EP0445899A1 - Verfahren zur Herstellung von mittel- und dünnwandigen nahtlosen Rohren und Walzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von mittel- und dünnwandigen nahtlosen Rohren und Walzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0445899A1
EP0445899A1 EP91250045A EP91250045A EP0445899A1 EP 0445899 A1 EP0445899 A1 EP 0445899A1 EP 91250045 A EP91250045 A EP 91250045A EP 91250045 A EP91250045 A EP 91250045A EP 0445899 A1 EP0445899 A1 EP 0445899A1
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EP
European Patent Office
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rolling
hollow body
angle
inner tool
rollers
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EP91250045A
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French (fr)
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EP0445899B1 (de
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Rolf Dr. Kümmerling
Manfred Dr.-Ing. Bellmann
Horst Dr.-Ing. Biller
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Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
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Publication date
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Application filed by Mannesmann AG filed Critical Mannesmann AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B19/00—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
    • B21B19/02—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
    • B21B19/06—Rolling hollow basic material, e.g. Assel mills
    • B21B19/10—Finishing, e.g. smoothing, sizing, reeling

Definitions

  • the invention relates to a method for producing medium and thin-walled seamless tubes according to the preamble of claim 1 and a rolling device for performing the method.
  • a disadvantage of the plug rolling process is that the plug rolling mill has to be followed by two parallel smoothing mills (Reeler) and a sizing or reducing mill in order to equalize the wall thickness ridges resulting from longitudinal rolling and to achieve an acceptable roundness for performance reasons.
  • Reeler parallel smoothing mills
  • a sizing or reducing mill in order to equalize the wall thickness ridges resulting from longitudinal rolling and to achieve an acceptable roundness for performance reasons.
  • many scaffolding places mean high investment costs and a corresponding inventory of rolling stands.
  • the last forming step is only a calibration with a usual number of stands, but the surface quality, in particular the wall thickness tolerances of the piled pipe, no longer correspond to the increased ones in most cases Conditions.
  • the object of the invention is to provide a process for the production of medium and thin-walled seamless pipes with a diameter / wall thickness ratio in the range from 15: 1 to 50: 1, with which, starting from an elongated hollow body with the smallest possible system engineering outlay, the desired finished dimension for puter Surface quality and in compliance with the prescribed dimensional tolerances can be generated.
  • the main idea of the invention is to shape the elongated hollow body produced by various processes to the desired finished dimension by rolling in as little as possible with one roll pass, thereby significantly reducing the diameter and at the same time smoothing the inner surface using an inner tool.
  • this ideal concept with only a single rolling unit can only be realized if the corresponding framework conditions are present, i. H. there must be a hollow body which is ideal as a starting material with regard to tolerances and surface quality, which is then rolled to a dimension which represents an optimum in terms of tolerances and roundness, so that a subsequent calibration can be dispensed with.
  • the proposed rolling method is a combination of conventional smoothing (reeling) and diameter reduction
  • the rolling method according to the invention can also be referred to as reducing smoothing or reducing reel, which in principle can also be used for cold rolling.
  • the degree of reduction can also be set in the case of reducing smoothing in such a way that the diameter decrease is almost zero or the incoming hollow body is widened as in conventional smoothing.
  • This method is therefore very adaptable and can be used for the various requirements.
  • the rolling method according to the invention is particularly advantageous when viewed in the rolling direction, the incoming hollow body is first reduced in diameter and the inner surface is smoothed immediately thereafter.
  • This proposed sequence has the advantage that, depending on the utilization of the reducing part, it can both be reduced more or less and smoothed conventionally. In principle, one can also reverse the sequence without leaving the inventive idea, ie first smooth and then reduce. However, this has the disadvantage that there is no freedom in the degree of reduction and must always be smoothed and reduced at the same time.
  • the measure of shifting the inner tool when rolling on or off has the purpose of avoiding rolling or rolling plugs. If the process is limited to these phases, then during the remaining rolling time you have the condition of the stationary inner tool with the risk of scale build-up. If you want to avoid this, the inner tool must also be moved during the festive season. The design measures required for this are explained below.
  • the rolling device for carrying out the method is characterized in that, on the basis of a conventional smooth rolling mill with an internal tool, the run-in part of the rolls is designed as a reducing part with a reducing angle in the range from greater than 2 degrees to 10 degrees.
  • the usual smoothing mills are designed in the inlet section either as a barrel or as a divergent cone with a reduction angle of up to approx. 2 degrees (Hutnicke listy 38 (1983) No. 11, pages 779 - 782).
  • the inlet part of the roller according to the invention is followed by an almost cylindrical smoothing part with an arcuate transition with a difference angle to the working part of the inner tool of greater than 0 to less than 1.0 degree, which is then followed by the outlet part.
  • the discharge part has the task of rounding the rolling stock. So that a reduction in diameter is possible in the reduction smoothing or reduction corrugation according to the invention, the rolling stock must additionally be supported by two guides lying opposite one another and the forming zone closed.
  • the cylindrical or slightly conical working part of the inner tool extends axially over a larger area than the smoothing part of the rolls, the beginning of the working part of the inner tool lying in the rolling direction before the start of the smoothing part of the rolls. Due to the greater length of the working part of the inner tool compared to the smoothing part of the rollers, the inner tool does not need to be as precise be positioned.
  • the wear of the inner tool is reduced, since by changing the position of the inner tool between two successive rolling periods, the load maximum is always in one place of the working part.
  • a starting aid when the hollow body enters the rolling device according to the invention it is further proposed to connect the reducing part with a drawing-in part with a drawing-in angle of approximately 1 degree.
  • an additional torque generated by the tapered pull-in part is desired, which helps to bring the high body to be rolled to the smoothing part without it getting stuck in the reducing part due to the ovality caused by the reduction.
  • this section lies fully against the inner surface of the incoming hollow body.
  • the angle of this section is almost equal to the reduction angle of the rollers.
  • the position of the inner tool is chosen so that the overlap from the rolling part to the working part of the inner tool lies in the same plane perpendicular to the rolling axis as the transition from the reducing part to the smoothing part of the rollers.
  • the inner tool is pushed against the rolling direction, so that the transition from the rolling part to the working part of the inner tool is in the area of the reducing part of the roller.
  • the displacement of the inner tool against the rolling direction should be at least so great that there is no wall deformation by the inner tool in the reducing part.
  • the rolling part and the effective smoothing part of the inner tool do not follow one another directly. In between there is a section that does not perform any deformation tasks. This section is preferably designed as an extension of the smoothing part that is not effective in terms of deformation technology.
  • This embodiment of the inner tool has the advantage that the exact match between the smoothing part of the roller and the smoothing part of the inner tool is not necessary. This gives you more leeway to set the position of the inner tool. Above all, differences in the circumferential material speed over the length, which cannot be avoided for every setting with the same working length in the reduction part of the roller and inner tool, are noticeably less noticeable. Put simply, this means that the risk of inadmissible torsion of the hollow body to be rolled around the longitudinal axis when reducing while in contact with the internal tool is significantly reduced.
  • the method according to the invention can be varied in such a way that the rollers of the roller device not only have the usual transport angle, but also an angle of spread against the roller axis.
  • This variant is particularly advantageous if the point of intersection of the axes of the rolls with the roll axis lies behind the rolling mill, as viewed in the rolling direction, the transport angle being set to zero in the process.
  • an optimum is achieved when the size of the spreading angle is chosen so that the circumferential speed of the rollers decreases in proportion to the decreasing hollow body diameter for the mean diameter of the given dimensional range in the reducing part. This results in zero slip and with a linear contact of roller and hollow body for the hollow body, the same angular velocity for each point on its axis.
  • this preferably selected spreading angle optimizes the change in the circumferential speed of the roller over the length in such a way that the roller and the hollow body to be rolled, such as the gears of a gearbox, roll on one another, thereby twisting the rolling stock as little as possible about its longitudinal axis.
  • the rolling device shows the rolling device according to the invention during the rolling process in a half longitudinal cross section.
  • the rolling device consists of two rollers 1, 2 driven in the same direction, which are inclined by a transport angle to the rolling axis.
  • the rolling device has an inner tool 4 fastened to a holding rod 3.
  • the hollow body 5 to be rolled is fully engaged in the rolling in this illustration.
  • the roller 1 according to the invention has various sections, which are explained in detail below. Seen in the rolling direction, which is indicated by the arrow 6, the roller 1 has at the beginning a feed part 7, which merges into the end face 8 of the roller 1 on the inlet side.
  • the retraction part 7 is of divergent conical design with a retraction angle of approximately 7 degrees.
  • This feed part 7 serves as a starting aid and facilitates the rolling process.
  • the pull-in part 7 is followed by a reducing part 9 with a reducing angle in the range from greater than 2 to 10 degrees. In this section, the diameter of the incoming hollow body 5 is significantly reduced.
  • This smoothing part 11 closes with the working part 12 of the inner tool 4 a difference angle in the area from 0 to less than 1 degree.
  • the length of the working part 12 of the inner tool is always greater than the length of the smoothing part 11 of the rollers 1, 2.
  • the smoothing part 11 is followed by the already known outlet part 13, which has the task of rounding the outlet hollow body 5.
  • the guide is not shown, which in a known manner consists of two fixed guide rulers lying opposite one another in order to close the caliber.
  • the axes of the rollers 1, 2 have an angle of spread against the roller axis 14. In this variant, however, the position of the contour of the rollers 1, 2 with respect to the roller axis 14 would be retained.
  • FIG. 2 shows a half longitudinal cross section through the rolling device, but with a displaceable inner tool during different rolling phases.
  • the same reference marks are used for the same parts as in FIG. 1.
  • the inner tool 15 shown in FIG. 2 in the partial images a - c has two different sections.
  • the working part 12 is cylindrical, which, in contrast to FIG. 1, is preceded by a conical rolling part 16.
  • the cone angle of this rolling part 16 is almost equal to the cone angle of the reducing part 9 of the roller 1.
  • the inner tool 15 is adjusted relative to the roller 1 so that the transition from the working part 12 to the rolling part 16 of the inner tool 15 lies in the plane of the transition from the smoothing part 11 to the reducing part 9 of the roller 1.
  • the rolling-on phase is ended according to sub-picture b) when the hollow body 5 reaches the transition plane described.
  • the inner tool 15 is advanced so far against the rolling direction 6 that the transition region of the inner tool 15 lies in the reducing part 9 of the roller and the incoming hollow body 5 on Anwalztpil 16 of the inner tool 15 no longer comes to rest.
  • FIG. 17 A further exemplary embodiment of an inner tool 17 is shown in FIG.
  • this inner tool 17 has a cylindrical working part 12 which is extended so far against the rolling direction that it is over half the length of the reducing part 9 of the roller 1 protrudes. This is followed by a radial jump with a conical rolling part 18, the cone angle of which is approximately the same as the cone angle of the reducing part 9 of the roller 1.
  • This rolling part 18 extends in the longitudinal direction to the beginning of the reducing part 9 of the roller 1 or until the transition from reducing part 9 to feed part 7 of roller 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mittel- und dünnwandigen nahtlosen Rohren ausgehend von einem langgestreckten Hohlkörper begrenzter Länge, der durch Walzen auf die gewünschte Fertigabmessung umgeformt wird. Um ein Verfahren zur Herstellung von mittel- und dünnwandigen nahtlosen Rohren (5) mit einem Durchmesser/Wanddickenverhältnis im Bereich von 15:1 bis 50:1 anzugeben, mit dem ausgehend von einem langgestreckten Hohlkörper mit kleinstmöglichem anlagentechnischen Aufwand die gewünschte Fertigabmessung bei guter Oberflächenqualität und unter Einhaltung der vorgeschriebenen Abmessungstoleranzen erzeugt werden kann, wird vorgeschlagen, daß mit nur einem Walzstich der Durchmesser des Hohlkörpers signifikant reduziert und bei nur geringfügiger Wanddickenänderung die Innenoberfläche unter Verwendung eines Innenwerkzeuges (4) geglättet wird und bei der Walzung die Achse des Hohlkörpers (14) mit der Walzachse (14) fluchtet. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein verfahren zur Herstellung von mittel- und dünnwandigen nahtlosen Rohrer gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 sowie eine Walzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Der Bedarf an nahtlosen Rohren im Durchmesserbereich 7" (177,8 mm) bis 26" (660 mm) mit einem Durchmesser/Wanddickenverhältnis im Bereich von 15:1 bis 50:1 ist außerordentlich hoch. Es sei hier nur auf den Ölfeldrohrbereich verwiesen, wo überwiegend nahtlose Rohre als Bohrrohre, Förderrohre oder Futterrohre eingesetzt werden. Dabei ist die Herstellung von qualitativ hochwertigen nahtlosen Rohren, d. h. mit engen Toleranzen für Wanddicke und Durchmesser sowie einer guten Oberfläche verhältnismäßig schwierig und erfordert einen entsprechenden anlagentechnischen Aufwand. Dies gilt insbesondere für dünnwandige Rohre mit einem Durchmesser/Wanddickenverhältnis von größer 25:1. Die bisher zur Herstellung solcher nahtlosen Rohre verwendeten Walzverfahren sind zum einen das Stopfnwalzverfahren und das Pilgerwalzverfahren. Bezüglich der generellen Anlagenkonzeption der beiden Walzverfahren wird auf das Stahlrohr-Handbuch 10. Auflage, 1986, insbesondere Seiten 128 und 133 verwiesen.
  • Nachteilig beim Stopfenwalzverfahren ist, daß dem Stopfenwalzwerk im Hinblick auf die Egalisierung der vom Längswalzen herrührenden Wanddickenwülste und der Erzielung einer akzeptablen Rundheit aus Leistungsgründen zwei parallellaufende Glättwalzwerke (Reeler) und ein Maß- bzw. Reduzierwalzwerk nachgeschaltet werden müssen. Beim letztsenannten Walzschritt kommt es darauf an, daß durch das Reelen leicht auf geweitete Vorrohr durch eine entsprechende Reduktion des Durchmessers auf die gewünschte Fertigabmessung zu walzen. Da in einem solchen Maßwelzwerk die Abnahme pro Gerüst etwa 2 bis 4 % beträgt, ist bei der üblichen Standardisierung von Mutterrohren eine Veilzahl von Gerüsten erforderlich, um die entsprechenden Durchmesserabnahmen zu erreichen. Viele Gerüstplätze bedeuten aber hohe Investitionskosten und eine entsprechende Vorratshaltung von Walzgerüsten.
  • Beim Pilgerwalzverfahren, wo aus Kostengründen auf die Standardisierung der Mutterrohre im Regelfall verzichtet wird, ist zwar der letzte Umformschritt nur ein Kalibrieren mit einer üblichen Gerüstzahl von 3, aber die Oberflächengüte, insbesondere die Wanddickentoleranzen des gepilgerten Rohres entsprechen in den meisten Fällen nicht mehr den gestiegenen Anforderungen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von mittel- und dünnwandigen nahtlosen Rohren mit einem Durchmesser/Wanddickenverhältnis im Bereich vom 15:1 bis 50:1 anzugeben, mit dem ausgehend von einem langgestreckten Hohlkörper mit kleistmöglichem anlagentechnischen Aufwand die gewünschte Fertigabmessung bei puter Oberflächenqualität und unter Einhaltung der vorgeschriebenen Abmessungstoleranzen erzeugt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 3 angegebenen Mitteln gelöst. Vorzugsweise Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Kerngedanke der Erfindung ist es, den über verschiedene Verfahren erzeugten langgestreckten Hohlkörper durch Walzen in möglichst nur einem Walzstich auf die gewünschte Fertigabmessung umzuformen und dabei den Durchmesser signifikant zu reduzieren und gleichzeitig die Innenoberfläche unter Verwendung eines Innenwerkzeuges zu glätten. Diese Idealkonzeption mit nur einem einzigen Walzaggregat ist in der Praxis aber nur dann zu realisieren, wenn die entsprechenden Rahmenbedingungen vorliegen, d. h. es muß als Ausgangsmaterial ein im Hinblick auf Toleranzen und Oberflächengüte idealer Hohlkörper vorliegen, der anschließend auf eine Abmessung gewalzt wird, die in bezug auf die Toleranzen und die Rundheit ein Optimum darstellt, so daß auf ein nachgeschaltetes Kalibrieren verzichtet werden kann. Da es sich bei dem vorgeschlagenen Walzverfahren um eine Kombination des Konventionnellen Glättens (Reelen) und der Durchmesserreduktion handelt, kann man das erfindungsgemäße Walzverfahren auch als Reduzierglätten bzw. Reduzierreelen bezeichen, das prinzipiell auch für ein Kaltwalzen anwendbar ist.
  • Abweichend von der vorher beschrieben Idealkonzeption muß man realistischerweise davon ausgehen, daß dem Reduzierglätten ein weiteres Walzverfahren nachgeschaltet werden muß. Dieses Walzverfahren ist im wesentlichen ein Kalibrieren, bei dem außer einem Runden zur genauen Einstellung des angestrebten Fertigdurchmessers eine geringfügige Durchmesserreduktion erfolgt. Aber auch diese Variante des erfindugsgemäßen Verfahrens hat gegenüber den konventionellen Walzverfahren große Vorteile. Wenn man davon ausgeht, daß, wie bereits Walzverfahren große Vorteile. Wenn man davon ausgeht, daß, wie bereits schon erwähnt, in einem konventionellen Maßreduzierwalzwerk als letzte Stufe, z. B. einer Stopfenwalzanlage die Durchmesserabnahme pro Gerüst etwa 2 bis 4 % beträgt, dann würde bei einer Durchmesserreduktion von 20 % beim Reduzierglätten mindestens fünf Gerüstplätze mitsamt den dazugehörigen Wechselgerüsten eingespart werden. Der weitere Vorteil ist darin zu sehen, daß beim Reduzierglätten der Reduktionsgrad auch so eingestellt werden kann, daß die Durchmesserabnahme nahezu Null ist bzw. der einlaufende Hohlkörper wie beim konventionellen Glätten aufgeweitet wird. Damit ist dieses Verfahren sehr anpassungsfähig und kann für die verschiedenen Anforderung verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Walzverfahren dann, wenn in Walzrichtung gesehen der einlaufende Hohlkörper zuerst im Durchmesser reduziert und direkt anschließend die Glättung der Innenoberfläche erfolgt. Diese vorgeschlagene Abfolge hat den Vorteil, daß je nach Ausnutzung des Reduzierteiles sowohl mehr oder weniger reduziert als auch konventionell geglättet werden kann. Prinzipiell kann man, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, auch die Abfolge umkehren, d. h. zuerst glätten und dann reduzieren. Dies hat aber den Nachteil, daß man keine Freiheit im Reduziergrad hat und immer gleichzeitig geglättet und reduziert werden muß.
  • Zur Verbesserung der Qualität der Innenoberfläche wird außerdem vorgeschlagen, das Innenwerkzeug kontinuierlich während des gesamten Walvorganges in Längsrichtung zu verschieben. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß beim üblichen Warmwalzen der anfallende Zunder sich nicht an einer bestimmten Stelle aufbauen kann und damit zu Störungen im Walzprozeß führt. Eine weitere Variante besteht darin, das Innenwerkzeug nur während einer bestimmten Walzphase zu verschieben. Diese bestimmten Walzphasen sind vorzugsweise das Ab- und Anwalzen, die hinsichtlich der Kräfteverteilug im Walzpalt besonders kritisch sind und durch das Verschieben des Innenwerkzeuges unterstützt werden.
  • Die Maßnahme des Verschiebens des Innenwerkzeuges beim An- oder Abwalzen hat den Zweck, Anwalz- bzw. Abwalzstecker zu vermeiden. Beschränkt sich das Verfahren auf diese Phasen, dann hat man während der restlichen Walzzeit den Zustand des ortsfesten Innenwerkzeuges auch mit der Gefahr von sich aufbauendem Zunder. Will man dies vermeiden, muß auch während der Festzeit das Innenwerkzeug verschoben werden. Die dafür erforderlichen konstruktiven Maßnahmen werden nachfolgend er läutert.
  • Die Walzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundlage eines konventionellen Glättwalzwerkes mit Innenwerkzeug der Einlaufteil der Walzen als Reduzierteil mit einem Reduzierwinkel im Bereich von größer 2 Grad bis 10 Grad ausgeildet ist. Die üblichen Glättwalzwerke sind im Einlaufteil entweder als Tonne oder als divergenter Kegel mit einem Reduzierwinkel bis ca. 2 Grad ausgebildet (Hutnicke listy 38 (1983) Nr. 11, Seiten 779 - 782). An den Einlaufteil der erfindungsgemäßen Walze schließt sich mit einem kreisbogenförmigen Übergang ein nahezu zylindrischer Glätteil mit einem Differenzwinkel zum Arbeitsteil des Innenwerkzeuges von größer 0 bis kleiner 1,0 Grad an, dem dann der Auslaufteil folgt. Der Auslaufteil hat zur Aufgabe das Walzgut zu runden. Damit beim erfindungsgemäßen Reduzierglätten bzw. Reduzierreelen eine Durchmesserreduktion möglich wird, muß das Walzgut zusätzlich durch zwei einandergegenüberliegende Führungen gestützt und die Umformzone geschlossen werden. Der zylindrische oder leicht konische Arbeitsteil des Innenwerkzeuges erstreckt sich axial über einen größeren Bereich als der Glätteil der Walzen, wobei in Walzrichtung gesehen der Anfang des Arbeitsteiles des Innenwerkzeuges vor dem Beginn des Glätteiles der Walzen liegt. Durch die größere Länge des Arbeitsteiles des Innenwerkzeuges gegenüber dem Glätteil der Walzen braucht das Innenwerkzeug nicht so genau positioniert werden. Außerdem wird der Verschleiß des Innenwerkzeuges vermindert, da durch Änderung der Stellung des Innenwerkzeuges zwischen zwei aufeinanderfolgenden Walzperioden das Belastungsmaximum jedes Mal an einer an deren Stelle des Arbeitsteiles liegt. Im Hinblick auf eine Andrehhilfe beim Einlauf des Hohlkörpers in die erfindungsgemäße Walzeinrichtung wird weiterhin vorgeschlagen, dem Reduzierteil ein Einzugsteil mit einem Einzugswinkel von ungefähr 1 Grad vorzuschalten. Besonders bei dünnwandigen Rohren ist ein durch den kegeligen Einzugsteil erzeugtes zusätzliches Drehmoment erwünscht, welches hilft den zu walzenden Hochkörper bis zum Glätteil zu bringen, ohne daß er aufgrund der durch das Reduzieren hervorgerufenen Ovalität im Reduzierteil steckerbleibt. Bei der prinzipiell möglichen Verfahrensumkehr, d. h. erst Glätten dann Reduzieren steht, wenn das Ende des Hohlkörpers den Glätteil verlassen hat, kein zusätzliches Drehmoment mehr zur Verfügung und es kann bei dünnwandigen Rohren zu Endensteckern kommen. Diese Endenstecker kann man vermeiden, wenn man einen kegeligen Abwalzteil am Innenwerkzeug vorsieht, das man aber im Sinne der Vermeidung von Zunderaufbau während des Walzens gegen die Walzrichtung nicht verschieben könnte.
  • Alternativ zum konventionellen Innenwerkzeug wird vorgeschlagen, dem zylindrisch bis schwach konisch (divergent) ausgebildeten Arbeitsteil einen keglig ausgebildeten Abschnitt vor- bzw. nachzuschalten. Dieser Abschnitt liegt in der Phase des Anwalzens bzw. Abwalzens voll an der Innenoberfläche des einlaufenden Hohlkörpers an. Der Winkel dieses Abschnittes ist nahezu gleich dem Reduzierwinkel der Walzen. Für das Beispiel des Anwalzens wird die Stellung des Innenwerkzeuges so gewählt, daß der Überwang vom Anwalzteil zum Arbeitsteil des Innenwerkzeuges in der gleichen, senkrecht zur Walzachse stehenden Ebene liegt, wie der Übergang vom Reduzierteil zum Glätteil der Walzen. Nachdem der Hohlkörperanfang diese Ebene überschritten hat und der Hohlkörper damit im vollen Walzeingriff sich befindet, wird das Innenwerkzeug entgegen der Walzrichtung geschoben, so daß der Übergang vom Anwalzteil zum Arbeitsteil des Innenwerkzeuges im Bereich des Reduzierteiles der Walze sich befindet. Die Verschiebung des Innenwerkzeuges entgegen der Walzrichtung soll dabei mindestens so groß sein, daß im Reduzierteil keine Wandverformung durch das Innewerkzeug stattfindet.
  • Bei einer weiteren Variante des Innenwerkzeuges folgen Anwalzteil und wirksamer Glätteil des Innenwerkzeuges nicht unmittelbar aufeinander. Dazwischen befindet sich ein Abschnitt, der keinerlei Verformungsaufgaben übernimmt. Vorzugsweise wird dieser Abschnitt als nicht verformungstechnisch wirksame Verlängerung des Glätteils ausgebildet. Diese Auführungsform des Innenwerkzeuges hat den Vorteil, daß die genaue Übereinstimmung von Beginn Glätteil Walze und Glätteil Innerwerkzeug nicht erforderlich ist. Damit gewinnt man mehr Spielraum für das Einstllen der Stellung des Innenwerkzeuges. Vor allem machen sich Unterschiede in der Materialumfangsgeschwindigkeit über die Länge, die bei gleicher Arbeitslänge im Reduzierteil von Walze und Innenwerkzeug nicht für jede Einstellung zu vermeiden sind, deutlich weniger stark bemerkbar. Vereinfacht ausgedrückt heißt das, die Gefahr einer unzulässigen Torsion des zu walzenden Hohlkörpers um die Längsachse beim Reduzieren unter Kontakt mit dem Innenwerkzeug wird deutlich herabgesetzt.
  • Das erfirdungsgemäße Verfahren kann in der Weise variiert werden, daß die Walzen der Walzeinrichtung nicht nur den üblichen Transportwinkel, sondern einen Spreizwinkel gegen die Walzachse aufweisen. Diese Variante ist dann besonders vorteilhaft, wenn der Schnittpunkt der Achsen der Walzen mit der Walzachse in Walzrichtung gesehen hinter dem Walzwerk liegt, wobei der Transportwinkel dabei gedanklich zu Null gesetzt ist. Bei dieser Konstellation wird ein Optimum dann erreicht, wenn die Größe des Spreizwinkels so gewählt wird, daß für den mittleren Durchmesser des vorgegebenen Abmessungsbereiches im Reduzierteil die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen proportional zum abnehmenden Hohlkörperdurchmesser abnimmt. Damit ergibt sich für einen Schlupf Null und bei einer linienförmigen Berührung von Walze und Hohlkörper für den Hohlkörper für jeden Punkt auf seiner Achse die gleiche Winkelgeschwindigkeit. Anders ausgedrückt wird durch diesen vorzugsweise gewählten Spreizwinkel die Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Walze über die Länge so optimiert, daß näherungsweise Walze und zu walzender Hohlkörper wie die Zahnräder eines Getriebes aufeinander abrollen und dadurch das Walzgut so wenig wie möglich um seine Längsachse tordiert wird.
  • Als Einsatzmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Verfahren bieten sich vorzugsweise folgende Varianten an:
    • beim Stopfenwalzverfahren nach dem Stopfengerüst als Ersatz der konventionellen Reeler
    • beim Pilgerwalzverfahren nach dem Pilgergerüst als zusätzlicher Verfahrersschritt jedoch mit den genannten Vorteilen bezüglich der Oberfläche und der Toleranzen
    • direkt nach einem Lochwalzwerk ohne weiteres Streckaggregat.
  • In der Zeichnung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele die erfindungsgemäße Walzeinrichtung und damit auch das Verfahren näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 einen hälftigen Längsquerschnitt durch die erfindungsgemäße Walzeinrichtung während des Walzprozesses
    • Fig. 2a-c einen hälftigen Längsquerschnitt durch die Walzeinrichtung mit einem verschiebbaren Innenwerkzeug während verschiedener Walzphasen
    • Figur 3 wie Figur 1 jedoch mit einer anderen Ausführungsform des Innenwerkzeuges
  • In Figur 1 ist in einem hälftigen Längsquerschnitt die erfindungsgemäße Walzeinrichtung während des Walzprozesses dargestellt. Die Walzeinrichtung besteht aus zwei gleichsinnig angetriebenen Walzen 1,2, die um einen Transportwinkel zur Walzachse schräggestellt sind. Die zweite Walze 2, ebenso die Führungen, die in einer zur Walzebene um 90 Grad gedrehten Ebene angeordnet sind, sind in dieser Figur nicht dargestellt. Außerdem weist die Walzeinrichtung ein an einer Haltestange 3 befestigtes Innenwerkzeug 4 auf. Der zu walzende Hohlkörper 5 befindet sich bei dieser Darstellung voll im Walzeingriff. Die erfindungsgemäße Walze 1 weist verschiedene Abschnitte auf, die nachfolgend im einzelnen erläutert werden. In Walzrichtung gesehen, wobei diese durch den Pfeil 6 gekennzeichnet ist, weist die Walze 1 zu Beginn einen Einzugsteil 7 auf, der abgerundet in die einlaufseitige Stirnfläche 8 der Walze 1 übergeht. Der Einzugsteil 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel divergent kegelig ausgebildet mit einem Einzugswinkel von ungefähr 7 Grad. Dieser Einzugsteil 7 dient als Andrehhilfe und erleichtert den Anwalzprozeß. Dem Einzugsteil 7 folgt ein Reduzierteil 9 mit einem Reduzierwinkel im Bereich von größer 2 bis 10 Grad. In diesem Abschnitt wird der Durchmesser des einlaufenden Hohlkörpers 5 signifikant reduziert. Daran schließt sich mit einem kreisbogenförmigen Übergang 10 ein nahezu zylindrischer Glätteil 11 an. Dieser Glätteil 11 schließt mit dem Arbeitsteil 12 des Innenwerkzeuges 4 einen Differenzwinkel im Bereich von 0 bis kleiner 1 Grad ein. Die Länge des Arbeitsteiles 12 des Innenwerkzeuges ist immer größer als die Länge des Glätteiles 11 der Walzen 1,2. Dem Glätteil 11 folgt der bereits bekannte Auslaufteil 13 an, der die Aufgabe hat, den auslaufenden Hohlkörper 5 zu runden. Wie bereits erwähnt, ist die Führung nicht dargestellt, wobei diese in bekannter Weise aus zwei einander gegenüberliegenden festen Führungslinealen besteht, um das Kaliber zu schließen. Nicht dargestellt ist in dieser Figur die Variante, daß die Achsen der Walzen 1,2 einen Spreizwinkel gegen die Walzachse 14 aufweisen. Bei dieser Variante würde aber die Lage der Kontur der Walzen 1,2 in bezug auf die Walzenachse 14 erhalten bleiben.
  • Figur 2 zeigt ebenso wie Figur 1 einen hälftigen Längsquerschnitt durch die Walzeinrichtung, jedoch mit einem verschiebbaren Innenwerkzeug während verschiedener Walzphasen. Dabei werden für gleiche Teile die gleichen Bezugseichen verwendet wie in Figur 1. Das in dieser Figur 2 in den Teilbildern a - c dargestellte Innenwerkzeug 15 weisst zwei unterschiedliche Abschnitte auf. Das Arbeitsteil 12 ist wie bei einem konventionellen Innenwerkzeug 4 zylindrisch ausgebildet, dem im Unterschied zu Figur 1 noch ein kegelig ausgebildeter Anwalzteil 16 vorgeschaltet ist. Dabei ist der Kegelwinkel dieses Anwalzteiles 16 nahezu gleich dem Kegelwinkel des Reduzierteiles 9 der Walze 1. In der Phase des Anwalzens gemäß Teilbild a) wird das Innenwerkzeug 15 gegenüber der Walze 1 so eingestellt, daß der Übergang vom Arbeitsteil 12 zum Anwalzteil 16 des Innenwerkzeuges 15 in der Ebene des Überganges vom Glätteil 11 zum Reduzierteil 9 der Walze 1 liegt. Die Phase des Anwalzens ist gemäß Teilbild b) dann beendet, wenn der Hohlkörper 5 die beschriebene Übergangsebene erreicht. Anschließend wird gemäß Teilbild c) das Innenwerkzeug 15 entgegen der Walzrichtung 6 so weit vorgeschoben, daß der Übergangsbereich des Innenwerkzeuges 15 im Reduzierteil 9 der Walze liegt und der einlaufende Hohlkörper 5 am Anwalztpil 16 des Innenwerkzeuges 15 nicht mehr zur Anlage kommt.
  • In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Innenwerkzeuges 17 dargestellt. Auch hier werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Figur 1. Im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 weist dieses Innenwerkzeug 17 einen zylindrischen Arbeitsteil 12 auf, das soweit entgegen der Walzrichtung verlängert ist, daß es über die Hälfte der Länge des Reduzierteiles 9 der Walze 1 hinausragt. Daran schließt sich mit einem radialen Sprung ein kegelig ausgebildeter Anwalzteil 18 an, dessen Kegelwinkel in etwa gleich ist dem Kegelwinkel des Reduzierteiles 9 der Walze 1. Dieser Anwalzteil 18 erstreckt sich in Längsrichtung bis zum Anfang des Reduzierteiles 9 der Walze 1 bzw. bis zum Übergang von Reduzierteil 9 zum Einzugsteil 7 der Walze 1.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung von mittel- und dünnwandigen nahtlosen Rohren ausgehend von einem langgestreckten Hohlkörper begrenzter Länge, der durch Walzen auf die gewünschte Fertigabmessung umgeformt wird,
    dadurch gekennzeichnet ,
    daß mit nur einem Walzstich der Durchmesser des Hohlkörpers signifikant reduziert und beinur geringfügiger Wanddickenänderung die Innenoberfläche unter Verwendung eines Innenwerkzeugzs geglättet wird und bei der Walzung die Achse des Holkörpers mit der Walzachse fluchtet.
  2. Verfahren zur Herstellung von mittel- und dünnwandigen nahtlosen Rohren ausgehend von einem erwärmten langgestreckten Hohlkörper, der durch zwei aufeinanderfolgende unterschiedliche Walzverfahren auf die gewunschte Fertigabmessung umgeformt und anschließend abgekühlt wird, wobei ggf. zwischen den beiden Walzverfahren eine Nacherwärmung des umgeformten Hohlkörpers erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß beim ersten Walzverfahren mit nur einem Walzstich der Durchmesser des Hohlkörpers signifikant reduziert und bei nur geringfügiger Wanddickenänderung die Innenoberfläche unter Verwendung eines Innenwerkzeuges geglättet wird, wobei während der Walzung die Achse des Hohlblockes mit der Walzachse fluchtet und das zweite Walzverfahren im wesentlichen ein Kalibrieren ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in Walzrichtung der einlaufende Hohlkörper zuerst im Durchmesser reduziert wird und direkt anschließend die Glättung der Innenoberfläche erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Innenwerkzeug kontinuierlich während des gesamten Walzvorganges in Längsrichtung verschoben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Innenwerkzeug während einer bestimmten Walzphase verschoben wird.
  6. Walzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 in Form eines Schrägwalzwerkes mit zwei gleichsinnig angetriebenen und einen Einlauf- und einen Auslaufteil aufweisenden Walzen, die um einen Transportwinkel zur Walzachse schräggestellt sind, sowie in einer zur Walzebene um 90 Grad gedrehten Ebene angeordneten Führung und einem an einer Haltestange befestigtes und ein Arbeitsteil aufweisendes Innenwerkzeug,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in Walzrichtung (6) gesehen der Einlaufteil der Walzen (1) als Reduzierteil (9) mit einem Reduzierwinkel im Bereich von größer 2 Grad bis 10 Grad ausgebildet ist und daran sich mit einem kreisbogenförmigen Übergang (10) ein nahezu zylindrischer Glätteil (11) mit einem Differenzwinkel zum Arbeitsteil (12) des Innenwerkzeuges (4,15,17) im Bereich von 0 Grad bis kleiner 1,0 Grad anschließt, dem dann der Auslaufteil (13) zum Runden folgt und die Führung zwei einander gegenüberliegende feste Führungslineale aufweist und der Arbeitsteil (12) des Innenwerkzeuges (4,15,17) eine größer Länge aufweist als der Glätteil (11) der Walzen (1), wobei in Walzrichtung (6) gesehen der Anfang des Arbeitsteiles (12) des Innenwerkzeuges (4,15,17) vor dem Beginn des Glätteiles (11) der Walzen (1) liegt.
  7. Walzeinrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Reduzierwinkel im Reduzierteil (9) der Walzen (1) 3 - 5 Grad beträgt.
  8. Walzeinrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in Walzrichtung (6) gesehen dem Reduzierteil (9) ein Einzugsteil (7) mit einem Einzugswinkel von ungefähr 1 Grad vorgeschaltet ist.
  9. Walzeinrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Achsen der Walzen (1) einen Spreizwinkel gegen die Walzachse aufweisen.
  10. Walzeinrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schnittpunkt der Achsen der Walzen (1) mit der Walzachse in Walzrichtung (6) gesehen hinter dem Walzwerk liegt, wobei der Transportwinkel dabei gedanklich zu Null gesetzt ist.
  11. Walzeinrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Größe des Spreizwinkels so gewählt wird, daß für den mittleren Durchmesser des vorgegebenen Abmessungsbereiches im Reduzierteil (9) die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen (1) proportional zum abnehmenden Hohlkörperdurchmesser abnimmt.
  12. Walzeinrichtung nach Anspruch 6, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Innenwerkzeug (15) zusätzlich zum zylindrischen Arbeitsteil (12) einen daran sich anschließenden kegelig ausgebildeten Abschnitt (16) aufweist, der nur während des Ab- oder Anwalzens an der Innenoberfläche des zu walzenden Hohlkörpers (5) anliegt und dessen Kegelwinkel nahezu gleich ist dem Reduzierwinkel der Walzen (1).
  13. Walzeinrichtung nach Anspruch 12
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Arbeitsteil (12) des Innenwerkzeuges (17) für das Glätten eine Fortsetzung entgegen der Walzrichtung (6) aufweist, wobei die Fortsetzung über die halbe Länge des Reduzierteiles (9) der Walze (1) hinaus sich erstreckt und daran sich mit einem abgerundeten Absatz ein konvergent kegelig ausgebildeter Anwalzteil (18) anschließt, der während des Walzens an der Innenoberfläche des einlaufenden Hohlblockes (5) anliegt und dessen Kegelwinkel nahezu gleich ist dem Reduzierwinkel und der sich bis in den Anfangsbereich des Reduzierteiles (9) erstreckt.
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