EP0885667A2 - Schrägwalzwerk zum Strecken eines auf Umformtemperatur erwärmten nahtlosen Hohlkörpers - Google Patents

Schrägwalzwerk zum Strecken eines auf Umformtemperatur erwärmten nahtlosen Hohlkörpers Download PDF

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EP0885667A2
EP0885667A2 EP98250193A EP98250193A EP0885667A2 EP 0885667 A2 EP0885667 A2 EP 0885667A2 EP 98250193 A EP98250193 A EP 98250193A EP 98250193 A EP98250193 A EP 98250193A EP 0885667 A2 EP0885667 A2 EP 0885667A2
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EP
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section
radius
rolling mill
concave
subsection
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Jürgen Dr. Pietsch
Walter Dipl.-Ing. Randerath
Gunther Dipl.-Ing. Manig
Kurt Dipl.-Ing. Hackenberg
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Vodafone GmbH
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Mannesmann AG
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a cross rolling mill for stretching a to forming temperature heated seamless hollow body according to the preamble of claim 1.
  • the push bench process is one Another rolling process for the production of seamless hot-finished pipes.
  • Producible With this process slugs with a diameter of about 90 to 170 mm are used Wall thicknesses of about 3 - 18 mm with bobbin lengths up to about 18 m.
  • Modern Pipe bench systems usually only produce one or two large blank dimensions, where the inner diameter, due to the mandrel diameter, is the same size. Via a downstream stretch-reducing mill, everyone common pipe dimensions down to a smallest outer diameter of about Made 20 mm.
  • Square, octagonal or round blocks, rolled, are used as the starting material or increasingly from continuous casting.
  • the block will open up after heating Forming temperature in a rotary hearth furnace in the approximately cylindrical die Hole press inserted and through a perforated dome into a thick-walled hollow body (Bottle) formed with bottom.
  • the hollow block is over one Mandrel bar stretched to 1.5 to 2 times the length. It takes place with the Reduction also takes place at the same time an equalization of the wall thickness.
  • the elongated hollow block (elongated sleeve) is then exposed to the same heat the push bench via a mandrel bar as an internal tool under 10 to 15 times Rolled out to form a slug. After the stretching process, it runs through the Rolled-out mandrel rolled a release roller, so that the mandrel afterwards can be pulled out. Then, using a warm saw Bottom piece and the end of the bowl separated. In a downstream Stretch-reducing mill, the blanks reheated to the forming temperature becomes Rolled tube to its final dimensions (steel tube manual, 10th edition 1986, Vulkan Verlag, pages 137 - 139).
  • the stretch-cross roll mill (elongator), which is very similar to an Assel mill usually equipped with three rollers that move around a transport angle Rolling axis are inclined.
  • the rollers have a conical shape Inlet and outlet part, whereby between the inlet part and the smallest Rolling gap forming working section of the roller is provided a shoulder.
  • the shoulder In When viewed in the direction of the rolling stock, the shoulder has a section a concave curvature and a section with a after a turning point convex curvature.
  • the latter section is in two subsections divided with two different radii. The radius of the first subsection is smaller than that of the second subsection and both radii are larger than that Radius of the concave section. Alternatively, the latter section can also have only one radius.
  • This known shoulder training has the disadvantage that it is higher on the shoulder Wear occurs and hot cracks often form over the entire shoulder. These cracks can become so large that roller breaks cannot be ruled out. The heavy wear on the shoulder leads to surface defects on the stretched Hollow body.
  • the object of the invention is to provide a cross rolling mill for stretching one To specify the forming temperature of the heated seamless hollow body, whose rollers reduced wear on the shoulder have a longer life and with which the Formation of surface defects can be largely avoided.
  • the essence of the invention is to be seen in that seen in the direction of rolling stock a smooth transition from the inlet part to the shoulder is provided, so that the compressive stresses and the deformation distribution in the shoulder inlet are changed.
  • the second effect that results from this is a lower heat input into the Roller body.
  • the advantage of the gradual transition is a reduction in the number of Roller change due to a longer service life of the rollers.
  • the cutting depth at the Recalibration can be minimized, so that a longer total Lifetime of the rollers results. As a consequence, this leads to a clear one Reduction of costs for the forming process.
  • Another advantage is that it is possible with the proposed calibration of the rollers, different Realize wall reductions without rolling with different shoulder heights to have to use.
  • FIG. 2 also shows a longitudinal cross-section of a stretch-cross roll mill designed according to the invention, but with a different dimension of the hollow block 1.2 to be stretched.
  • the initial diameter D is 0 248 mm and the initial wall thickness s 0 59 mm.
  • the inner tool 5 is the same with a diameter d D of 115 mm.
  • the stretching gives the same dimension of the slug 4 with a diameter D 1 of 192 mm and a wall thickness s 1 of 38.5 mm.
  • the distance A k from the high point is larger and is 88.8 mm.
  • FIG. 3 shows the details of the shoulder region 9 designed according to the invention.
  • the shoulder region 9 has a concavely curved section 10 and, after a turning point 11, a convexly curved section which is divided into two subsections 12.1 and 12.2.
  • the first convexly curved subsection 12.1 has a radius R 2 that is smaller than the radius R 3 of the subsequent second convexly curved subsection 12.2, both radii R 2 , R 3 being larger than the radius R 1 of the concavely curved section 10.
  • R 2 radius of the subsequent second convexly curved subsection 12.2, both radii R 2 , R 3 being larger than the radius R 1 of the concavely curved section 10.
  • the angle 15 of this rectilinear section 13 is in the range between 6-16 degrees, preferably ten degrees.
  • the radius R 1 of the concavely curved section 10 is less than 1/4 of the radius R 2 of the first convexly curved subsection 12.1.
  • the circular arc or construction angle 16 of the concavely curved section 10 is also smaller than according to the known prior art and is in the range between 20 and 35 degrees, preferably 32 degrees.
  • the radial extension from the inlet part 7 to the outlet part 8 is identified as the total shoulder height 17. Due to the slowly rising section 13 with the beginning of the concavely curved section 10, a partial shoulder height 18 results up to the outlet part 8.
  • the length of the shoulder is divided into a first partial shoulder length 19 and a second partial shoulder length 20, the transition from the first into the second partial shoulder length 19, 20 is located approximately in the middle of the concavely curved section 10.
  • FIG. 4 shows a comparison of the shoulder area designed according to the invention 9 with already known shoulder geometries. They are already for identification purposes known designs of the shoulder area 9 with type numbers 1, 2.1, 2.2 and 3 marked. It is crucial that the transition from Inlet part 7 in the shoulder area 9 as a straight section 13 (FIG. 3) is formed and the concavely curved section 10 only a small circular arc or construction angle 16.

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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.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schrägwalzwerk zum Strecken eines auf Umformtemperatur erwärmten nahtlosen Hohlkörpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Schrägwalzwerk ist aus der DE 195 36 637 C1 bekannt.
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.
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).
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.
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.
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.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.
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.
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.
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 dD 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 AK 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.
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 dD 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 Ak vom Hohen Punkt ist größer und beträgt 88,8 mm.
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.
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.

Claims (6)

  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.
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