Schrägwalzwerk zum Strecken eines auf Umformtemperatur erwärmten nahtlosen Hohlkörpers

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Schrägwalzwerk zum Strecken eines auf Umformtemperatur erwärmten nahtlosen Hohlkörpers mit mindestens zwei gleichsinnig angetriebenen und einen kegelig ausgebildeten Einlauf- und Auslaufteil aufweisenden Walzen, die um einen Transportwinkel zur Walzachse schräggestellt sind, sowie einer an einer Haltestange befestigten Domstange, wobei zwischen dem Einlaufteil und dem den kleinsten Walzspalt bildenden Arbeitsabschnitt der Walze eine Schulter vorgesehen ist, die in Richtung des Walzguttransportes gesehen einen Abschnitt mit einer konkaven Krümmung und nach einem Wendepunkt einen Abschnitt mit einer konvexen Krümmung aufweist, wobei der letztgenannte Abschnitt aus einem Radius besteht oder in zwei Unterabschnitte mit zwei unterschiedlichen Radien unterteilt sein kann, wovon der Radius des ersten Unterabschnittes kleiner ist als der des zweiten Unterabschnittes und beide Radien größer sind als der Radius des konkaven Abschnittes. Dabei ist dem Abschnitt (10) mit konkaver Krümmung (R₁) ein geradliniger Abschnitt (13) vorgeschaltet, der einerseits als Tangente in den Abschnitt (10) mit konkaver Krümmung (R₁) und mit einem Übergangsradius in den Einlaufteil (7) übergeht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Schrägwalzwerk zum Strecken eines auf Umformtemperatur erwärmten nahtlosen Hohlkörpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Ein derartiges Schrägwalzwerk ist aus der DE 195 36 637 C1 bekannt.

[0003] Neben dem Konti-, Stopfen- und Asselwalzverfahren ist das Stoßbankverfahren ein weiteres Walzverfahren zur Herstellung nahtloser warmgefertigter Rohre. Herstellbar sind mit diesem Verfahren Luppen im Durchmesser von etwa 90 bis 170 mm mit Wanddicken von etwa 3 - 18 mm bei Luppenlängen bis zu ca. 18 m. Moderne Rohrstoßbankanlagen erzeugen meist nur ein oder zwei große Luppenabmessungen, bei denen der Innendurchmesser, bedingt durch den Dornstangendurchmesser, gleich groß ist. Über ein nachgeschaltetes Streckreduzierwalzwerk werden alle gängigen Rohrabmessungen bis zu einem kleinsten äußeren Durchmesser von etwa 20 mm hergestellt.

[0004] Als Ausgangsmaterial verwendet man Vierkant-, Achtkant- oder Rundblöcke, gewalzt oder zunehmend aus Strangguß. Der Block wird nach Erwärmen auf Umformtemperatur in einem Drehherdofen in die annähernd zylindrische Matrize einer Lochpresse eingesetzt und durch einen Lochdom in einen dickwandigen Hohlkörper (Flasche) mit Boden umgeformt. In einem anschließenden Streck-Schrägwalzwerk (Elongator), meist mit drei Walzen ausgerüstet, wird der Hohlblock über eine Dornstange auf eine 1,5 bis 2-fache Länge gestreckt. Dabei findet mit der Reduzierung auch zugleich eine Vergleichmäßigung der Wanddicke statt. In der gleichen Wärme wird der gestreckte Hohlblock (elongierte Hülse) anschließend auf der Stoßbank über eine Dornstange als Innenwerkzeug unter 10 bis 15-facher Verlängerung zur Luppe ausgewalzt. Nach dem Streckvorgang durchläuft die auf die Dornstange aufgewalzte Luppe ein Lösewalzwerk, so daß die Dornstange nachher ausgezogen werden kann. Anschließend werden durch eine Warmsäge das Bodenstück sowie das Luppenende abgetrennt. In einem nachgeschalteten Streckreduzierwalzwerk wird die auf Umformtemperatur nachgewärmte Luppe zum Rohr auf seine Fertigabmessung gewalzt (Stahlrohrhandbuch, 10. Auflage 1986, Vulkan Verlag, Seiten 137 - 139).

[0005] Das einem Asselwalzwerk sehr ähnliche Streck-Schrägwalzwerk (Elongator) ist üblicherweise mit drei Walzen ausgestattet, die um einen Transportwinkel zur Walzachse schräggestellt sind. Die Walzen weisen einen kegelig ausgebildeten Einlauf- und Auslaufteil auf, wobei zwischen Einlaufteil und dem den kleinsten Walzspalt bildenden Arbeitsabschnitt der Walze eine Schulter vorgesehen ist. In Richtung des Walzguttransportes gesehen weist die Schulter einen Abschnitt mit einer konkaven Krümmung und nach einem Wendepunkt einen Abschnitt mit einer konvexen Krümmung auf. Der letztgenannte Abschnitt ist in zwei Unterabschnitte unterteilt mit zwei unterschiedlichen Radien. Der Radius des ersten Unterabschnittes ist kleiner als der des zweiten Unterabschnittes und beide Radien sind größer als der Radius des konkaven Abschnittes. Alternativ kann der letztgenannte Abschnitt auch nur einen Radius aufweisen.

[0006] Diese bekannte Schulterausbildung hat den Nachteil, daß an der Schulter hoher Verschleiß auftritt und es über die gesamte Schulter oft zu Warmrißbildungen kommt. Diese Risse können so groß werden, daß Walzenbrüche nicht ausgeschlossen sind. Der starke Verschleiß der Schulter führt zu Oberflächenfehlem auf dem gestreckten Hohlkörper.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schrägwalzwerk zum Strecken eines auf Umformtemperatur erwärmten nahtlosen Hohlkörpers anzugeben, dessen Walzen bei vermindertem Verschleiß der Schulter eine längere Laufzeit haben und mit denen die Bildung von Oberflächenfehlern weitgehend vermieden werden kann.

[0008] Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

[0009] Der Kern der Erfindung ist darin zu sehen, daß in Walzguttransportrichtung gesehen vom Einlaufteil zur Schulter ein flach verlaufender Übergang vorgesehen ist, so daß die Druckspannungen und die Umformverteilung im Schultereinlauf verändert werden. Der zweite Effekt, der sich dadurch ergibt, ist ein geringerer Wärmeeintrag in den Walzenkörper.

[0010] Der Vorteil des allmählichen Übergangs ist eine Verminderung der Anzahl der Walzenwechsel durch eine längere Standzeit der Walzen. Die Schnitt-Tiefe beim Nachkalibrieren kann minimiert werden, so daß sich insgesamt eine längere Lebensdauer der Walzen ergibt. In Konsequenz daraus führt dies zu einer deutlichen Kostensenkung für den Umformprozess. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß es mit der vorgeschlagenen Kalibrietung der Walzen möglich ist, unterschiedliche Wandreduktionen zu realisieren, ohne Walzen mit verschiedenen Schulterhöhen verwenden zu müssen.

[0011] In der Zeichnung wird anhand einiger Prinzipbilder das erfindungsgemäße Streck-Schrägwalzwerk näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Streck-Schrägwalzwerk einschließlich eines im Walzprozeß sich befindenden Hohlblockes

Figur 2

wie Figur 1, jedoch eine andere Abmessung

Figur 3

der Schulterbereich im Detail

Figur 4

ein Vergleich des erfindungsgemäß ausgebildeten Schulterbereiches mit bereits bekannten Ausbildungen

Figur 1 zeigt in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Streck-Schrägwalzwerk einschließlich eines im Walzprozeß sich befindenden Hohlblockes 1.1. In dieser Darstellung liegen zwei Walzen 2, 3 in der Schnittebene. Da aber üblicherweise mit drei Walzen gearbeitet wird, die über den Umfang um jeweils 120° versetzt zueinander angeordnet sind, ist beispielsweise die in Fig. 1 + 2 unten liegende Walze 3 in die Zeichenebene gedreht worden. Der zu streckende Hohlblock 1.1 weist einen Ausgangsdurchmesser D₀ von beispielsweise 228 mm und eine Ausgangswanddicke s₀ von 54 mm auf. Nach der Streckung weist die Luppe 4 einen reduzierten Durchmesser D₁ von beispielsweise 192 mm und eine Wanddicke s₁ von 38,5 mm auf. Das mit den Walzen 2, 3 zusammenwirkende Innenwerkzeug 5 weist einen Durchmesser d_D von beispielsweise 115 mm auf. Der engste Walzspalt, der auch mit Hoher Punkt" (HP) bezeichnet wird, ist mit einer strichpunktierten Linie 6 gekennzeichnet. Der Abstand A_K des ersten Kontaktes der Innenoberfläche des einlaufenden Hohlblockes 1.1 mit dem Innenwerkzeug 5 beträgt hier beispielsweise 56 mm. Alle drei Walzen 2, 3 weisen bekannterweise einen kegelig ausgebildeten Einlaufteil 7, einen kegelig ausgebildeten Auslaufteil 8 und einen Schulterbereich 9 auf. Die Details des Schulterbereiches 9 sind in Figur 3 beschrieben.

[0012] In Figur 2 ist ebenfalls im Längsschnitt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Streck-Schrägwalzwerk dargestellt, aber mit einer anderen Abmessung des zu streckenden Hohlblockes 1.2. In diesem Beispiel beträgt der Ausgangsdurchmesser D₀ 248 mm und die Ausgangswanddicke s₀ 59 mm. Das Innenwerkzeug 5 ist gleich mit einem Durchmesser d_D von 115 mm. Die Streckung ergibt die gleiche Abmessung der Luppe 4 mit einem Durchmesser D₁ von 192 mm und einer Wanddicke s₁ von 38,5 mm. Der Abstand A_k vom Hohen Punkt ist größer und beträgt 88,8 mm.

[0013] Figur 3 zeigt die Details des erfindungsgemäß ausgebildeten Schulterbereiches 9. In bekannter Weise weist der Schulterbereich 9 einen konkav gekrümmten Abschnitt 10 und nach einem Wendepunkt 11 einen konvex gekrümmten Abschnitt auf, der in zwei Unterabschnitte 12.1 und 12.2 unterteilt ist. Der erste konvex gekrümmte Unterabschnitt 12.1 hat einen Radius R₂, der geringer ist als der Radius R₃ des anschließenden zweiten konvex gekrümmten Unterabschnittes 12.2, wobei beide Radien R₂, R₃ größer sind als der Radius R₁ des konkav gekrümmten Abschnittes 10. Erfindungsgemäß ist diesem konkav gekrümmten Abschnitt 10 ein geradliniger Abschnitt 13 vorgeschaltet, der als Tangente in den konkav gekrümmten Abschnitt 10 und mit einem Knick 14 in den kegelig ausgebildeten Einlaufteil 7 übergeht. Der Winkel 15 dieses geradlinigen Abschnittes 13 liegt im Bereich zwischen 6 - 16 Grad, vorzugsweise bei zehn Grad. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik beträgt der Radius R₁ des konkav gekrümmten Abschnittes 10 weniger als ¼ des Radius R₂ des ersten konvex gekrümmten Unterabschnittes 12.1. Der Kreisbogen bzw. Konstruktionswinkel 16 des konkav gekrümmten Abschnittes 10 ist auch geringer als nach dem bekannten Stand der Technik und liegt im Bereich zwischen 20 und 35 Grad, vorzugsweise bei 32 Grad. Die radiale Erstreckung vom Einlaufteil 7 bis zum Auslaufteil 8 wird als Gesamtschulterhöhe 17 gekennzeichnet. Durch den langsam ansteigenden Abschnitt 13 mit Beginn des konkav gekrümmten Abschnittes 10 ergibt sich bis zum Auslaufteil 8 eine Teilschulterhöhe 18. Korrespondierend dazu wird die Länge der Schulter in eine erste Teilschulterlänge 19 und in eine zweite Teilschulterlänge 20 unterteilt, wobei der Übergang von der ersten in die zweite Teilschulterlänge 19, 20 sich etwa in der Mitte des konkav gekrümmten Abschnittes 10 befindet.

[0014] Figur 4 zeigt einen Vergleich des erfindungsgemäß ausgebildeten Schulterbereiches 9 mit bereits bekannten Schultergeometrien. Zur Kenntlichmachung sind die bereits bekannten Ausbildungen des Schulterbereiches 9 mit Typennummern 1, 2.1, 2.2 und 3 gekennzeichnet. Entscheidend ist, daß erfindungsgemäß der Übergang vom Einlaufteil 7 in den Schulterbereich 9 als geradliniger Abschnitt 13 (Figur 3) ausgebildet ist und der konkav gekrümmte Abschnitt 10 nur einen kleinen Kreisbogen bzw. Konstruktionswinkel 16 aufweist.

Ansprüche

1. Schrägwalzwerk zum Strecken eines auf Umformtemperatur erwärmten nahtlosen Hohlkörpers mit mindestens zwei gleichsinnig angetriebenen und einen kegelig ausgebildeten Einlauf- und Auslaufteil aufweisenden Walzen, die um einen Transportwinkel zur Walzachse schräggestellt sind, sowie einer an einer Haltestange befestigten Dornstange, wobei zwischen dem Einlaufteil und dem den kleinsten Walzspalt bildenden Arbeitsabschnitt der Walze eine Schulter vorgesehen ist, die in Richtung des Walzguttransportes gesehen einen Abschnitt mit einer konkaven Krümmung und nach einem Wendepunkt einen Abschnitt mit einer konvexen Krümmung aufweist, wobei der letztgenannte Abschnitt aus einem Radius besteht oder in zwei Unterabschnitte mit zwei unterschiedlichen Radien unterteilt sein kann, wovon der Radius des ersten Unterabschnittes kleiner ist als der des zweiten Unterabschnittes und beide Radien größer sind als der Radius des konkaven Abschnittes,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Abschnitt (10) mit konkavem Radius (R₁) ein geradliniger Abschnitt (13) vorgeschaltet ist, der einerseits als Tangente in den Abschnitt (10) mit konkaver Krümmung (R₁) und mit einem Übergangsradius in den Einlaufteil (7) übergeht.

2. Schrägwalzwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der geradlinige Abschnitt (13) einen Winkel (15) zur Horizontalen im Bereich von 6 - 16 Grad aufweist.

3. Schrägwalzwerk nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel (15) zehn Grad beträgt.

4. Schrägwalzwerk nach einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Radius (R₁) des konkav gekrümmten Abschnittes (10) weniger als ein Viertel des Radius (R₂) des anschließenden ersten Unterabschnittes (12.1) beträgt.

5. Schrägwalzwerk nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kreisbogen (16) bzw. Konstruktionswinkel des konkav gekrümmten Abschnittes (10) im Bereich zwischen 20 und 35 Grad liegt.

6. Schrägwalzwerk nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kreisbogen (16) bzw. Konstruktionswinkel 32 Grad beträgt.

Zeichnung