EP1034853A2 - Kaltpilgerwalzwerkzeug zum Herstellen von innenverrippten Rohren - Google Patents
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- EP1034853A2 EP1034853A2 EP00250047A EP00250047A EP1034853A2 EP 1034853 A2 EP1034853 A2 EP 1034853A2 EP 00250047 A EP00250047 A EP 00250047A EP 00250047 A EP00250047 A EP 00250047A EP 1034853 A2 EP1034853 A2 EP 1034853A2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B25/00—Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs
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- B21B21/00—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills
- B21B21/005—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills with reciprocating stand, e.g. driving the stand
Definitions
- the invention relates to a cold pilger tool for the production of internally ribbed Pipes according to the cold pilger step method in a back and forth in the rolling direction Movable roll stand with tapered calibrated rolls with alternating Roll the direction of rotation over the rolling stock by also tapering Cold pilger mandrel is located.
- ribbing is preferably fine-toothed for these applications, e.g. 60 Ribs at an incline of approx. 20 °, the rib depth being relatively small.
- the object of the present invention is based on the described state the technology to create a tool with the avoidance of the described Disadvantages of an internally finned tube also of higher strength with little Machine expenditure and reasonable machine loads on one Cold pilger mill can be manufactured.
- the invention proposes that the cold pilgrim mandrel at its free end a coaxially rotatable extension plug has, in the negative of the spiral inner rib to be produced is incorporated.
- the freely rotatable extension plug hampers the Material flow hardly, because the twisting forces of the material by turning the Extension plug can be compensated. Due to the material feed in Cold pilger rolling mill positions the stopper according to its spiral pitch necessary needs of the tool automatically, so that the result is a perfect and undistorted ribbed inner surface of the tube is created.
- the principle of operation of the method according to the invention can be divided into two sections become: During the actual rolling, i.e. during the advance of the Rolled stock in the dead center area and during stretching above Actual, smooth rolling mandrel is in the area of the ribbed plug, the Outside diameter preferably slightly smaller than the inside diameter of the Is smooth tube, the rolling stock is pushed forward in the stopper area, whereby Smooth tube length reaches the stopper area. Press in the second stage of the procedure then the rolls into the plug profile without reducing the cross-section.
- the Outside diameter of the extension plug by a maximum of 50% of the rib depth of the Internal ribbing is larger than the inner diameter of the smooth tube. It has namely that the most favorable forming conditions are then given, if the outer diameter of the extension plug is smaller than that The inside diameter of the smooth tube is, at most, however, only slightly larger; because otherwise the tensile forces in the connection of the rolling mandrel and plug become unacceptably large and can cause the material to be crushed in the area of the plug.
- the Roll calibration in the area of the extension plug is designed so that the Cross-sectional area of the pipe at this point no significant changes experiences. Only the diameter of the pipe is over the extension plug reduced until the required ribbing is introduced into the inner surface of the pipe is.
- the extension plug on one end the cold pilger mandrel is arranged on the fly and rotatably mounted on the Cold pilger mandrel side is supported against an axial bearing.
- simple Construction type can be a threaded stud in one end Counter thread of the end face of the cold grand mandrel, being on the Bolts of the extension plugs - for example over plain bearings - can be freely rotated is stored.
- the bolt can be provided with a hexagon head between which and an axial ball bearing is added to the extension plug.
- the Thrust ball bearings are required to support the high, acting in the axial direction Forming forces of the pipe, which on the ribbed extension plug on the Bolts act to take up and the free rotation of the extension plug to ensure.
- the present invention allows for cold vocationalage and ribbing in one Operation, with practically no limitation to the tube wall thickness.
- the Setup is extremely affordable and can be done with little additional investment in any Cold pilger rolling mill can be integrated.
- the drawing figure shows a roughly simplified representation of the invention Tool.
- the tapered rollers roll over and over the cold pilger mandrel 1 produce with their basic caliber 2 the nip 3, which is essentially represents the reduction of the pipe cross-section.
- the extension plug 4 is freely rotatable, the Ribbed profile corresponds to the negative of the profile generated in tube 5.
- the Annular gap profile 3 corresponds to the geometric situation in which the Cold pilger rolling mill is in the dead center before a feed for the pipe takes effect. Now the feed of the slab follows and then that Extend on the forward stroke. This is in the sphere of influence of Extension plug 4 advanced pipe material.
- the Extension plug 4 rotates according to the slope of its Ribbing.
- the stopper was chosen smaller than the smoothing part of the actual one Rolling mandrel, only needs a small amount of material in the transition zone 6 Rib profile flow. This increases the frictional resistance in the ribbing area minimized that the pipe 5 is rotated at the outlet dead center and the free grinding in this Area is so large that sufficient expansion is effected.
- a bolt 7 is provided, which by the central hole of the extension plug into the front of the Cold pilger mandrel is screwed in.
- the extension plug itself is by means of a plain bearing 8 freely rotatable on the bolt 7; at the end of the cold pilger mandrel 1 Extension plug 4, an axial bearing 9 is provided, which against the Bolt is supported. With this thrust bearing 9 are on the bolt acting axial forces when producing the internal ribbing.
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kaltpilgerwerkzeug zur Herstellung von innenverrippten
Rohren nach dem Kaltpilgerschrittverfahren in einem in Walzrichtung hin- und
herbewegbaren Walzgerüst mit verjüngend kalibrierten Walzen, die mit wechselndem
Drehsinn über dem Walzgut abrollen, in dem sich ein ebenfalls verjüngender
Kaltpilgerdorn befindet. Dabei weist der Kaltpilgerdorn (1) an seinem freien Ende einen
koaxial drehbar gelagerten Verlängerungsstopfen (4) auf, in den das Negativ der
herzustellenden gewendelten Innenverrippung eingearbeitet ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kaltpilgerwerkzeug zur Herstellung von innenverrippten
Rohren nach dem Kaltpilgerschrittverfahren in einem in Walzrichtung hin- und
herbewegbaren Walzgerüst mit verjüngend kalibrierten Walzen, die mit wechselndem
Drehsinn über dem Walzgut abrollen, indem sich ein ebenfalls verjüngender
Kaltpilgerdorn befindet.
Für bestimmte Anwendungsfälle, z.B. zur Verbesserung von Wärmeübergängen und
Strömungsverhältnissen in Wärmetauschern und Leitungen werden Rohre gefordert,
deren Innenoberfläche eine gewendelte, die Strömung leitende Verrippung aufweisen.
Die Verrippung ist für diese Anwendungsfälle vorzugsweise feinzahnig, mit z.B. 60
Rippen bei einer Steigung von ca. 20°, wobei die Rippentiefe relativ gering ist.
Als Werkstoff sind alle metallischen Werkstoffe denkbar, einschließlich Stahl.
Das Herstellen der gewendelten Innenverrippung erfolgt bislang mindestens bei
Kupferwerkstoffen in Ziehlinien, wobei ein entsprechend gewendelter Ziehstopfen
Verwendung findet.
Während das Herstellen von Innenverrippungen in Ziehlinien nur für relativ weiche
Werkstoffe und dünnwandige Rohre anwendbar ist, beispielsweise für Kupferrohre, ist
das Berippen von schwerer umformbaren Materialien nur im begrenzten Maße bzw. mit
einfachen Rippengeometrien durchgeführt worden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem geschilderten Stand
der Technik, ein Werkzeug zu schaffen, mit dem unter Vermeidung der geschilderten
Nachteile ein innenverripptes Rohr auch höherer Festigkeit mit geringem
Maschinenaufwand und vertretbaren Maschinenbelastungen auf einem
Kaltpilgerwalzwerk hergestellt werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Kaltpilgerdorn
an seinem freien Ende einen koaxial drehbar gelagerten Verlängerungsstopfen
aufweist, in den das Negativ der herzustellenden gewendelten Innenverrippung
eingearbeitet ist. Der frei drehbar gelagerte Verlängerungsstopfen behindert den
Materialfluß kaum, weil die Verdrallkräfte des Werkstoffes durch das Drehen des
Verlängerungsstopfens kompensiert werden. Durch den Werkstoffvorschub im
Kaltpilgerwalzwerk stellt sich der Stopfen entsprechend seiner Wendelsteigung auf die
notwendigen Bedürfnisse des Werkzeuges selbsttätig ein, so daß im Ergebnis eine
einwandfreie und unverzerrte gerippte Innenoberfläche des Rohres entsteht.
Das Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in zwei Abschnitte aufgeteilt
werden: Während des eigentlichen Walzens, d.h. während des Vorschubs des
Walzgutes im Einlauftotpunktbereich sowie während des Ausstreckens über dem
eigentlichen, glatten Walzdorn wird im Bereich des gerippten Stopfens, dessen
Außendurchmesser vorzugsweise geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des
Glattrohres ist, wird im Stopfenbereich das Walzgut vorwärts geschoben, wobei
Glattrohrlänge in den Stopfenbereich gelangt. Im zweiten Verfahrensabschnitt drücken
dann die Walzen ohne Querschnittsreduzierung das Walzgut in das Stopfenprofil. Wird
nun das Walzgut im Auslauftotpunkt gedreht und ist die Walzenkalibrierung im
Stopfenbereich mit einem entsprechend großen Freischliff versehen, kommt es zu
Beginn des Rückhubes zu einem Löseeffekt, der es im nächsten Arbeitszyklus
ermöglicht, das Walzgut über den gewendelten Stopfen zu schieben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Außendurchmesser des Verlängerungsstopfens um maximal 50 % der Rippentiefe der
Innenverrippung größer als der Innendurchmesser des Glattrohres ist. Es hat sich
nämlich herausgestellt, daß die günstigsten Umformverhältnisse dann gegeben sind,
wenn der Außendurchmesser des Verlängerungsstopfens kleiner als der
Innendurchmesser des Glattrohres ist, maximal jedoch nur geringfügig größer; denn
andernfalls können die Zugkräfte in der Verbindung von Walzdorn und Stopfen
unzulässig groß werden und es kann zu Verquetschungen des Materials im Bereich
des Stopfens kommen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Walzenkalibrierung im Bereich des Verlängerungsstopfens so gestaltet ist, daß die
Querschnittsfläche des Rohres an dieser Stelle keine wesentlichen Veränderungen
erfährt. Lediglich der Durchmesser des Rohres wird über den Verlängerungsstopfen
reduziert, bis die geforderte Verrippung in die Innenoberfläche des Rohres eingebracht
ist.
Konstruktiv ist vorgeschlagen, daß der Verlängerungsstopfen auf einer stirnseitig an
dem Kaltpilgerdorn fliegend angeordneten Achse drehgelagert ist und auf der dem
Kaltpilgerdorn abgewandten Seite gegen ein Axiallager abgestützt ist. Bei einfacher
Bauausführung kann ein am Ende mit einem Gewinde versehener Bolzen in ein
Gegengewinde der Stirnseite des Kaltpilgerdornes eingeschraubt sein, wobei auf dem
Bolzen der Verlängerungsstopfen - beispielsweise über Gleitlager - frei drehbar
gelagert ist. Der Bolzen kann mit einem Sechskantkopf versehen sein, zwischen dem
und dem Verlängerungsstopfen ein Axialkugellager aufgenommen wird. Das
Axialkugellager wird benötigt, um die hohen, in axialer Richtung wirkenden
Umformkräfte des Rohres, die über den verrippten Verlängerungsstopfen auf den
Bolzen wirken aufzunehmen, und dabei das freie Drehen des Verlängerungsstopfens
zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung gestattet ein Kaltpilgern und Verrippen in einem einzigen
Arbeitsgang, wobei praktisch keine Begrenzung der Rohrwanddicke gegeben ist. Ein
Verzerren des Rippenprofils durch gleichzeitiges Ausstrecken, wie es bei gerrippten
konventionellen Kaltpilgerdornen auftreten konnte, entsteht bei der Erfindung nicht. Die
Einrichtung ist äußerst preisgünstig und kann mit geringer Zusatzinvestition in jedes
Kaltpilgerwalzwerk integriert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
nachfolgend beschrieben.
Die Zeichnungsfigur zeigt in grob vereinfachter Darstellung das erfindungsgemäße
Werkzeug. Über dem Kaltpilgerdorn 1 rollen die verjüngend kalibrierten Walzen ab und
erzeugen mit ihrer Kalibergrundabwicklung 2 den Walzenspalt 3, der im wesentlichen
die Reduktion des Rohrquerschnittes wiedergibt. An den Kaltpilgerdorn 1 ist
erfindungsgemäß der Verlängerungsstopfen 4 frei drehbar angeschlossen, dessen
Verrippungsprofil dem Negativ des im Rohr 5 erzeugten Profils entspricht. Das
Ringspaltprofil 3 entspricht der geometrischen Situation, in der das
Kaltpilgerwalzgerüst sich im Einlauftotpunkt befindet, bevor ein Vorschub für das Rohr
wirksam wird. Es folgt nun zunächst der Vorschub der Luppe und dann das
Ausstrecken auf dem Vorhub. Hierbei wird das im Einflußbereich des
Verlängerungsstopfens 4 befindliche Rohrmaterial vorgeschoben. Der
Verlängerungsstopfen 4 dreht sich hierbei entsprechend der Steigung seiner
Verrippung. Da der Stopfen kleiner gewählt wurde, als der Glättteil des eigentlichen
Walzdornes, muß lediglich in der Übergangszone 6 eine geringe Materialmenge in das
Rippenprofil fließen. Der Reibungswiderstand im Verrippungsbereich wird dadurch
minimiert, daß das Rohr 5 im Auslauftotpunkt gedreht wird und der Freischliff in diesem
Bereich so groß ist, daß eine ausreichende Aufweitung bewirkt wird.
Zur Befestigung des Verlängerungsstopfens 4 ist ein Bolzen 7 vorgesehen, der durch
die zentrale Bohrung des Verlängerungsstopfens hindurch in die Stirnseite des
Kaltpilgerdorns eingeschraubt ist. Der Verlängerungsstopfen selbst ist mittels Gleitlager
8 auf dem Bolzen 7 frei drehbar; an dem dem Kaltpilgerdorn 1 abgewandten Ende des
Verlängerungsstopfens 4 ist ein Axiallager 9 vorgesehen, das gegen den
Schraubenbolzen abgestützt ist. Mit diesem Axiallager 9 werden die auf den Bolzen
wirkenden Axialkräfte beim Herstellen der Innenverrippung aufgenommen.
Claims (4)
- Kaltpilgerwerkzeug zur Herstellung von innenverrippten Rohren nach dem Kaltpilgerschrittverfahren in einem in Walzrichtung hin- und herbewegbaren Walzgerüst mit verjüngend kalibrierten Walzen, die mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen, in dem sich ein ebenfalls verjüngender Kaltpilgerdorn befindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kaltpilgerdorn (1) an seinem freien Ende einen koaxial drehbar gelagerten Verlängerungsstopfen (4) aufweist, in den das Negativ der herzusteilenden gewendelten Innenverrippung eingearbeitet ist. - Kaltpilgerwerkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Außendurchmesser des Verlängerungsstopfens (4) maximal um 50% der Rippentiefe der Innenverrippung größer als der Innendurchmesser des Glattrohres ist. - Kaltpilgerwerkzeug nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walzenkalibrierung um Bereich des Verlängerungsstopfens (4) so gestaltet ist, daß die Querschnittsfläche des Rohres (5) an dieser Stelle keine wesentliche Veränderung erfährt. - Kaltpilgerwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verlängerungsstopfens (4) auf einer stirnseitig an dem Kaltpilgerdorn (1) fliegend angeordneten Achse (7) drehgelagert ist und auf der dem Kaltpilgerdorn (1) abgewandten Seite gegen ein Axiallager (9) abgestützt ist.
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