NL1011587C2

NL1011587C2 - Tool for reducing diameter of hollow metal tube uses three roller which bear on outside of tube as it is rotated by lathe

Info

Publication number: NL1011587C2
Application number: NL1011587A
Authority: NL
Inventors: Hylke Katsma
Original assignee: Univ Delft Tech
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-20

Abstract

The tool (1) has a cylindrical collar (2) with a flange (11). A roller assembly (5 to 7) is clamped between an end plate (3) and the flange (11). The three rollers (6) are positioned around the center line at 120 degree intervals. The position of the rollers with respect to the center line is controlled by spiral grooves (9) and the angular position of an operating lever (10). Pressure on the lever results in the rollers bearing on the rotating tube and reducing its diameter.

Description

Inrichting en werkwijze voor het op een gesloten hol profiel aanbrengen van een verjonging.Apparatus and method for applying a rejuvenation to a closed hollow profile.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het op een 5 gesloten hol profiel aanbrengen van een verjonging, omvattende een het gesloten holle profiel in langsrichting opnemend basisdeel, alsmede een deformatiedeel voor het gesloten holle profiel, waarbij dat deformatiedeel omvat ten minste twee het gesloten holle profiel aan de tegenover liggende zijde aangrijpende deformatierollen alsmede middelen voor het uitoefenen van een kracht op de deformatierollen parallel aan de 10 langshartlijn van dat gesloten profiel. Een dergelijke inrichting is bekend uit DE 3221899A1.The present invention relates to a device for applying a rejuvenation to a closed hollow profile, comprising a base part receiving the closed hollow profile in the longitudinal direction, and a deformation part for the closed hollow profile, said deformation part comprising at least two the closed hollow profile on the opposite side engaging deformation rollers as well as means for exerting a force on the deformation rollers parallel to the longitudinal axis of that closed profile. Such a device is known from DE 3221899A1.

Dergelijke verjongingen zijn vaak gewenst in de apparatenbouw zowel op fabrieksschaal als op laboratoriumschaal. Een gebruikelijke techniek is het op de buis waarop de verjonging met kleinere diameter aangebracht moet worden aanbrengen van 15 een verdere buis met kleinere diameter. Dit kan bijvoorbeeld met lassen gerealiseerd worden. Daarbij is het van belang dat het aangezette einddeel in hoofdzaak dezelfde eigenschappen heeft als de oorspronkelijke buis. Indien bijvoorbeeld de oorspronkelijke buis uit roestvast staal bestaat dient het aangezette deel uit hetzelfde materiaal te bestaan. Door lassen kan echter de structuur nadelig beïnvloed worden waardoor 20 bepaalde eigenschappen van het materiaal wijzigen. Daardoor is het onder bepaalde omstandigheden noodzakelijk een warmtebehandeling toe te passen hetgeen met name bij grotere lengten buis ongewenst is. Indien de oorspronkelijke buis van een oppervlaktebekleding voorzien is kan weliswaar een kleinere buis met dezelfde oppervlaktebekleding toegepast worden, maar in de laszone zal een dergelijke 25 oppervlaktebekleding vaak ontoelaatbaar beschadigd worden en zullen de eigenschappen van het oppervlak volledig gewijzigd zijn. Bovendien is zeker op laboratoriumschaal lassen een omslachtige techniek en bij zeer kleine buizen ontstaan schaalproblemen omdat gebruikelijke lastechnieken niet meer toepasbaar zijn. Als voorbeeld wordt genoemd een verloopstuk van een buis met een inwendige diameter 30 van 4 mm en een buis met een inwendige diameter van 1 mm.Such rejuvenations are often desirable in equipment construction both on a factory scale and on a laboratory scale. A common technique is to apply a further tube of smaller diameter to the tube on which the rejuvenation of smaller diameter is to be applied. This can be achieved, for example, by welding. It is important here that the applied end part has substantially the same properties as the original tube. For example, if the original pipe is made of stainless steel, the applied part must consist of the same material. However, welding can adversely affect the structure, as a result of which certain properties of the material change. This makes it necessary under certain circumstances to apply a heat treatment, which is undesirable, especially with larger lengths of pipe. If the original tube is provided with a surface coating, it is true that a smaller tube with the same surface coating can be used, but in the welding zone such a surface coating will often be unacceptably damaged and the properties of the surface will be completely changed. In addition, welding on a laboratory scale is a laborious technique and scale problems arise with very small pipes because conventional welding techniques are no longer applicable. As an example, a reducer of a tube with an internal diameter of 4 mm and a tube with an internal diameter of 1 mm is mentioned.

Omdat aan het verloopstuk dezelfde mechanische eigenschappen gesteld worden als aan het overige deel van de buis dient de wanddikte in hoofdzaak gelijk te zijn.Because the reducer has the same mechanical properties as the rest of the pipe, the wall thickness must be substantially the same.

In de stand der techniek zijn bovendien werkwijzen bekend waarbij op het 1 ö * - r o 7 2 uiteinde van de buis een conische rol geplaatst wordt en bij het roteren van de buis een drukkracht tussen het vrije uiteinde van de buis en de conische rol uitgevoerd wordt. · · Een voorbeeld van een dergelijke constructie wordt aangetroffen in het Duitse Offenlegungsschrift 4.214.512. Daardoor treedt bij het uiteinde een stuikreactie op en 5 ontstaat aanzienlijke deformatie. Niet gewaarborgd is dat de wanddikte van het "stroomafwaartse" buisdeel gelijk is terwijl bovendien waargenomen is dat door de aanzienlijke deformatie de materiaaleigenschappen ingrijpend veranderen. Tevens hoopt zich voor de conusvormige rol bij het drukken materiaal op waardoor uiteindelijk het proces stagneert.In the prior art, methods are also known in which a conical roller is placed on the end of the tube and a compressive force is applied between the free end of the tube and the conical roller when the tube is rotated. . An example of such a construction is found in German Offenlegungsschrift 4,214,512. As a result, a butting reaction occurs at the end and considerable deformation occurs. It is not guaranteed that the wall thickness of the "downstream" pipe section is the same, while it has moreover been observed that due to the considerable deformation the material properties change drastically. In addition, material accumulates for the cone-shaped roller during printing, so that the process eventually stagnates.

10 In DE3221899 wordt een inrichting beschreven voor het verjongen van een buis. Daarbij kunnen verschillende afmetingen verwezenlijkt worden door de rollen in radiale richting ten opzichte van de rotatie hartlijn van de buis te bewegen. Verstelling vindt met een gecompliceerd mechanisme plaats dat eveneens de stelweg beperkt.DE3221899 describes a device for rejuvenating a tube. Different dimensions can be realized here by moving the rollers in radial direction relative to the axis of rotation of the tube. Adjustment takes place with a complicated mechanism which also limits the adjustment path.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding de hierboven beschreven inrichting 15 eenvoudig uit te voeren en tegen een lagere kostprijs te kunnen vervaardigen. Bovendien dient het verstelbereik vergroot te worden zodat met een inrichting een groter diameter bereik van holle profielen bewerkt kan worden. Tevens wordt beoogd buizen met elke lengte te bewerken.The object of the present invention is to implement the above-described device 15 in a simple manner and to be able to manufacture it at a lower cost price. In addition, the adjustment range must be increased so that a larger diameter range of hollow profiles can be processed with a device. The aim is also to process pipes of any length.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven inrichting verwezenlijkt doordat 20 dat die deformatierollen aangebracht zijn op een as, die enerzijds aangrijpt op een in hoofdzaak radiale groef in dat basisdeel en anderzijds aangrijpt op een in hoofdzaak spiraalvormige groef aangebracht in een rollenplaat, welke rollenplaat verdraaibaar ten opzichte van die basisplaat is aangebracht.This object is achieved in an above-described device in that said deformation rollers are arranged on an axis, which on the one hand engages on a substantially radial groove in that base part and on the other hand engages on a substantially spiral groove arranged in a roller plate, which roller plate is rotatable. relative to that base plate.

Met behulp van de combinatie van spiraalvormige groeven en zuiver radiale 25 groeven kan met een verhoudingsgewijs geringe kracht op de rollenplaat een verjonging verkregen worden. Door deze combinatie is het eveneens mogelijk in een verhoudingsgewijs groot verstelbereik te voorzien.With the aid of the combination of spiral grooves and purely radial grooves, a rejuvenation can be obtained with a relatively small force on the roller plate. This combination also makes it possible to provide a relatively large adjustment range.

De hierboven beschreven inrichting wordt niet, zoals in de stand der techniek, op het uiteinde van de betreffende buis geplaatst waar de verjonging aangebracht moet 30 worden, maar enigszins stroomopwaarts daarvan op de plaats waar de overgang van de oorspronkelijke buis naar de verjonging plaats moet vinden. Vervolgens wordt met behulp van trek de buis langs de rollen bewogen. Daarbij vindt vanzelfsprekend een combinatie van rotatie en verplaatsing evenwijdig aan de langshartlijn van de buis of '0-11587 3 ander gesloten hol profiel plaats. In tegenstelling tot de stand der techniek wordt het materiaal naar het vrije uiteinde van de buis weggedrukt en wordt de in de stand der . . techniek waargenomen materiaalopeenhoping niet waargenomen. Immers dit materiaal kan gemakkelijk weg door het langer worden van de verjonging. Gebleken is dat het met 5 de hierboven beschreven inrichting indien toegepast met de werkwijze volgens de uitvinding niet noodzakelijk is een inwendige steundoom aan te brengen. Met verhoudingsgewijs eenvoudig gereedschap kunnen thans verloopstukken gemaakt worden. Begrepen zal worden dat de omvang en de uitvoering van het gereedschap afhankelijk zijn van de te behandelen buis.The device described above is not placed, as in the prior art, on the end of the respective tube where the rejuvenation is to be applied, but slightly upstream thereof at the location where the transition from the original tube to the rejuvenation is to take place . The tube is then moved along the rollers by means of a pull. It goes without saying that a combination of rotation and displacement parallel to the longitudinal axis of the tube or other closed hollow profile takes place. In contrast to the prior art, the material is pushed away to the free end of the tube and the material is in the position. . technique observed material build-up not observed. After all, this material can easily be removed by lengthening the rejuvenation. It has been found that with the device described above when applied with the method according to the invention it is not necessary to apply an internal supporting steam. Reducers can now be made with relatively simple tools. It will be understood that the size and design of the tool depend on the pipe to be treated.

1 o Indien de rollen met instelbare afstand aangebracht zijn, is het mogelijk een breed bereik van verloopstukken met dit gereedschap te vervaardigen.1 o If the rollers have an adjustable distance, it is possible to produce a wide range of reducers with this tool.

Indien de trekkrachten verhoudingsgewijs gering zijn kan de combinatie van roterende beweging en trekkracht op de buis of ander hol gesloten profiel op eenvoudige wijze uitgeoefend worden door een draaibank. In een dergelijk geval wordt de buis 15 ingeklemd in de klauwplaat van de draaibank en wordt de inrichting volgens de uitvinding op het support aangebracht. Met behulp van de voeding wordt de inrichting naar het einde van de buis bewogen.If the tensile forces are relatively small, the combination of rotary movement and tensile force on the tube or other hollow closed profile can be easily applied by a lathe. In such a case, the tube 15 is clamped in the lathe chuck of the lathe and the device according to the invention is mounted on the support. With the help of the power supply, the device is moved to the end of the tube.

Begrepen zal worden dat de verschillende hier beschreven krachten in onderling verband genoemd worden. Dat wil zeggen, een drukkracht van de rollen naar het vrije 20 uiteinde van de buis is hetzelfde als een trekkracht op de buis in de richting van het vrije uiteinde naar de rollen toe. Voor de werkwijze volgens de uitvinding is het wezenlijk dat het begin van de deformatie op enige afstand van het vrije uiteinde van de buis plaatsvindt.It will be understood that the various forces described here are mentioned in mutual connection. That is, a compressive force from the rollers to the free end of the tube is the same as a tensile force on the tube toward the free end towards the rollers. It is essential for the method according to the invention that the deformation starts at some distance from the free end of the tube.

Gebleken is dat de uitvinding bijzonder goed toepasbaar is voor deformatie van 25 buizen uit roestvrij materiaal. Bij deformatie is geen wezenlijke structuurverandering waargenomen terwijl bovendien de wanddikte van het buismateriaal bij het verkleinen van de diameter ten minste constant blijft. Daardoor nemen de mechanische eigenschappen niet af. Daardoor is het mogelijk het gedeformeerde einddeel later aan een verdere deformatiebehandeling als buigen van een bochtstuk en dergelijke te 30 onderwerpen. Op deze wijze kunnen zeer gecompliceerde werkstukken vervaardigd worden.It has been found that the invention is particularly well applicable for deformation of stainless steel pipes. No significant structural change has been observed in deformation, while, moreover, the wall thickness of the pipe material remains at least constant when the diameter is reduced. As a result, the mechanical properties do not decrease. Therefore, it is possible to subject the deformed end part to a further deformation treatment later, such as bending a bend and the like. In this way, very complicated workpieces can be manufactured.

Ook bij metaalsoorten die van een oppervlaktebekleding voorzien zijn is slechts geringe schade aan die oppervlaktebekleding waargenomen. Indien bijvoorbeeld een 1 o 1 : 5 B 7 j k.Also with metal types which are provided with a surface coating, only minor damage to that surface coating has been observed. For example, if a 1 o 1: 5 B 7 j k.

stalen gegalvaniseerde buis behandeld wordt, blijkt het gedeformeerde deel nog steeds roestwerende eigenschappen te hebben. Bovendien is gebleken dat het gedeformeerde. . deel bij benadering even goede vermoeiingseigenschappen heeft als het oorspronkelijke holle profieldeel.steel galvanized pipe is treated, the deformed part still appears to have anti-rust properties. In addition, it has been found to be deformed. . part has approximately as good fatigue properties as the original hollow profile part.

5 Met de werkwijze volgens de uitvinding is het ook mogelijk om bijvoorbeeld geharde buizen van een eindstuk te voorzien dat een geringere diameter heeft. In dat geval is het wel noodzakelijk het materiaal eerste te ontlaten. Indien een aanzienlijke deformatie gewenst is, kan ten eerste in de inrichting een groter aantal rollen toegepast worden en is het ook mogelijk de werkwijze trapsgewijs uit te voeren, d.w.z. met 10 verscheidene inrichtingen achter elkaar. Bovendien kan afhankelijk van het gebruikte materiaal smering toegepast worden.With the method according to the invention it is also possible to provide for instance hardened pipes with an end piece which has a smaller diameter. In that case it is necessary to temper the material first. If a significant deformation is desired, firstly, a larger number of rollers can be used in the device and it is also possible to perform the method in a stepwise manner, i.e. with several devices in succession. In addition, lubrication can be applied depending on the material used.

Het is met de inrichting volgens de uitvinding niet alleen mogelijk een rond verjongd deel te vervaardigen, maar eveneens een meer hoekig verjongd deel. In dat geval moeten er evenveel wasrollen aanwezig zijn als hoeken. De radiale sturing van de 15 rollen moet er dan voor zorgen dat de hoekige buis overal op de omtrek tijdens het draaien evenveel wordt ingedrukt.With the device according to the invention it is not only possible to produce a round rejuvenated part, but also a more angular rejuvenated part. In that case, there should be as many wash rolls as there are corners. The radial control of the 15 rollers must then ensure that the angular tube is pressed in the same way all around the circumference during rotation.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. Daarbij tonen:The invention will be explained in more detail below with reference to an illustrative embodiment shown in the drawing. Show:

Fig. I schematisch in dwarsdoorsnede de inrichting volgens de uitvinding; 20 Fig. 2 in zijaanzicht en gedeeltelijk in doorsnede de inrichting volgens fig. 1;Fig. I schematically in cross section the device according to the invention; FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 in side view and partly in section;

Fig. 3 toepassing van de inrichting volgens fig. 1 en 2 in combinatie met een draaibank; enFig. 3 application of the device according to fig. 1 and 2 in combination with a lathe; and

Fig. 4 schematisch het krachtenspel bij deformatie.Fig. 4 schematically the interplay of forces in deformation.

In fig. 1 is de inrichting volgens de uitvinding in het geheel met 1 aangegeven.In Fig. 1, the device according to the invention is indicated in its entirety by 1.

25 Deze bestaat uit een basisdeel 2 voor het daarbinnen opnemen van een hol gesloten profiel. Dit kan een cirkelronde, elliptische of polygonale buis zijn. Het basisdeel 2 is voorzien van een flens 11. Daartegenover ligt een eindplaat 3 die aan de flens 11 bevestigd is met behulp van klembouten 4. Tussen eindplaat 3 en flens 11 zijn de rollenplaten 5 en 12 aangebracht. Deze worden door de bouten 4 beweegbaar 30 opgesloten. Bij het lossen daarvan kunnen de rollenplaten 5 en 12 een cirkel vormige beweging uitvoeren ten opzichte van zowel de flens 11 als de eindplaat 3. Uit de tekening blijkt dat daartoe een opname aanwezig is in zowel eindplaat 3 als flens 11. In de rollenplaten 5 en 12 zijn rollen 6 aangebracht, in dit geval drie. Deze zijn elk ï 0 1 ; 5 8 7 5 gelagerd om een as 7. In de rollenplaten 5 zijn spiraal vormige groeven aangebracht waarin assen 7 heen en weer kunnen bewegen. Deze zijn met 9 aangegeven. Zowel de. . eindplaat als de flens 11 zijn rechte zich volgens de radius zich uitstrekkend van de hartlijn van de inrichting 1 uitstrekkende groeven 8 aangebracht. Ook deze dienen voor 5 het opnemen van assen 7. Elke as 7 bevindt zich zowel in de rechte groef van flens 11, de spiraalsleuf 9 van de rollenplaten 5 en 12 als in de rechte sleuf 8 van de eindplaat 3. Rollenplaten 5 en 12 zijn met elkaar verbonden door een hefboom 10. Door rotatie van rollenplaten 5 en 12 met behulp van hefboom 10 zullen de rollen naar binnen resp. naar buiten gedreven worden. Indien de rollen de gewenste positie bereikt hebben kan de i o voeding worden ingeschakeld.This consists of a base part 2 for receiving a hollow closed profile inside. This can be a circular, elliptical or polygonal tube. The base part 2 is provided with a flange 11. Opposite this is an end plate 3 which is fixed to the flange 11 by means of clamping bolts 4. The roller plates 5 and 12 are arranged between end plate 3 and flange 11. These are movably locked by the bolts 4. When unloading them, the roller plates 5 and 12 can perform a circular movement with respect to both the flange 11 and the end plate 3. The drawing shows that for this purpose a receptacle is present in both end plate 3 and flange 11. In the roller plates 5 and 12, rollers 6 are provided, in this case three. These are each ï 0 1; 5 8 7 5 mounted on an axis 7. Spiral-shaped grooves are provided in the roller plates 5, in which axes 7 can move back and forth. These are indicated with 9. Both the. . end plate as the flange 11, straight grooves 8 extending along the radius extending from the axis of the device 1 are provided. These also serve to receive shafts 7. Each shaft 7 is located both in the straight groove of flange 11, the spiral slot 9 of the roller plates 5 and 12 and in the straight slot 8 of the end plate 3. Roller plates 5 and 12 are connected to each other by a lever 10. By rotation of roller plates 5 and 12 by means of lever 10, the rollers will move in and out, respectively. be driven out. When the rollers have reached the desired position, the i o power can be switched on.

In fig. 3 is een deel van een draaibank met 21 aangegeven. Deze is voorzien van een klauwplaat 22 voor het daarin opnemen van een buisprofiel 23. De inrichting volgens de onderhavige uitvinding is eveneens afgebeeld en deze steunt af op een support 24. De voeding daarvan werkt in de richting van pijl 25.In fig. 3 a part of a lathe is indicated by 21. It is provided with a chuck 22 for receiving a tube profile 23 therein. The device according to the present invention is also shown and is supported on a support 24. Its feed acts in the direction of arrow 25.

15 In fig. 4 is schematisch de werkwijze getoond die met deze draaibank en meer in het bijzonder met de inrichting volgens de uitvinding toegepast kan worden. De buis is weer met 23 aangegeven en het vrije uiteinde daarvan is met 26 aangegeven. De rollen 6 van de inrichting 1 volgens de uitvinding zijn schematisch getoond. Uit fig. 4 blijkt dat eerst de verplaatsing van de rollen in de buis enigszins stroomafwaarts van het te 20 verjongen uiteinde plaatsvindt. Dit is in fig. 4 aangetoond. Door hetzij de rollen in de richting van pijl 27 te bewegen hetzij de buis in de richting van pijl 28 te bewegen wordt het materiaal voor de rollen uit naar het vrije uiteinde 26 gestuwd. Dit is in fig. 4b getoond. Omdat het materiaal naar het vrije uiteinde 26 weg kan vindt geen opstuwing van materiaal plaats in tegenstelling tot hetgeen bekend is in de stand der techniek.Fig. 4 schematically shows the method that can be used with this lathe and more particularly with the device according to the invention. The tube is again indicated by 23 and the free end thereof is indicated by 26. The rollers 6 of the device 1 according to the invention are shown schematically. It can be seen from Fig. 4 that first the displacement of the rollers in the tube takes place somewhat downstream of the end to be rejuvenated. This is shown in Fig. 4. By either moving the rollers in the direction of arrow 27 or moving the tube in the direction of arrow 28, the material for the rollers is pushed out to the free end 26. This is shown in Fig. 4b. Because the material can move towards the free end 26, no accumulation of material takes place, contrary to what is known in the prior art.

25 Begrepen dient te worden dat de uitvinding hierboven aan de hand van een voorkeursuitvoering beschreven is. Zoals aangegeven kan al naar gelang de toepassing de inrichting op andere wijzen uitgevoerd worden. Meer rollen kunnen aanwezig zijn en de inrichting kan zwaarder of lichter uitgevoerd worden. Het is mogelijk afhankelijk van het te bewerken materiaal en de diameter van de betreffende buis of ander gesloten 30 profiel deformatie met de hand of machinaal te doen en in het uiterste geval kunnen zelfs bijzondere inrichting en daarvoor ontworpen worden. Al dergelijke wijzigingen worden geacht binnen het bereik van de bijgaande conclusies te liggen.It is to be understood that the invention has been described above with reference to a preferred embodiment. As indicated, depending on the application, the device can be designed in other ways. More rolls can be present and the device can be made heavier or lighter. Depending on the material to be processed and the diameter of the pipe or other closed profile, it is possible to do deformation by hand or by machine, and in the extreme case even special equipment and for that purpose can be designed. All such changes are considered to be within the scope of the appended claims.

101:587101: 587

Claims

Device (1) for applying a rejuvenation to a closed hollow profile, comprising a base part accommodating the closed hollow profile in the longitudinal direction, as well as a deformation part for the closed hollow profile, said deformation part comprising at least two the closed hollow profile deformation rollers engaging on the opposite side and means for exerting a force on the deformation rollers parallel to the longitudinal axis of that closed profile, characterized in that said deformation rollers (6) are arranged on a shaft which, on the one hand, engages in a substantially radial groove (8) in that base part (2) and on the other hand engages a substantially spiral groove (9) arranged in a roller plate (5), which roller plate (5) is rotatable relative to said base plate.

2. Device as claimed in claim 1, characterized in that said means for exerting a force on the closed hollow profile comprise an engaging part (10) arranged on the deformation part for connection to a force-applying device.

Assembly, characterized in that it comprises a device according to any one of the preceding claims, in combination with a pulling device (21).

Assembly according to claim 3, characterized in that said pulling device comprises the power supply (24) of a lathe.

Method for applying a rejuvenation to a closed hollow profile near a free end thereof, wherein the closed hollow profile with at least two rollers is subjected to a deformation in the direction towards the center line of that profile, said rollers relative to of that profile rotate about its centerline 25, in a first step moving said rollers in the direction parallel to the centerline of said closed hollow profile toward the free end thereof and in a subsequent step those rollers a tensile force is applied substantially parallel to the longitudinal axis of said closed hollow profile in the direction away from the free end of said closed hollow profile, characterized in that the hollow profile is rotated relative to the environment.

Method according to claim 5, wherein a tensile force is exerted on the hollow profile. 10 1 1 58 7

Method according to claim 5 or 6, characterized in that said first and second steps are combined. Method according to any one of claims 5-7, characterized in that the closed hollow profile comprises a tube. 1 0 1 1 5 8 7