, reduces the strength of the block material and facilitates the insertion of the tool, in particular the piercer, into the block. In addition, the temperature increase can also be chosen so large that due to this elevated temperature, the block material is melted in the temperature change zone and thus can be removed from contact with the tool, in particular the piercer, from the front side of the block.
Die erfindungsgemäß bewirkte Temperaturänderung erfolgt vorzugsweise durch eine äußere Einflussnahme auf den Block. Die äußere Einflussnahme wird auch als Einwirken bezeichnet. Das Einwirken erfolgt erfindungsgemäß nur auf einen Teil der Oberfläche des Blockes. Zum Einwirken kann beispielsweise ein Strahl auf einen Teil der Oberfläche des Blockes gerichtet werden. Der Strahl kann einen Medienstrahl darstellen oder ein Strahl von elektromagnetischen Wellen sein.The temperature change effected according to the invention is preferably effected by an external influence on the block. The external influence is also referred to as action. The action takes place according to the invention only on a part of the surface of the block. To act, for example, a beam can be directed to a part of the surface of the block. The beam may be a media beam or a beam of electromagnetic waves.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die lokale Temperaturänderung durch Einwirken auf einen Teil einer der Stirnseiten des Blockes. Bei dieser Ausführungsform wird die Temperaturänderungszone ausschließlich von der Stirnfläche des Blockes ausgebildet. Beim Einwirken auf einen Teil der Stirnfläche des Blockes wird zumindest ein weiterer Teil der Stirnfläche durch das Einwirken nicht unmittelbar beeinflusst. Wird beispielsweise ein Strahl auf den Randbereich der Stirnfläche gerichtet, so wird die Temperaturänderungszone im Randbereich der Stirnfläche gebildet. In der Mitte der Stirnfläche, das heißt im Bereich der Mittelachse des Blockes hingegen wird die vorher eingestellte Temperatur weitestgehend erhalten bleiben. Durch Einwirken auf einen Teil der Stirnfläche des Blockes kann somit eine Temperaturverteilung über die Stirnfläche des Blockes, insbesondere der Anlochfläche und der Anlochzone, exakt eingestellt werden. Ein solch exaktes Einstellen der Temperaturverteilung in der Stirnfläche und der Anlochzone ist bei einem ausschließlichen Einwirken auf die Mantelfläche des Blockes nicht reproduzierbar einstellbar. Die Stirnfläche des Blockes, auf die durch Einwirken eine lokale Temperaturänderung bewirkt wird, kann zusätzlich zu der Anlochfläche auch die Durchlochfläche sein.According to one embodiment, the local temperature change takes place by acting on a part of one of the end faces of the block. In this embodiment, the temperature change zone is formed solely by the end face of the block. When acting on a part of the end face of the block at least a further part of the end face is not directly influenced by the action. If, for example, a beam is directed onto the edge region of the end face, then the temperature change zone is formed in the edge region of the end face. In the middle of the end face, that is, in the region of the center axis of the block, however, the previously set temperature will be largely retained. By acting on a part of the end face of the block thus a temperature distribution over the end face of the block, in particular the Anlochfläche and the Anlochzone, can be adjusted exactly. Such an exact adjustment of the temperature distribution in the end face and the Anlochzone is not reproducibly adjustable in an exclusive action on the lateral surface of the block. The end face of the block, on which by acting a local temperature change is effected, may be in addition to the Anlochfläche also the through hole area.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die lokale Temperaturänderung durch Einwirken auf einen Teil einer der Stirnflächen des Blockes und auf ein an diese Stirnfläche angrenzendes Teilstück der Länge der Mantelfläche des Blockes, wobei die Länge des Teilstücks der Mantelfläche geringer ist als die Länge des Blockes. Bei dieser Ausführungsform stellt vorzugsweise der Randbereich der Stirnfläche des Blockes die Temperaturänderungszone dar. Bei dieser Ausführungsform kann die Länge der Temperaturänderungszone durch das zusätzliche Einwirken auf die Mantelfläche des Blockes gegenüber einem reinen Einwirken auf einen Teil der Stirnfläche vergrößert werden.According to a further embodiment, the local temperature change takes place by acting on a part of one of the end faces of the block and on an adjacent to this end face portion of the length of the lateral surface of the block, wherein the length of the portion of the lateral surface is less than the length of the block. In this embodiment, preferably, the edge portion of the end face of the block represents the temperature change zone. In this embodiment, the length of the temperature change zone can be increased by acting on the peripheral surface of the block rather than acting solely on a part of the end face.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Temperaturänderungszone, in der eine Temperaturänderung bewirkt wird, über maximal 1/3, insbesondere maximal 1/4 der Länge des Blockes. Hierdurch kann zum einen beispielsweise in der Anlochzone die gewünschte Temperaturvereilung, die zu einem Zentrieren eines Lochdorns führt, eingestellt werden, der weitere Bereich des Blockes weist aber weiterhin eine homogene Temperaturverteilung auf, wodurch eine gleichmäßige Umformung nach der Einführung des Lochdorns gewährleistet werden kann.According to a preferred embodiment, the temperature change zone, in which a temperature change is effected, extends over a maximum of 1/3, in particular a maximum of 1/4 of the length of the block. In this way, for example, in the Anlochzone the desired Temperaturvereilung that leads to a centering of a piercer can be adjusted, the other area of the block but still has a homogeneous temperature distribution, whereby a uniform deformation after the introduction of the piercing pin can be ensured.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorzugsweise ein Medienstrahl auf einen Teil der Anlochseite, insbesondere der Anlochfläche, und gegebenenfalls zusätzlich auf einen Teil der Durchlochseite, insbesondere der Durchlochfläche, des Blockes gerichtet. Hierdurch kann ein gezieltes Einstellen einer Temperaturverteilung an der betreffenden Stirnseite des Blockes gewährleistet werden. Alternativ oder zusätzlich kann zu der Beaufschlagung eines Teils der Stirnseite (oder der beiden Stirnseiten) des Blockes mit einem Medienstrahl auch ein Teil der Länge der Mantelfläche des Blockes mit einem Medienstrahl beaufschlagt werden. Insbesondere kann diese Beaufschlagung in der Anlochzone des Blockes und/oder in der Durchlochzone zu einer Temperatursenkung an der Mantelfläche genutzt werden, um eine Führung des Werkzeuges, insbesondere des Lochdorns, zu erzielen. Alternativ zur Beaufschlagung mit einem Medienstrahl kann erfindungsgemäß auch eine Temperaturänderung durch Änderung der Umgebungsbedingungen erfolgen. So kann beispielsweise eine Projektionsmaske oder ein Kühlring vor einen Teil der Stirnfläche gebracht oder um einen Teil der Länge der Mantelfläche herum angeordnet werden, so dass eine Senkung der Temperatur des Blockmaterials mittels Konvektion erzielt wird.According to one embodiment, a media jet is preferably directed to a part of the hole side, in particular the hole surface, and optionally additionally to a part of the through hole side, in particular the through hole surface, of the block. In this way, a targeted setting of a temperature distribution at the relevant end face of the block can be ensured. Alternatively or additionally, a part of the length of the lateral surface of the block can also be acted upon with a media jet to act on a part of the front side (or both end faces) of the block with a media jet. In particular, this admission in the Anlochzone of the block and / or in the Durchlochzone to a temperature reduction on the lateral surface can be used to achieve a guide of the tool, in particular the piercer. As an alternative to exposure to a media jet, according to the invention, a temperature change can also be effected by changing the ambient conditions. Thus, for example, a projection mask or a cooling ring can be brought before a part of the end face or arranged around part of the length of the lateral surface, so that a lowering of the temperature of the block material by means of convection is achieved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt der metallische Block einen Rundblock dar. Bei dieser Blockform können die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft genutzt werden, da bei solchen Blöcken in der Regel ein Hohlblock hergestellt wird, der eine über den Umfang homogene Wandstärke aufweisen soll, um später zu Rohren weiterverarbeitet zu werden. Somit sind die Temperaturänderungszonen, in denen erfindungsgemäß eine Temperaturänderung vorgenommen werden soll, in Umfangsrichtung des Blockes gleichbleibend. Das Einstellen einer gewünschten Temperatur und demzufolge einer gewünschten Temperaturverteilung ist bei einer solchen Form von Temperaturänderungszonen leichter zu gewährleisten.According to a preferred embodiment, the metallic block represents a round block. In this block form, the advantages of the method according to the invention can be used particularly advantageously since in such blocks usually a hollow block is produced, which should have a homogeneous wall thickness over the circumference, to later to be processed into tubes. Thus, the temperature change zones, in which according to the invention a temperature change is to be made, in the circumferential direction of the block are constant. The setting of a desired temperature and thus a desired temperature distribution is easier to ensure in such a form of temperature change zones.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Block zumindest vor dem Bewirken und/oder während des Bewirkens der lokalen Temperaturänderung um seine eigene Mittelachse rotiert.According to a preferred embodiment, the block is rotated about its own central axis at least before effecting and / or while causing the local temperature change.
Das Rotieren des Blockes um seine Mittelachse, die auch als die Hauptachse oder Zentrumsachse des Blockes bezeichnet werden kann, vor dem Lochungsvorgang bewirkt insbesondere, dass der Block für die anschließende Temperaturänderung und insbesondere Einstellung einer Temperaturverteilung auf der Stirnfläche bezüglich der Mittelachse des Blockes zentriert wird. Auf diese Weise können dann auch Projektionselemente, die auch als Temperatureinstellungsvorrichtungen bezeichnet werden können, zu der Mittelachse des Blockes zuverlässig ausgerichtet werden und das Erzeugen rotationssymmetrischer Temperaturzonen kann gewährleistet werden.Rotating the block about its central axis, which may also be referred to as the main axis or center axis of the block, prior to the piercing operation, in particular, causes the block to be centered for the subsequent temperature change and, in particular, adjustment of a temperature distribution on the face relative to the center axis of the block. In this way, then projection elements, which can also be referred to as temperature adjustment devices, aligned to the center axis of the block reliably be and generating rotationally symmetric temperature zones can be guaranteed.
Ein Rotieren des Blockes um seine Mittelachse während des Bewirkens der lokalen Temperaturänderung kann insbesondere dazu genutzt werden, Blockmaterial, das durch eine Temperaturerhöhung geschmolzen wurde oder Kühlmittel, das auf die Stirnfläche aufgebracht wurde, von der Stirnfläche des Blockes aufgrund der bei der Rotation entstehenden Fliehkraftwirkung zu entfernen.Rotating the block about its central axis while effecting the local temperature change can be used, in particular, for block material which has been melted by an increase in temperature or coolant which has been applied to the end face of the end face of the block due to the centrifugal force generated during the rotation remove.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bewirken der Temperaturänderung durch Projizieren zumindest eines Strahls auf eine der Stirnseiten des Blockes, und es wird vorzugsweise ein Projektionselement zum Projizieren verwendet, das zu dem Block beabstandet angeordnet ist.According to a preferred embodiment, the temperature change is effected by projecting at least one jet onto one of the end faces of the block, and preferably a projecting element is used for projecting, which is arranged at a distance from the block.
Unter "Projizieren" ist hier insbesondere das Übertragen einer Temperaturverteilung auf die Stirnfläche des Blockes durch gezielte Abkühlung oder Erwärmung von außen (von einem Referenzobjekt) in beispielsweise orthogonaler Richtung auf die Stirnfläche zu verstehen.By "projecting" is meant in particular the transfer of a temperature distribution on the end face of the block by targeted cooling or heating from the outside (from a reference object) in, for example, orthogonal direction on the end face.
Das Projizieren soll vorzugsweise im Bereich der vorderen Stirnfläche, das heißt der Anlochfläche, und gegebenenfalls auch im Bereich der hinteren Stirnfläche, das heißt der Durchlochfläche, erfolgen. Als Projektionselement wird eine Vorrichtungskomponente bezeichnet, durch die zumindest ein Strahl auf eine der Stirnflächen des Blockes gerichtet und übertragen werden kann. Der Strahl kann ein Medienstrahl sein, das heißt ein Medium, wie beispielsweise Luft oder Wasser, umfassen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Strahl einen Strahl elektromagnetischer Wellen darstellt.The projecting should preferably take place in the area of the front end face, that is to say the hole area, and optionally also in the area of the rear end face, that is to say the through hole area. As a projection element, a device component is designated by which at least one beam can be directed to one of the end faces of the block and transmitted. The jet may be a media jet, that is a medium such as air or water. Alternatively, it is also possible that the beam represents a beam of electromagnetic waves.
Indem das Projektionselement zu dem Block beabstandet vorgesehen ist, kann der Block auch während des Bewirkens der Temperaturänderung bewegt, beispielsweise um dessen Mittelachse gedreht oder permanent rotiert werden. Darüber hinaus ist die Verwendung eines beabstandeten Projektionselementes von Vorteil, da dieses nach dem Projizieren relativ einfach von der Position auf der Mittelachse des Blockes zu einer anderen Position bewegt werden kann und somit folglich der Raum geschaffen wird, um beispielsweise den Lochdorn oder ein anderes Werkzeug an dieser Stelle vor der Stirnfläche des Blockes zu positionieren.By providing the projection member spaced from the block, the block may also be moved while effecting the temperature change, for example rotated about its central axis or rotated permanently. In addition, it is the use of a spaced projection element of advantage, as this can relatively easily be moved from the position on the central axis of the block to another position after projecting and thus consequently the space is created, for example, before the piercer or other tool at this point to position the end face of the block.
Durch die Verwendung des so genannten Projektionselementes kann über den hiermit auf den Block gerichteten Strahl die Temperaturverteilung und damit die Festigkeitsverteilung insbesondere auf der Stirnfläche des Blockes gezielt beeinflusst werden.Through the use of the so-called projection element, the temperature distribution and thus the strength distribution, in particular on the end face of the block, can be influenced in a targeted manner via the beam directed onto the block.
Vorzugsweise umfasst das Projektionselement mindestens ein Düsenelement. Die Düsenelemente sind an dem Projektionselement entsprechend der Temperaturänderungszone angeordnet, deren Temperatur durch den Strahl geändert werden soll. Vorzugsweise sind die Düsenelemente somit ringförmig angeordnet, oder das Projektionselement umfasst eine einzige ringförmige Düse. Das daraus resultierende ringförmige Projektionselement wird vorzugsweise bezüglich der Mittelachse des Blockes zentrisch ausgerichtet. Die Düsen des Düsenelementes sind dabei so ausgerichtet, dass diese einen Strahl parallel zu der Mittelachse des Blockes und damit auch parallel zu der Mittelachse des Projektionselementes abgeben. Somit kann insbesondere eine ringförmige Temperaturänderungszone im Abstand zu der Mittelachse mit dem Strahl oder den Strahlen beaufschlagt werden und so insbesondere eine definierte Verringerung der Temperatur in dieser Temperaturänderungszone erzielt werden. Die Temperaturänderungszone ist dabei zu der Mittelachse des Blockes rotationssymmetrisch.Preferably, the projection element comprises at least one nozzle element. The nozzle elements are arranged on the projection element corresponding to the temperature change zone whose temperature is to be changed by the beam. Preferably, the nozzle elements are thus arranged annularly, or the projection element comprises a single annular nozzle. The resulting annular projection is preferably centered with respect to the central axis of the block. The nozzles of the nozzle element are aligned so that they emit a beam parallel to the central axis of the block and thus also parallel to the central axis of the projection element. Thus, in particular, an annular temperature change zone at a distance from the central axis can be acted upon by the jet or the beams and, in particular, a defined reduction in the temperature in this temperature change zone can be achieved. The temperature change zone is rotationally symmetric to the central axis of the block.
Gemäß einer Ausführungsform wird zumindest ein Kühlmittelstrahl und insbesondere bevorzugt ein Wasserstrahl auf die Stirnseite, insbesondere auf einen Teil der Stirnfläche, des Blockes gerichtet. Der Wasserstrahl kann durch ein Projektionselement, das ein ringförmiges Element mit Wasserdüsen darstellt, auf die Stirnfläche des Blockes gerichtet werden. Zusätzlich ist es auch möglich, einen Wasserstrahl auf die Mantelfläche des Blockes im Bereich der Stirnseite zu richten. Dies kann beispielsweise durch ein Düsenelement erfolgen, das ringförmig um den Block angeordnet ist und an dem Düsen radial nach innen gerichtet sind.According to one embodiment, at least one coolant jet, and in particular a water jet, is directed onto the end face, in particular onto a part of the end face, of the block. The jet of water can by a projection element, which is an annular element with water nozzles, on the Be directed face of the block. In addition, it is also possible to direct a jet of water on the lateral surface of the block in the region of the front side. This can be done for example by a nozzle member which is arranged annularly around the block and are directed radially inward on the nozzle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zumindest ein Strahl, insbesondere ein Sauerstoffstrahl, auf die Stirnseite des Blockes gerichtet zur Erzeugung einer exothermen Reaktion an der Stirnfläche und im angrenzenden Inneren des Blockes. Bei dieser Ausführungsform wird der Strahl vorzugsweise auf den Bereich um die Mittelachse des Blockes gerichtet. Der Strahl kann hierbei auf einen Bereich gerichtet werden, der ausschließlich in der Mittelachse des Blockes liegt oder die zusätzlich noch einen Bereich um die Mittelachse umfasst. Durch die exotherme Reaktion wird die Temperatur in dieser Temperaturänderungszone so weit gesteigert, dass das Blockmaterial in dieser Temperaturänderungszone aufgeschmolzen wird. Um das aufgeschmolzene Blockmaterial von dem Block zu entfernen, wird dieser vorzugsweise bei hohen Drehzahlen um seine Mittelachse gedreht, so dass ein zur Stirnseite offener Hohlraum (Kaverne) entsteht, der näherungsweise rotationssymmetrisch bezüglich der Mittelachse ist. Dieser Hohlraum dient einem anschließend einzuführenden Lochdorn oder einem anderen Werkzeug als Vorlochung und zentriert so den Lochdorn beziehungsweise das Werkzeug. Ein Vorteil einer solchen Art der Einbringung einer Vorlochung besteht darin, dass keine weiteren Materialien dem Block zugeführt werden, die gegebenenfalls mit dem Blockmaterial reagieren könnten. Dies ist bei einem Aufschmelzen mittels Kohlelichtbogen in der Stirnfläche zu befürchten, bei dem von einer Aufkohlung des Blockmaterials und damit von einer erhöhten Brüchigkeit auszugehen ist.According to a further embodiment, at least one jet, in particular an oxygen jet, is directed towards the face of the block to produce an exothermic reaction at the face and in the adjacent interior of the block. In this embodiment, the beam is preferably directed to the area around the central axis of the block. In this case, the beam can be directed to a region which lies exclusively in the central axis of the block or which additionally comprises a region around the central axis. Due to the exothermic reaction, the temperature in this temperature change zone is increased so much that the block material is melted in this temperature change zone. In order to remove the molten block material from the block, it is preferably rotated at high speeds about its central axis, so as to form a cavity open to the front (cavern), which is approximately rotationally symmetrical with respect to the central axis. This cavity serves as a pre-perforation for a punch mandrel or other tool to be inserted thereafter and thus centers the piercer or the tool. An advantage of such a method of introducing a pre-punch is that no further materials are fed to the block, which could possibly react with the block material. This is to be feared in a melting by carbon arc in the face, in which a carburization of the block material and thus increased friability is assumed.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird zumindest ein elektromagnetischer Strahl, der über zumindest einen Reflektor von der Stirnseite des Blockes aus reflektiert wird, auf die Stirnseite des Blockes gerichtet. Hierdurch kann ein Erwärmen, das heißt ein Aufheizen der Zentrumszone der Stirnfläche (und folglich eine Temperaturerhöhung) in der unmittelbaren Umgebung der Mittelachse des Blockes mit Hilfe eines Strahlungsreflektors erfolgen, der in definiertem axialen Abstand von der betreffenden Stirnfläche des Blockes angeordnet ist. Vorzugsweise wird nur ein einziger Strahlungsreflektor verwendet, um einen Strahl auf die Stirnseite des Blockes und insbesondere auf die Zentrumszone der Stirnfläche zu konzentrieren. Der Abstand des Reflektors von der Stirnfläche ist entsprechend der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung auszulegen. Der elektromagnetische Strahl, der auf die Stirnfläche gerichtet wird, ist vorzugsweise eine Reflexion der Wärmestrahlung der Stirnfläche selbst. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das zusätzliche Bereitstellen eines Mediums, wie Sauerstoff, zur Erzielung einer Temperaturerhöhung an der Stirnfläche nicht erforderlich ist. Bei der Verwendung der Wärmestrahlung des Blockes zur Temperaturerhöhung in zumindest einer Temperaturänderungszone des Blockes wird die Temperatur in der erwärmten Temperaturänderungszone in der Regel unterhalb der Schmelztemperatur des Blockmaterials liegen und dieses somit nicht aufschmelzen. Dennoch werden durch eine solche Temperaturerhöhung, insbesondere in der Zentrumszone der Stirnfläche ein Zentrieren des Werkzeugs, insbesondere des Lochdorns, und eine Führung des Werkzeuges, insbesondere des Lochdorns, gewährleistet, da die Temperatur der umliegenden Temperaturzone geringer ist als in der Zentrumszone, die die Temperaturänderungszone darstellt.According to an alternative embodiment, at least one electromagnetic beam, which is reflected by at least one reflector from the front side of the block, directed to the front side of the block. As a result, heating, that is, heating of the center zone of the end face (and consequently a temperature increase) in the immediate vicinity of the central axis of the block by means of a radiation reflector, which is arranged at a defined axial distance from the relevant end face of the block. Preferably, only a single radiation reflector is used to concentrate a beam on the face of the block, and in particular on the center zone of the face. The distance of the reflector from the end face is to be interpreted according to the wavelength of the electromagnetic radiation. The electromagnetic beam which is directed onto the end face is preferably a reflection of the heat radiation of the end face itself. This embodiment has the advantage that the additional provision of a medium, such as oxygen, is not required for achieving an increase in temperature at the end face. When using the heat radiation of the block to increase the temperature in at least one temperature change zone of the block, the temperature in the heated temperature change zone will generally be below the melting temperature of the block material and thus not melt it. Nevertheless, such a temperature increase, in particular in the center zone of the end face centering of the tool, in particular the piercer, and a guide of the tool, in particular the piercer, guaranteed because the temperature of the surrounding temperature zone is lower than in the center zone, which is the temperature change zone represents.
Gemäß einer Ausführungsform wird auch an jener der Anlochseite gegenüberliegenden Durchlochseite des Blockes zumindest in der Stirnfläche eine Temperaturänderung bewirkt. Die Stirnfläche der Anlochseite wird auch als vordere Stirnfläche bezeichnet. Die Stirnfläche der Durchlochseite wird auch als hintere Stirnfläche bezeichnet. Die Temperaturverteilung, die an der Durchlochseite eingestellt wird, kann der Temperaturverteilung an der Anlochseite entsprechen oder von dieser abweichen. Zudem kann die Temperaturverteilung auf der Durchlochseite des Blockes gleichartig oder auch andersartig als auf der Anlochseite des Blockes erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Temperaturerhöhung an der Anlochseite mittels eines Sauerstoffstrahls und an der Durchlochseite durch einen Reflexionsstrahl der Wärmestrahlung erzeugt werden.According to one embodiment, a temperature change is also effected at the through hole side of the block opposite the hole side, at least in the end face. The end face of the hole side is also referred to as the front end face. The end face of the through-hole side is also referred to as the rear end face. The temperature distribution set at the through hole side may be equal to or different from the temperature distribution at the hole side. In addition, the temperature distribution on the through-hole side of the block can be generated identically or otherwise than on the hole side of the block. For example, a temperature increase at the Anlochseite be generated by means of an oxygen jet and at the through hole side by a reflection beam of heat radiation.
Durch die Temperaturänderung an der Durchlochseite kann auch für die Endphase des Lochungsvorgangs eine Führung des Lochdorns oder eines anderen Werkzeuges geschaffen werden. Somit wird auch in der Durchlochzone, das heißt in der Nähe der Stirnseite der Durchlochseite, eine geringe Exzentrizität gewährleistet.Due to the change in temperature at the through-hole side, it is also possible for the end phase of the punching process to provide guidance of the piercing mandrel or another tool. Thus, a low eccentricity is ensured even in the through-hole zone, that is near the end face of the through-hole side.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Hohlblockes aus einem metallischen Block, die eine Halterung für den Block aufweist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest ein Projektionselement zur zumindest zonenweisen Temperaturänderung des Blockes in der Halterung umfasst, das auf einen Teil zumindest einer der Stirnseiten des Blockes gerichtet ist.According to a further aspect, the invention relates to a device for producing a metallic hollow block from a metallic block, which has a holder for the block. The device is characterized in that the device comprises at least one projection element for at least zone-wise temperature change of the block in the holder, which is directed to a part of at least one of the end sides of the block.
Die Halterung für den Block kann einteilig oder mehrteilig sein. Insbesondere kann die Halterung Rollen umfassen, die an der Mantelfläche des Blockes angreifen und diesen um dessen Mittelachse drehen können. Zusätzlich kann die Halterung zumindest ein Umformaggregat, das zur Lochung des Blockes dient, umfassen. Hierzu kann die Vorrichtung beispielsweise ein Schrägwalzwerk oder eine Lochpresse umfassen. Zusätzlich weist die Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlblockes zumindest ein Werkzeug, vorzugsweise in Form eines Lochdorns, auf. Das Werkzeug, insbesondere der Lochdorn, kann als separates Bauteil ausgestaltet sein und beispielsweise mit dem Umformaggregat zusammen als eine Vorrichtung vorliegen. Erfindungsgemäß kann die Halterung für den Block als Zusatzvorrichtung zu beispielsweise einem Schrägwalzwerk oder einer Lochpresse vorgesehen sein und entweder in diesen integriert oder separat dazu vorgesehen sein. Im ersten Fall ist es auch möglich, dass die Halterung durch einen Teil beispielsweise des Schrägwalzwerkes oder der Lochpresse gebildet wird.The holder for the block can be in one piece or in several parts. In particular, the holder may comprise rollers which engage on the lateral surface of the block and can rotate about its central axis. In addition, the holder may comprise at least one forming unit, which serves to punch the block. For this purpose, the device may comprise, for example, a cross rolling mill or a punch press. In addition, the device for producing a hollow block has at least one tool, preferably in the form of a piercer. The tool, in particular the piercer, can be designed as a separate component and, for example, together with the forming unit as a device. According to the invention, the holder for the block can be provided as an additional device to, for example, a cross rolling mill or a punch press and either integrated into it or provided separately therefrom. In the first case, it is also possible that the holder is formed by a part of, for example, the cross rolling mill or the punch press.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zumindest ein Projektionselement, das auch als Temperatureinstellungsvorrichtung bezeichnet werden kann, zur zumindest zonenweisen Temperaturänderung des Blockes in der Halterung, die auf einen Teil, das heißt einen Teilbereich, zumindest einer der Stirnseiten des Blockes gerichtet ist.According to the invention, the device comprises at least one projection element, which may also be referred to as a temperature setting device, for the at least zonal temperature change of the block in the holder, which is directed to a part, that is, a partial area, at least one of the end sides of the block.
Insofern unterscheidet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung von einem Ofen, bei dem nicht ein Teil oder Teilbereich einer Stirnseite gezielt erwärmt werden kann.In this respect, the device according to the invention differs from a furnace, in which not a part or partial area of an end face can be specifically heated.
Das Projektionselement ist vorzugsweise zur Halterung für den Block und zum Block beabstandet angeordnet. Das Projektionselement ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass diese gegenüber der Halterung des Blockes bewegt werden kann. Hierdurch kann zum einen während der Einstellung der Temperatur am Block ein gewünschter oder definierter Abstand eingestellt werden. Zum anderen kann bei dieser Ausführungsform das Projektionselement auch von der Halterung entfernt werden, um beispielsweise den Lochdorn zum Block führen zu können. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Block zum Lochen aus der Halterung entnommen und in ein Umformaggregat, beispielsweise ein Schrägwalzwerk oder eine Lochpresse eingelegt wird, ohne dass das Projektionselement bewegt werden muss.The projection member is preferably spaced to support the block and the block. The projection element is preferably designed so that it can be moved relative to the holder of the block. In this way, on the one hand during the adjustment of the temperature at the block a desired or defined distance can be set. On the other hand, in this embodiment, the projection element can also be removed from the holder in order, for example, to be able to guide the piercer to the block. Alternatively, it is also possible that the block is removed from the holder for punching and inserted into a forming unit, for example a cross rolling mill or a punch press, without the projection element having to be moved.
Besonders bevorzugt ist das Projektionselement zu der Mittelachse des Blockes in der Halterung ausgerichtet. Hierdurch können gezielt Zonen, die zu der Mittelachse rotationssymmetrisch sind, behandelt werden und insbesondere die Temperatur in dieser Zone oder diesen Zonen verändert werden.Particularly preferably, the projection element is aligned with the central axis of the block in the holder. As a result, zones which are rotationally symmetrical to the central axis can be treated in a targeted manner, and in particular the temperature in this zone or these zones can be changed.
Das Projektionselement kann erfindungsgemäß beispielsweise eine Düse oder einen Düsenring darstellten. Alternativ kann beispielsweise auch ein Reflektor als Projektionselement verwendet werden. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung eine andere Art einer Temperatureinstellvorrichtung als Projektionselement zu verwenden, solange durch diese Temperatureinstellvorrichtung eine bereichsweise oder zonenweise Änderung der Temperatur zumindest an der Oberfläche des Blockes bewirkt werden kann.The projection element may according to the invention, for example, represent a nozzle or a nozzle ring. Alternatively, for example, a reflector can be used as a projection element. However, it is also within the scope of the invention to use a different type of temperature-adjusting device as a projection element, as long as a temperature change or zone-wise change in temperature can be effected at least on the surface of the block by this temperature adjustment.
Das Projektionselement kann zumindest eine Düse oder zumindest einen Reflektor umfassen. Gemäß der Ausführungsform, in der das Projektionselement Düsen umfasst, kann entweder eine einzige Düse verwendet werden, die vorzugsweise auf den Mittelpunkt der Stirnfläche gerichtet ist, oder es werden mehrere Düsen verwendet, die zu der Mittelachse des Blockes nach außen versetzt parallel zu der Mittelachse angeordnet sind. Im ersten Fall kann durch die Düse ein Medium, beispielsweise Sauerstoff zur Erzeugung einer exothermen Reaktion in der Stirnseite des Blockes, auf den Block abgegeben werden. Im zweiten Fall kann beispielsweise Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit zum Senken der Temperatur an der Zone der Stirnseite verwendet werden.The projection element may comprise at least one nozzle or at least one reflector. According to the embodiment in which the projection element comprises nozzles, either a single nozzle can be used, which is preferably directed to the center of the end face, or several nozzles are used, which are arranged offset to the central axis of the block outwardly parallel to the central axis are. In the first case, a medium, for example oxygen to produce an exothermic reaction in the face of the block, can be delivered to the block through the nozzle. In the second case, for example, water or another cooling liquid can be used to lower the temperature at the zone of the end face.
Wird ein Reflektor verwendet, so wird durch diesen vorzugsweise die Wärmestrahlung des Blockes von der Stirnseite an die Stirnseite zurückgeführt. Der Reflektor weist vorzugsweise eine gekrümmte Form auf, wodurch die auf den Reflektor auftreffenden Strahlen durch die Krümmung konzentriert auf bestimmte Zonen der Stirnseite des Blockes zurückgelenkt werden können.If a reflector is used, the heat radiation of the block is preferably returned from the front side to the front side through this. The reflector preferably has a curved shape, whereby the rays impinging on the reflector can be concentrated by the curvature concentrated back to certain zones of the front side of the block.
Das Projektionselement kann an der Anlochseite und/oder an der Durchlochseite des Blockes angeordnet sein. Als an einer der Seiten angeordnet wird in diesem Zusammenhang ein Projektionselement bezeichnet, das zu der jeweiligen Seite, insbesondere zu der jeweiligen Stirnfläche, beanstandet aber auf diese Seite gerichtet vorgesehen ist, das heißt auf die jeweilige Seite einwirken kann.The projection element can be arranged on the hole side and / or on the through hole side of the block. As arranged on one of the sides in this context, a projection member is referred to the respective side, in particular to the respective end face, objected but directed directed to this side, that can act on the respective side.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt.The device according to the invention is preferably designed for carrying out the method according to the invention.
Vorteile und Merkmale, die bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden, gelten - soweit anwendbar - entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung und umgekehrt. Vorteile und Merkmale werden daher gegebenenfalls nur einmalig erwähnt.Advantages and features that are described with regard to the method according to the invention apply - as far as applicable - correspondingly to the device according to the invention and vice versa. Advantages and features are therefore mentioned only once if necessary.
Die Erfindung wird im Folgenden erneut unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen und die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
Figur 1 : eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausführen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
Figur 2 : eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausführen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
Figur 3 : eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausführen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
Figur 4 : eine schematische Darstellung eines Blockes in einer Halterung gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
Figur 5 : eine schematische Darstellung des Exzentrizitätsverlaufs entlang eines gelochten Blockes nach dem Stand der Technik; -
Figur 6 : schematische Darstellungen eines Blockes mit und ohne eingeführtem Lochdorn; -
Figur 7 : schematische Darstellungen eines Blockes mit Lochdorn; -
Figur 8 : eine schematische Darstellung der Temperaturverteilung in einer Stirnfläche des Blockes; und -
Figur 9 : eine schematische Darstellung der Temperaturverteilung über die Länge des Blockes.
-
FIG. 1 a schematic view of an embodiment of the device according to the invention for carrying out an embodiment of the method according to the invention; -
FIG. 2 a schematic view of a further embodiment of the device according to the invention for carrying out a further embodiment of the method according to the invention; -
FIG. 3 a schematic view of a further embodiment of the device according to the invention for carrying out a further embodiment of the method according to the invention; -
FIG. 4 a schematic representation of a block in a holder according to an embodiment of the device according to the invention; -
FIG. 5 a schematic representation of the Exzentrizitätsverlaufs along a perforated block according to the prior art; -
FIG. 6 : schematic representations of a block with and without inserted piercer; -
FIG. 7 : schematic representations of a block with piercer; -
FIG. 8 a schematic representation of the temperature distribution in an end face of the block; and -
FIG. 9 : a schematic representation of the temperature distribution over the length of the block.
In
Eine Ausführungsform der Halterung, die zum Halten des Blockes 1 verwendet werden kann, ist in
Bei der Ausführungsform nach
Durch das Projektionselement 2 wird in der dargestellten Ausführungsform ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, auf den erwärmten Block 1 appliziert. Der Wasserstrahl 21 ist hierbei auf eine Temperaturänderungszone gerichtet, die von der Mittelachse M des Blockes 1 auf der Stirnfläche der Anlochseite 11 radial nach außen versetzt ist. Somit werden die in der
Das durch das Projektionselement 2 auf die Stirnfläche der Anlochseite 11 aufgebrachte Kühlmittel, insbesondere Wasser, wird aufgrund der Rotation (ROT) des Blockes 1 und die dadurch entstehende Fliehkraft in den in der Figur als Pfeilbögen dargestellten Bahnen von der Stirnseite der Anlochseite 11 abtransportiert.The applied by the
In den so vorbereiteten Block 1 kann an der Anlochseite 11 nun ein Werkzeug, das in der
Die in
In
Es sind auch Kombinationen der gezeigten Ausführungsformen des Verfahrens möglich. So kann beispielsweise eine Temperaturerhöhung in der inneren Temperaturzone 110 und gleichzeitig eine Temperatursenkung in der äußeren Temperaturzone 112 bewirkt werden. In diesem Fall bilden beide Temperaturzonen 110, 112 Temperaturänderungszonen, wobei aber die Temperaturänderung in den beiden Zonen unterschiedlich ist. Insbesondere ist in diesem Fall die Temperaturänderung in der einen Temperaturänderungszonen 110 eine Temperaturerhöhung und der anderen Temperaturänderungszonen 112 eine Temperatursenkung.Combinations of the illustrated embodiments of the method are also possible. For example, a temperature increase in the
Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, eine gradierte und bezüglich der Mittelachse des Blockes rotationssymmetrische Temperaturverteilung zumindest auf die Stirnfläche des Blockes zu projizieren und folglich eine entsprechende Fließspannungsverteilung im Block - insbesondere in der Anlochzone des Blockes - zu erzeugen. Diese Temperatur- und Festigkeitsverteilung im Block dient als quasi körpereigener, zentrischer und rotationssymmetrischer Führungsring, der den Lochdorn während des Lochungsvorgangs zentrisch bezüglich der Mittelachse des Blockes führt. Die Führung erfolgt hierbei über eine quasi unsichtbare Kraftwirkung über die im Block erzeugte definierte Festigkeitsverteilung. Die Temperaturverteilung und Kraftwirkungen in dem Block sind in den
Der radiale Verlauf des einzustellenden Temperaturgradienten kann hierbei unterschiedlich gestaltet sein. Grundsätzlich gilt naturgemäß, dass die Führungswirkung beim Lochungsvorgang hierbei tendenziell umso stärker sein wird, je stärker die rotationssymmetrische Gradierung der Temperaturverteilung ausgebildet ist, das heißt je größer der maßgebliche Temperaturgradient in radialer Richtung bezüglich der Mittelachse des Blockes ist.The radial course of the temperature gradient to be set can be designed differently here. In principle, it is naturally true that the guiding effect during the punching process will tend to be stronger the more the rotationally symmetric gradation of the temperature distribution is formed, that is, the larger the relevant temperature gradient in the radial direction with respect to the center axis of the block.
Die Mittelachse des Blockes, auch Hauptachse des Blockes oder Zentrumsachse des Blockes genannt, ist quasi die Symmetrieachse in der mittleren Zone des Blockes und ist als Mittelachse ohne beispielsweise die verquetschten Enden des Blockes, die während der Herstellung des Blockes entstehen können, zu verstehen. Naturgemäß ist die Geometrie eines zylindrischen Blockes in der Realität keinesfalls ideal rotationssymmetrisch. Für die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist diese in der Realität nur näherungsweise gültige Annahme einer idealen Rotationssymmetrie der Geometrie des Blockes hinreichend. Die streng genommen in der Realität nicht vollkommene Rotationssymmetrie des Blockes schränkt die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht ein.The central axis of the block, also called the main axis of the block or center axis of the block, is quasi the axis of symmetry in the middle zone of the block and is to be understood as a central axis without, for example, the pinched ends of the block which may arise during the manufacture of the block. Naturally, the geometry of a cylindrical block in reality is by no means ideally rotationally symmetric. For the effectiveness of the method according to the invention, this assumption of an ideal rotational symmetry of the geometry of the block, which is only approximately valid in reality, is sufficient. Strictly speaking in reality not perfect rotational symmetry of the block does not limit the effectiveness of the method according to the invention.
Durch die erfindungsgemäß einstellbare Temperaturverteilung können folgende Wirkungen beim anschließenden oder gleichzeitigen Lochen des Blockes erzielt werden:
- 1) Führen zu Beginn des Lochungsvorgangs mittels einer gradierten, definierten, rotationssymmetrischen Temperaturverteilung auf der Anlochseite, das heißt auf der vorderen Stirnfläche, des Blockes.
- 2) Zentrisches Führen des Lochdorns am Ende des Lochungsvorgangs durch Erzeugen einer gradierten, definierten, rotationssymmetrischen Temperaturverteilung auf der Durchlochseite, das heißt auf der hinteren Stirnfläche, des Blockes.
- 3) Zentrisches Führen des Lochdorns während des gesamten Lochungsvorgangs durch Erzeugen einer gradierten, definierten, rotationssymmetrischen Temperaturverteilung auf der gesamten Mantelfläche des Blockes.
- 1) guide at the beginning of the punching process by means of a graded, defined, rotationally symmetrical temperature distribution on the Anlochseite, that is, on the front end face of the block.
- 2) Centric guiding of the piercing mandrel at the end of the piercing process by generating a graded, defined, rotationally symmetric temperature distribution on the through-hole side, that is to say on the rear end face, of the block.
- 3) Centric guiding the piercer during the entire punching process by generating a graded, defined, rotationally symmetric temperature distribution over the entire surface of the block.
Zur Erzeugung der gewünschten, zentrierenden Kraftwirkung auf den Lochdorn, das heißt in Richtung auf die Mittelachse des Blockes, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperaturverteilung auf der Stirnfläche des Blockes und dementsprechend die Verteilung der Fließspannung des Blockwerkstoffs derart eingestellt, dass die höchste Temperatur und dementsprechend niedrigste Fließspannung innerhalb des Blockes auf der Mittelachse vorliegt. Mit größerem radialen Abstand von der Mittelachse soll das Temperaturniveau der einzustellenden Temperaturverteilung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren abnehmen und folglich die Fließspannung grundsätzlich ansteigen. Die um die Mittelachse herum entstehende Temperaturzone mit einer im Vergleich zur äußeren Randzone höheren Temperatur und folglich mit einer geringeren Fließspannung des Blockwerkstoffs bewirkt, dass der Blockwerkstoff sich derart um den Lochdorn herum plastisch umformt, so dass eine möglichst rotationssymmetrische Materialverteilung und demzufolge möglichst geringe Exzentrizität des gelochten Blockes und eine möglichst homogene Wanddickenverteilung resultiert.To generate the desired, centering force on the piercer, that is, in the direction of the central axis of the block, the temperature distribution on the end face of the block and, accordingly, the distribution of the yield stress of the block material is adjusted such that the highest temperature and accordingly lowest yield stress within the block on the central axis. With a greater radial distance from the central axis, the temperature level of the temperature distribution to be set should decrease in accordance with the method according to the invention, and consequently the yield stress should in principle increase. The resulting around the central axis around the temperature zone with a higher temperature compared to the outer edge zone and consequently with a lower yield stress of the block material causes the block material to plastically deform around the piercer, so that as rotationally symmetrical material distribution and therefore possible low eccentricity of the perforated block and the most homogeneous wall thickness distribution results.
Der grundlegende Mechanismus hierbei beruht darauf, dass durch die Rotationssymmetrie der gradierten, definierten Temperaturverteilung und folglich einer entsprechenden Festigkeitsverteilung im zu lochenden Block eine Zentrierwirkung erzielt wird. Der Mechanismus beziehungsweise die Funktionsweise beruht auf zwei maßgeblichen Eigenschaften, nämlich der Rotationssymmetrie der Festigkeitsverteilung im Block und dem radialen Gradienten auf die Festigkeitsverteilung im Block.The basic mechanism here is based on the fact that the centering effect is achieved by the rotational symmetry of the graded, defined temperature distribution and consequently a corresponding strength distribution in the block to be punched. The mechanism or mode of operation is based on two significant properties, namely the rotational symmetry of the strength distribution in the block and the radial gradient on the strength distribution in the block.
Hierbei bewirkt die Rotationssymmetrie der Festigkeitsverteilung im Block, dass die Rückstellkraft in die richtige Richtung wirkt, das heißt in radialer Richtung, zur Mittelachse des Blockes. Der radiale Gradient der Festigkeitsverteilung im Block bewirkt, dass die primär radial wirkende Rückstellkraft hinreichend groß ist und demzufolge die Lagekorrektur hinreichend schnell erfolgt.In this case, the rotational symmetry of the distribution of strength in the block causes the restoring force to act in the right direction, that is to say in the radial direction, to the central axis of the block. The radial gradient of the strength distribution in the block causes the primary radially acting restoring force is sufficiently large and therefore the position correction is sufficiently fast.
Im Fall eines großen radialen Gradienten wird erreicht, dass schon bei einer kleinen Auslenkung des Lochdorns die resultierende Rückstellkraft in der zur Auslenkung entgegengesetzten Richtung radial auf die Mittelachse des Blockes vergleichsweise groß und damit wirkungsstark ist. Hierdurch wird eine wirksame und schnelle Korrektur der Lage des Lochdorns erzielt.In the case of a large radial gradient is achieved that even with a small deflection of the piercer, the resulting restoring force in the direction opposite to the deflection direction radially to the central axis of the block is comparatively large and thus effective. As a result, an effective and rapid correction of the position of the piercing pin is achieved.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl beim Schrägwalzlochen (in der Regel mit einem nicht angetriebenen, rotierenden Lochdorn, einer Lochdornstange sowie mit angetriebenen, rotierenden Walzen) als auch beim Lochpressen (in der Regel mit rein translatorischer Bewegung des angetriebenen Lochdorns) angewendet werden.The method according to the invention can be used both in skew rolling (as a rule with a non-driven, rotating punch mandrel, a punch mandrel rod and driven, rotating rollers) and in hole pressing (usually with purely translational movement of the driven punch mandrel).
Der Durchmesser der Temperaturzone mit hoher Temperatur wird vorzugsweise in Abhängigkeit vom Durchmesser des Blockes und in Abhängigkeit vom Durchmesser des Blockes, des Lochdorns beziehungsweise der Lochdornspitze gewählt, beispielsweise wie folgt:
Hinsichtlich der geometrischen Eigenschaften des Blockes ist Folgendes zu berücksichtigen. Die Blöcke werden im Regelfall vom Knüppel abgetrennt, beispielsweise mittels der Trennverfahren Warmscheren oder Sägen. In Abhängigkeit vom verwendeten Trennverfahren ist demzufolge die Stirnfläche des Blockes im Regelfall nicht ideal kreisförmig, sondern weicht von der idealen Kreisform mehr oder weniger geringfügig ab.With regard to the geometric properties of the block, the following should be considered. As a rule, the blocks are separated from the billet, for example by means of the separation methods warm shears or saws. As a result, depending on the separation method used, the end face of the block is generally not ideally circular, but deviates more or less slightly from the ideal circular shape.
Neben der Form der Stirnfläche ist - insbesondere bei einer Verquetschung der Stirnfläche - auch die Lage der Stirnfläche von Bedeutung. Beispielsweise kann der Mittelpunkt der Blockstirnfläche - sowohl einer ideal kreisförmigen als auch einer nicht ideal kreisförmigen Stirnfläche - außerhalb der Mittelachse des Blockes liegen, das heißt zu dieser seitlich in radialer Richtung versetzt sein. Für die Zentrierung der zu erzeugenden Temperaturverteilung dient - aufgrund der im Regelfall nicht exakt kreisförmigen Stirnflächengeometrie - bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise die Mittelachse des Blockes maßgeblich als Bezug und nicht die Stirnfläche des Blockes.In addition to the shape of the end face, the position of the end face is of importance, in particular in the case of a squeezing of the end face. For example, the center of the block end face - both an ideal circular and a non-ideal circular end face - lie outside the central axis of the block, that is to be offset laterally in the radial direction. For the centering of the temperature distribution to be generated is used - due to the usually not exactly circular face geometry - in the inventive method preferably the central axis of the block significantly as a reference and not the end face of the block.
Die Ermittlung der Mittelachse für die Zentrierung des Blockes kann grundsätzlich auf verschiedene Arten erfolgen, beispielsweise optisch, mechanisch, mit Hilfe von anderen physikalischen Effekten oder Kombinationen von Effekten. Beim erfindungsgemäßen Verfahren soll die Zentrierung vorzugsweise auf folgende Weise erfolgen:
- Mittels einer Rotation des Blockes, erzeugt beispielsweise über eine Antriebsrolle und eine Lagerung zur freien Rotation (siehe
Figur 4 ).
- By means of a rotation of the block, generated for example via a drive roller and a bearing for free rotation (see
FIG. 4 ).
Zur Erzielung einer Zentrierung ist hierbei eine hinreichend präzise Positionierung des erfindungsgemäßen vorzugsweise verwendeten Projektionselements, beispielsweise einer Düse oder eines Reflektors, relativ zum Block maßgeblich. Hierfür ist der Ansatz, die zuvor ermittelte Lage der Mittelachse des Blockes als Zielposition für die Ausrichtung des erfindungsgemäßen Projektionselements zu wählen, sinnvoll. Die exakte Lage der Mittelachse des Blockes kann hierbei ermittelt werden als Zentrum der Rotationsachsen der Antriebs- und Führungsrollen (siehe
Als Drehzahl des Blockes beim Zentriervorgang gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise eine Drehzahl im dem Intervall n = 200 bis 800 min-1 = ca. 3,3 bis 13,3 s-1 verwendet werden. Bei solchen Drehzahlen kann der Abtransport des Kühlmittels, beispielsweise kühlendes Wasser, beziehungsweise der geschmolzenen Materialteilchen des Blockes zuverlässig und prozesssicher erfolgen.The rotational speed of the block during the centering process according to the method of the invention, for example, a speed in the interval n = 200 to 800 min -1 = about 3.3 to 13.3 s -1 are used. At such speeds, the removal of the coolant, for example, cooling water, or the molten material particles of the block can be done reliably and reliably.
Die Dauer für den Projiziervorgang (Abkühlen und/oder Erwärmen; beispielsweise Besprühen mit Wasser) kann beispielsweise im Intervall von t = 5 bis 15 s liegen.The duration for the projecting process (cooling and / or heating, for example spraying with water) may be, for example, in the interval from t = 5 to 15 s.
Als Druck (Wasserdruck) für den Projiziervorgang (Abkühlen, beispielsweise Besprühen mit Wasser), das heißt Wasserdruck, wird beispielsweise ein Druck im Intervall von p = ca. 6 bis 200 bar verwendet.As pressure (water pressure) for the projecting process (cooling, for example spraying with water), ie water pressure, for example, a pressure in the interval of p = about 6 to 200 bar is used.
Als Größe der Düsenöffnung (Querschnittsfläche, gegebenenfalls Kreisquerschnitt mit Durchmesser) wird beispielsweise ein Durchmesser von D = 1 bis 5 mm verwendet.The size of the nozzle opening (cross-sectional area, optionally circular cross-section with diameter), for example, a diameter of D = 1 to 5 mm is used.
Die Geschwindigkeit des Wassers beim Projiziervorgang (Abkühlen) ergibt sich aus den zuvor genannten Größen.The speed of the water during the projection process (cooling) results from the previously mentioned variables.
Das Temperaturfeld ändert sich naturgemäß - auch bei fehlender äußerer Beeinflussung - infolge Wärmeleitung und Wärmestrahlung, und folglich sinkt das Temperaturniveau im gesamten Block mit fortschreitender Prozesszeit. Um zu erreichen, dass das erzeugte Temperaturfeld hinreichend bis zum Zeitpunkt des Anlochens des Blockes erhalten bleibt, ist darauf zu achten, dass die Zeitdauer zwischen dem Ende des Projiziervorgangs und dem Start des Lochungsvorgangs eine kritische Grenze nicht überschreitet.Naturally, the temperature field changes - even in the absence of external influence - as a result of heat conduction and heat radiation, and consequently the temperature level in the entire block decreases as the process time progresses. In order to ensure that the generated temperature field is maintained sufficiently until the block is pinned, care must be taken that the time between the end of the projecting operation and the start of the punching process does not exceed a critical limit.
Als Zeit zwischen dem Ende des Projiziervorgangs und dem Beginn des Anlochvorgangs wird beispielsweise t < ca. 20 s verwendet.For example, the time between the end of the projecting operation and the beginning of the pinning operation is t <about 20 s.
Als Länge der Temperaturänderungszone in der Richtung der Mittelachse des Blockes im Bereich von dessen Stirnfläche, auf die das Temperaturfeld projiziert werden soll, kann beispielsweise
z Temperaturfeld = 0 bis 100 mm verwendet werden.By way of example, the length of the temperature change zone in the direction of the central axis of the block in the region of its end face onto which the temperature field is to be projected
z temperature field = 0 to 100 mm can be used.
Um eine Abschwächung der Temperaturverteilung zu vermeiden, muss, falls eine Entzunderung des Blockes nach der Entnahme des Blockes aus dem Ofen erfolgt, das Erzeugen der Temperaturverteilung ("Projektion") nach der Entzunderung stattfinden.In order to avoid a weakening of the temperature distribution, if descaling of the block takes place after removal of the block from the furnace, the generation of the temperature distribution ("projection") after descaling must take place.
Die zugrunde liegenden physikalischen Vorgänge sind sehr komplex. Näherungsweise können die geeigneten Parameter des Prozesses (beispielsweise Zeitdauer, Zeitpunkte, Temperaturverlauf) aber mittels theoretischer Überlegungen berechnet sowie mittels numerischer Simulation (Finite-Elemente-Methode) berechnet werden.The underlying physical processes are very complex. As an approximation, the appropriate parameters of the process (eg time duration, time points, temperature profile) can be calculated by theoretical considerations and calculated by means of numerical simulation (finite element method).
Zur überschlägigen Berechnung können hierbei die notwendigen physikalischen Größen angenommen werden beispielsweise einige Materialkonstanten des Stahlblockes.For an approximate calculation, the necessary physical quantities can be assumed here, for example, some material constants of the steel block.
Grundsätzlich bei der Berechnung zu berücksichtigende physikalische Effekte sind:
- Wärmeleitung
- Wärmestrahlung
- heat conduction
- thermal radiation
Die Temperaturleitfähigkeit (Symbol "a") ist folgendermaßen definiert:
Basierend auf den mathematischen Differentialgleichungen für die Ausbreitung der Temperatur infolge reiner Wärmeleitung in einem Festkörper (Unterscheidung zwischen einem zylindrischen Stab mit infinitesimal kleinem Durchmesser und unendlicher Länge bzw. einem Zylinder mit endlichem Durchmesser D und einer endlichen Länge L) und für die Änderung der Temperatur infolge von Wärmestrahlung kann eine Abschätzung der Temperaturänderung im Zeitablauf vorgenommen werden.Based on the mathematical differential equations for the propagation of the temperature due to pure heat conduction in a solid (distinction between a cylindrical rod with infinitesimal small diameter and infinite length or a cylinder with finite diameter D and a finite length L) and for the change in temperature due Thermal radiation can be used to estimate the temperature change over time.
Die Parameter des Projiziervorgangs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind für den jeweiligen Anwendungsfall mit den jeweils vorliegenden Randbedingungen der Prozesskette in der Produktion in geeigneter Weise anzupassen und zu optimieren.The parameters of the projecting process according to the method according to the invention have to be suitably adapted and optimized for the respective application with the respectively present boundary conditions of the production process chain.
Alternativ oder zusätzlich zu dem beschriebenen Kühlen einer Temperaturänderungszone des Blockes, das schematisch in
Bei der ersten Verfahrensvariante, bei der ein Aufheizen mittels Initiierung einer exothermen Reaktion von Sauerstoff und dem metallischen Blockwerkstoff bewirkt wird, um eine Temperaturänderung herbeizuführen, wird die Tatsache genutzt, dass Eisen in Sauerstoff-Atmosphäre verbrennt. Die Zündtemperatur von Stahl liegt bei ungefähr 1200 °C. Der exakte Wert der Zündtemperatur von Stahl hängt hierbei ab vom Gehalt an Kohlenstoff und vom Gehalt an anderen Legierungs- oder Begleitelementen.In the first process variant, where heating is initiated by initiating an exothermic reaction of oxygen and the metal block material to effect a temperature change, the fact is utilized that iron burns in an oxygen atmosphere. The ignition temperature of steel is around 1200 ° C. The exact value of the ignition temperature of steel depends on the content of carbon and the content of other alloying or accompanying elements.
Die exotherme Reaktion beginnt bei der werkstoffspezifischen Zündtemperatur, welche bei Eisen deutlich unter 1200 °C liegt. Aus diesem Grund ist es möglich, die im Block aufgrund des dort vorliegenden Temperaturniveaus oberhalb von 1200 °C vorhandene Wärmemenge im Block zu nutzen, um diese Reaktion fortlaufend während einer gewissen Zeitdauer zu realisieren. Diese entstehende Wärme wird übertragen auf die Zone in der unmittelbaren Umgebung der Mittelachse des Blockes. Dadurch wird die Temperatur in dieser Zone erhöht. Die Temperaturerhöhung ist in diesem Fall so groß, dass aus dem Blockmaterial Mengen von Metall und von Oxiden aufgeschmolzen und durch die Zentrifugalkräfte, die durch die Rotation des Blockes wirken, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere radial nach außen weggeschleudert werden. Dabei wird flüssiges Metall aus dem Block zusammen mit Oxiden herausgespült beziehungsweise herausgeschleudert. Die Wärmemenge im verbleibenden Restblock sinkt hierbei nur geringfügig und bleibt für die Fortsetzung des Ablaufs des weiter fortschreitenden Zündvorgangs im verbleibenden Blockmaterial hinreichend hoch.The exothermic reaction starts at the material-specific ignition temperature, which is significantly below 1200 ° C for iron. For this reason, it is possible to use the amount of heat present in the block due to the temperature level present above 1200 ° C in the block in order to realize this reaction continuously during a certain period of time. This resulting heat is transferred to the zone in the immediate vicinity of the central axis of the block. This will increase the temperature in this zone. The temperature increase in this case is so great that from the block material quantities melted by metal and oxides and centrifuged by the centrifugal forces, which act through the rotation of the block, according to the inventive method in particular radially outward. In this case, liquid metal is flushed out of the block together with oxides or ejected. The amount of heat in the remaining block is reduced only slightly and remains sufficiently high for the continuation of the course of the ongoing ignition process in the remaining block material.
Somit entsteht bei entsprechend großer Erwärmung der betreffenden Stirnflächenzone des Blockes ein kavernenförmiger, zur Stirnseite offener Hohlraum, der auch als Vertiefung bezeichnet werden kann, mit einer näherungsweise rotationsparaboloidischen Geometrie. Diese Kaverne bewirkt eine zentrische Führung auf der Mittelachse des Blockes während der Phase des Anlochvorgangs. Dies vermindert das seitliche Auslenken des Lochdorns während des Lochungsprozesses und beschränkt das seitliche Auslenken auf ein sehr geringes Maß.Thus, with a correspondingly great heating of the relevant end face zone of the block, a cavernous cavity open to the front side, which can also be referred to as a depression, arises with an approximately rotationally paraboloidal geometry. This cavern causes a centric guide on the central axis of the block during the phase of Anlochvorgangs. This reduces lateral deflection of the piercer during the piercing process and limits lateral deflection to a very small extent.
Hierzu wird beispielsweise mittels einer Düse, die vor der Stirnfläche des Blockes angeordnet wird, Sauerstoff auf die Stirnfläche gestrahlt. Bei einer höheren Temperatur des Blockes als 1200 °C kommt es zu einer chemischen Reaktion (hier: chemisches Zünden) des Eisens mit dem Sauerstoff. Folglich schmilzt das Eisen von der Anlochseite des Blockes nahe der Mittelachse des Blockes auf. Aufgrund der relativ schnellen, erzwungenen Rotation des Blockes wird das flüssige Eisen insbesondere infolge der Zentrifugalkräfte herausgespült beziehungsweise herausgeschleudert und hinterlässt dabei einen kavernenförmigen, zur Stirnseite des Blockes offenen Hohlraum mit einer näherungsweise rotationsparaboloidischen Geometrie und einer Temperatur, die infolge der exothermen Reaktion höher ist als die Temperatur zuvor auf der Stirnfläche des Blockes.For this purpose, for example, by means of a nozzle, which is arranged in front of the end face of the block, blasted oxygen on the end face. At a higher temperature of the block than 1200 ° C, there is a chemical reaction (here: chemical ignition) of the iron with the oxygen. Consequently, the iron melts from the hole side of the block near the center axis of the block. Due to the relatively fast, forced rotation of the block, the liquid iron is flushed out, leaving a cavernous cavity open to the face of the block with an approximately rotational paraboloidal geometry and a temperature higher than that due to the exothermic reaction Temperature previously on the face of the block.
Als Zeit für diesen Aufheizvorgang kann eine Zeitdauer von beispielsweise t = 2 bis 20 s verwendet werden.As a time for this heating process, a period of, for example, t = 2 to 20 s can be used.
Alternativ zu der zuvor beschriebenen exothermen Reaktion mittels Sauerstoffzufuhr kann als Projektionselement ein Reflektor (zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium, beschichtet und wassergekühlt) zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung verwendet werden (
Die grundlegende Voraussetzung für diese Wirkung bei Verwendung eines solchen Reflektors ist die elektromagnetische Strahlung, die aufgrund der hohen Temperatur (T > 1000 °C) von der Stirnfläche des Blockes abgestrahlt wird. Das Wirkprinzip des Reflektors ist, dass der Reflektor die von der Stirnfläche des Blockes abgestrahlte elektromagnetische Strahlung zurück auf diese Stirnfläche reflektiert und folglich die Temperaturverteilung auf dieser Stirnfläche beeinflusst.The basic requirement for this effect when using such a reflector is the electromagnetic radiation that is emitted due to the high temperature ( T > 1000 ° C) from the face of the block. The operating principle of the reflector is that the reflector reflects the electromagnetic radiation radiated from the end face of the block back to this end face and consequently influences the temperature distribution on this end face.
Als resultierende Wirkung erwärmt sich die Stirnfläche des Blockes, und zwar an jenen Stellen der Stirnfläche, auf die der Reflektor ausgerichtet ist. Naturgemäß wird sich fortwährend die Wärme - entsprechend den physikalischen Mechanismen der Wärmeleitung und der Wärmestrahlung - im Block und in der Umgebungsluft ausbreiten und die Temperaturverteilung sich entsprechend fortwährend mehr oder weniger geringfügig ändern. Angemerkt sei hier, dass eine präzise Vorhersage der Temperaturverteilung im Block über der Zeit für den Wirkmechanismus der erfindungsgemäßen Idee nicht unmittelbar erforderlich ist.As a result, the face of the block heats up, at those points of the face to which the reflector is aligned. Naturally, the heat - in accordance with the physical mechanisms of heat conduction and heat radiation - will continue to spread in the block and in the ambient air, and the temperature distribution will continue to change more or less negligibly. It should be noted here that a precise prediction of the temperature distribution in the block over time for the mechanism of action of the idea according to the invention is not immediately required.
Hinsichtlich des Betrages der reflektierten elektromagnetischen Strahlung kann der Reflektor hierbei so gestaltet sein, dass - bei entsprechend großer Menge reflektierter Strahlung - eine signifikante Erwärmung der Blockstirnfläche resultiert, oder - bei entsprechend kleiner Menge reflektierter Strahlung - eine langsamere Abkühlung der Blockstirnfläche resultiert.With regard to the amount of the reflected electromagnetic radiation, the reflector can in this case be designed so that - with a correspondingly large amount of reflected radiation - a significant heating of the block end surface results, or - with a correspondingly small amount of reflected radiation - a slower cooling of the block end surface results.
Über die Kontur des Reflektors sowie den Abstand des Reflektors von der Stirnfläche des Blockes kann eine gradierte, definierte Verteilung der Strahlungsmenge eingestellt beziehungsweise erzielt werden. Durch Wahl einer anderen oder geänderten geometrischen Kontur des Reflektors wird eine andere optische Reflexionswirkung erzielt. In Abhängigkeit von der gewünschten Reflexionswirkung (das heißt Stärke der Erwärmung der resultierenden Temperaturverteilung primär in der Stirnflächenzone des Blockes) ist eine geeignete Kontur (Geometrie) des Reflektors auszulegen und zu verwenden.About the contour of the reflector and the distance of the reflector from the end face of the block, a graded, defined distribution of the amount of radiation can be set or achieved. By choosing a different or changed geometric contour of the reflector, a different optical reflection effect is achieved. Depending on the desired reflection effect (ie strength of the heating of the resulting temperature distribution primarily in the face zone of the block), a suitable contour (geometry) of the reflector is to be designed and used.
Diese Wirkung resultiert insbesondere auch ohne Zufuhr von Sauerstoff und folglich ohne exotherme Reaktion. Folglich kommt es grundsätzlich nicht zur Entstehung eines einseitig offenen Hohlraumes (Kaverne).This effect results in particular even without supply of oxygen and consequently without an exothermic reaction. Consequently, there is basically no formation of a cavity open on one side (cavern).
Aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit des Wärmestroms ∂Q / ∂t (Wärmestrahlung), welche mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben wird, ist bei einer Blocktemperatur oberhalb von 1000 °C der Wärmestrom beziehungsweise die elektromagnetische Strahlung (insbesondere die Infrarotstrahlung) sehr groß und steigt mit zunehmender Temperatur stark an. Demzufolge ist bei derart hohen Temperaturen (T > 1000 °C) die Temperaturerhöhung im Block relativ zur Raumtemperatur deutlich und beeinflusst demzufolge die Temperaturverteilung im Block deutlich. Auf diese Weise kann eine Temperaturerhöhung (in definierter, gewünschter Weise im Sinne der erfindungsgemäßen Idee) in der Zentrumszone der Stirnfläche des Blockes erzielt werden.Due to the strong temperature dependence of the heat flow ∂Q / ∂t (heat radiation), which is described by the Stefan Boltzmann law, at a block temperature above 1000 ° C, the heat flow or the electromagnetic radiation (in particular the infrared radiation) is very large and increases strongly with increasing temperature. Accordingly, at such high temperatures ( T > 1000 ° C), the temperature increase in the block relative to the room temperature significantly and thus affects the temperature distribution in the block significantly. In this way, a temperature increase (in a defined, desired manner in the sense of the inventive idea) in the center zone of the end face of the block can be achieved.
Wärmestrom:
- Wärmestrom (Strahlungsleistung)
- Emissionsgrad ε (Werte zwischen ε = 0 für einen "perfekten Spiegel" und ε = 1 für ein "ideal schwarzes Objekt"),
- Stefan-Boltzmann-Konstante
- Oberfläche des abstrahlenden Körpers A und
- Temperatur des abstrahlenden Körpers T (in der Einheit Kelvin).
- Heat flow (radiant power)
- Emissivity ε (values between ε = 0 for a "perfect mirror" and ε = 1 for an "ideal black object"),
- Stefan-Boltzmann constant
- Surface of the radiating body A and
- Temperature of the radiating body T (in the unit Kelvin).
Wie in
Je geringer die Erwärmung der betreffenden Stirnflächenzone des Blockes ist, desto geringer ausgeprägt wird ein gegebenenfalls entstehender kavernenförmiger, zur Stirnseite offener Hohlraum sein. Bei hinreichend kleiner Erwärmung wird der entstehende Hohlraum nur vernachlässigbar klein sein.The lower the heating of the relevant end face zone of the block, the less pronounced is an optionally resulting cavernous cavity open towards the end face. With sufficiently small heating, the resulting cavity will only be negligibly small.
In
Bei Blöcken, die nicht aus niedriglegierten oder unlegierten Stählen bestehen, ist ein Aufschmelzen (Zünden, exotherme Reaktion) mittels Sauerstoffstrahl nicht möglich beziehungsweise nicht ohne Weiteres möglich. Aus diesem Grund ist ein Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens - nämlich jener Teil, der das Aufheizen der Temperaturänderungszone um die Mittelachse des Blockes mittels Sauerstoffstrahl beinhaltet - auf das Anwendungsspektrum bei Blöcken aus niedriglegierten oder unlegierten Stählen begrenzt.For blocks that do not consist of low-alloyed or unalloyed steels, melting (ignition, exothermic reaction) by means of an oxygen jet is not possible or not readily possible. For this reason, a part of the method according to the invention - namely that part which involves the heating of the temperature change zone around the central axis of the block by means of oxygen jet - limited to the range of applications for blocks of low-alloy or non-alloyed steels.
Der andere Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens, der das Abkühlen der äußeren Temperaturänderungszone der Stirnfläche des Blockes beinhaltet, hat hingegen als mögliches Anwendungsspektrum Blöcke aus beliebigen Metallen.The other part of the process according to the invention, which involves cooling the outer temperature-change zone of the end face of the block, however, has blocks of any metals as a possible application spectrum.
Bei niedriglegierten und/oder unlegierten Stählen kann die zentrierende Wirkung durch Kombination beider Projektionsmethoden erreicht werden, das heißt mittels Abkühlung der Blockzone (primär auf der Stirnfläche des Blockes) (
Um zu vermeiden, dass die Temperatur zu stark abgesenkt wird und sich dies beim anschließenden Walzvorgang nach dem Lochen nachteilig auswirken würde, ist die lokale Temperaturprojizierung (das heißt lokale Abkühlung und/oder lokale Erwärmung auf der Stirnfläche des zu lochenden Blockes) in einem geeigneten Prozessfenster zu realisieren.In order to avoid that the temperature is lowered too much and this would be detrimental in the subsequent rolling process after punching, the local Temperaturprojizierung (ie local cooling and / or local heating on the end face of the block to be punched) in a suitable process window to realize.
- 11
- Blockblock
- 1010
- Hohlblockhollow block
- 100100
- Lochungperforation
- 1111
- AnlochseiteAnlochseite
- 110110
- innere Temperaturzoneinner temperature zone
- 111111
- Vertiefungdeepening
- 112112
- äußere Temperaturzoneouter temperature zone
- 1212
- DurchlochseiteThrough hole side
- 1313
- AnlochzoneAnlochzone
- 22
- Projektionselementprojection element
- 2020
- Düsenjet
- 2121
- Strahl des MediumsRay of the medium
- 2222
- Reflektorreflector
- 33
- Halterungbracket
- 3030
- Rollenroll
- 300300
- Antriebsrollecapstan
- 301301
- Führungsrolleleadership
- 44
- Lochdornpiercer
- MM
- Mittelachse (Block/Hohlblock)Central axis (block / hollow block)
- MRMR
- Mittelachse (Rolle)Central axis (roll)
- ROTRED
- Rotationsrichtung (Block)Rotation direction (block)
- rr
- Radius (variabel)Radius (variable)
- RR
- Radius (Block)Radius (block)
- R'R '
- Zonenradius (Temperaturfeld)Zone radius (temperature field)
- R"R "
- Zonenradius (Temperaturfeld)Zone radius (temperature field)
Claims (19)
- Method for producing a hollow metallic billet (10) from a heated metallic billet (1) by a piercing operation, characterized in that at least at the hole initiation end (11) of the billet (1) in at least one temperature change zone (110, 112) a local temperature change is effected and the temperature change zone is rotationally symmetrical to the central axis (M) of the billet (1).
- The method as in claim 1, characterized in that the temperature change is effected in a temperature change zone (112) that is spaced apart radially from the central axis (M) of the billet (1).
- The method as in one of claims 1 and 2, characterized in that the temperature change is a decrease in temperature.
- The method as in one of claims 1 to 3, characterized in that the temperature change zone (110) in which the local temperature change is effected encompasses the central axis (M) of the billet (1) and the temperature change is an increase in temperature.
- The method as in one of claims 1 to 4, characterized in that the local temperature change occurs as a result of action on a portion of one of the end faces of the billet (1).
- The method as in one of claims 1 to 5, characterized in that the local temperature change occurs as a result of action on a portion of one of the end faces of the billet (1) and a segment of the length of the circumferential surface of the billet (1), adjacent to said end face, with the length of the segment of the circumferential surface being less than the length of the billet (1).
- The method as in one of claims 1 to 6, characterized in that the temperature change zone (110, 112) in which a temperature change is effected extends over no more than 1/3, particularly no more than 1/4, of the length of the billet (1).
- The method as in one of claims 1 to 7, characterized in that the billet (1) is a round billet.
- The method as in one of claims 1 to 8, characterized in that the billet (1) is rotated about the central axis (M) at least before the effectuation and/or during the effectuation of the local temperature change.
- The method as in one of claims 1 to 9, characterized in that the temperature change is effected by projecting at least one jet (21) onto one of the end sides of the billet (1), and a projection element (2) that is spaced apart from the billet (1) is preferably used for said projection.
- The method as in one of claims 1 to 10, characterized in that least at one water jet is directed at the end side of the billet (1).
- The method as in one of claims 1 to 11, characterized in that least at one jet (21), particularly an oxygen jet, is directed at the end side of the billet (1) to generate an exothermic reaction at the end face or in the billet (1).
- The method as in one of claims 1 to 12, characterized in that least at one electromagnetic beam (21) is directed at the end side of the billet (1) and is reflected from the end side by at least one reflector (22).
- The method as in one of claims 1 to 13, characterized in that a temperature change is also effected at the hole exit end (12) of the billet (1), which is the opposite end from the hole initiation end (11).
- A device for producing a hollow metallic billet (10) from a metallic billet (1) and comprising a piercing mandrel and a holder (3) for the billet (1), characterized in that said device includes at least one projection element (2) operative to change at least zonewise the temperature of the billet (1) in the holder (3) which is at least directed at a partial zone of at least one of the end sides of the billet (1).
- The device as in claim 15, characterized in that the projection element (2) is aligned with the central axis (M) of the billet (1) in the holder (3).
- The device as in one of claims 15 to 16, characterized in that the projection element (2) includes at least one nozzle (20) or at least one reflector (22).
- The device as in one of claims 15 to 17, characterized in that the projection element (2) is disposed at the hole initiation end (11) and/or at the hole exit end (12) of the billet (1).
- The device as in one of claims 15 to 18, characterized in that it is designed to carry out the method as in one of claims 1 to 14.
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