DE102011110939A1

DE102011110939A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen kalt gepilgerter Rohre

Info

Publication number: DE102011110939A1
Application number: DE102011110939A
Authority: DE
Inventors: Mark Haverkamp; Martin Sauerland; Michael Baensch
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-02-21
Also published as: BR102012020610B1; US9427787B2; JP2013039619A; EP2559498A3; US20130205851A1; CA2783298A1; CN102950150B; JP5627651B2; EP2559498A2; CA2783298C; RU2505366C1; BR102012020610A2; CN102950150A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen kalt gepilgerter Rohre mittels eines Walzwerks, umfassend einen an mindestens einem Dornwiderlager gelagerten Walzdorn sowie wenigstens zwei von außen an das Rohr angreifende Umformwerkzeuge, vorzugsweise Außenwalzen, und eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Wanddicke des Rohres während des Umformvorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Positionsverstelleinrichtung mit dem mindestens einen Dornwiderlager wirkverbunden ist und die Positionsverstelleinrichtung mit der Messeinrichtung verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen kalt gepilgerter Rohre mittels eines Walzwerks, umfassend einen an mindestens einem Dornwiderlager gelagerten Walzdorn sowie wenigstens zwei von außen an das Rohr angreifende Umformwerkzeuge, vorzugsweise Außenwalzen, und eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Wanddicke des Rohres während des Umformvorgangs.
Unter dem Kaltpilgern von Rohren versteht man ein Verfahren zur Weiterverarbeitung von nahtlosen Rohren aus einem Ursprungsformat in ein Endformat. Ziel des Pilgerns ist die Reduzierung von Außendurchmesser und Wandstärke von nahtlos hergestellten Rohren. Hierbei wird das Vormaterial, die so genannte Rohrluppe, üblicherweise durch ein Walzenpaar geführt, das eine konische Kalibrierung aufweist und das auf der Rohrluppe eine Dreh- und Vorschubbewegung intermittierend ausführt. In das Innere der Rohrluppe wird ein Walzdorn platziert.
Üblicherweise werden hierdurch Rohre unter Einhaltung besonders enger Maßtoleranzen von bis zu 5/100 mm erzeugt. Bisher wurden zur Qualitätskontrolle nach erfolgtem Umformprozess stichprobenartig Rohrproben entnommen und vermessen. Sofern die Wandstärke den Toleranzbereich zu verlassen drohte oder bereits verlassen hatte, wurde das Walzwerk bisher stillgesetzt und die Position des Walzdorns korrigiert. Dies führte jedoch dazu, dass schnell auftretende Veränderungen der Wanddicke unerkannt blieben und das Walzwerk regelmäßig zur Maßkorrektur angehalten werden musste. Auch war eine Bestätigung über eine erfolgreiche Maßkorrektur erst dann möglich, wenn mindestens ein ganzes weiteres Rohr umgeformt wurde.
Eine während des Umformprozesses stattfindende zerstörungsfreie Messung des Umformergebnisses wäre demnach beispielweise unter Anwendung einer konventionellen Ultraschall-Messtechnik erreichbar. Störend hierfür sind jedoch zum einen die besonders geringe Werkstück-Geometrie und besonders enge Toleranzvorgaben und zudem auch der an dem Werkstück anhaftende Schmierfilm, der durch den Umformprozess zwangsläufig und unvermeidlich auf die Werkstückoberfläche gelangt.
Aus der EP 1 102 033 B1 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Online-Heißwanddickenmessung an Rohren bekannt. Hierbei wird durch Auftreffen eines gepulsten Lasers auf die Wand eines heiß umgeformten Werkstücks nicht nur der auf der Oberfläche anhaftende Schmierfilm verdampft, sondern ebenso ein geringer Teil der Werkstückoberfläche selbst. Durch die Absorption der Laserenergie in der Rohroberfläche und eine teilweise erfolgende Verdampfung einer extrem dünnen Oberflächenschicht entsteht im Rohr ein Ultraschallimpuls, der senkrecht zur Rohroberfläche in die Rohrwand einläuft. Der so entstehende Ultraschallimpuls wird an der Rohrinnenfläche reflektiert, läuft zurück zur Außenoberfläche, wird erneut reflektiert usw., so dass im Messgut eine Ultraschall-Echofolge abnehmender Amplitude entsteht. Der reflektierte Ultraschallimpuls erzeugt auf der Rohraußenoberfläche Schwingungen im Sub-Miniaturbereich, die wiederum berührungslos mit Hilfe eines zweiten Lasers im Dauerlichtbetrieb unter Ausnutzung des Doppler-Effekts erfasst werden können.
Die Anwendung von zerstörungsfreien Messverfahren für den Kaltpilger-Prozess ist aus dem Stand der Technik jedoch nicht bekannt. Vielmehr verfolgen die bisher angewendeten Messverfahren weiterhin das Prinzip, nach erfolgter Umformung und Probenentnahme eine Messung vorzunehmen und daraufhin unter Hinzuziehung von Erfahrungswerten einzelne oder mehrere Umformparameter zu verändern und schließlich das Ergebnis dieser Parameteränderung anschließend nach einem weiteren abgeschlossenen Umformvorgang nochmals zu überprüfen.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung war demnach, ein automatisierbares Herstellungsverfahren und eine hierfür geeignete Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche in der Lage sind, die Positionsverstellung wenigstens eines Umformwerkzeugs beim Kaltpilgern aufgrund von während des Umformvorgangs gewonnener Messdaten zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mittels einer Vorrichtung, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1, sowie eines Verfahrens, umfassend die Merkmale des Anspruchs 10, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Gemäß der Erfindung ist eine Positionsverstelleinrichtung mit dem Dornwiderlager wirkverbunden und zudem mit der Messeinrichtung verbunden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung der Positionsverstelleinrichtung mit der Messeinrichtung überdies über eine Steuerungseinrichtung, welche besonders bevorzugt mit einem Datenspeicher für Einstell- und/oder Betriebsparameter verbunden ist.
Hierdurch wird ermöglicht, dass während des Umformvorgangs aufgenommene Messdaten ggf. online und vorzugsweise nahezu verzögerungsfrei auf den fortlaufenden Umformvorgang Einfluss nehmen können. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch die Betätigung der Positionsverstelleinrichtung, über die die Position des Walzdorns eingestellt werden kann. Dies führt nicht nur dazu, dass detektierte Fehler nahezu unverzüglich behoben werden können, auch die Auswirkungen der Positionsverstellungen auf den Walzprozess insgesamt können nahezu unverzüglich nachverfolgt und ggf. nachkorrigiert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wird während des Umformvorgangs eine Abweichung der Wanddicke von einem vorgegebenen Wert oder von einem Toleranzbereich festgestellt. Dies erfolgt besonders vorteilhaft unter Abgleich der Messdaten mit in einer Steuerungseinheit und insbesondere deren Speicher hinterlegter Vorgaben und Vergleichsdaten. Es wird somit eine Vorrichtung geschaffen, welche automatisiert die Einhaltung der geforderten Toleranz über den gesamten Umfangvorgang überwacht und vorzugsweise auch das Einleiten geeigneter Maßnahmen sicherstellt.
Die Messeinrichtung ist vorzugsweise ein Laser-Ultraschall(LASUS)-Messeinrichtung, mittels derer eine nahezu zerstörungsfreie und sichere Online-Messung der Wanddicke des kalt gepilgerten Rohrs mit besonders einfach zu beherrschenden Mitteln und bei Erzielung besonders genauer Messergebnisse möglich ist.
Üblicherweise wird die Wanddicke nicht nur an einer festen Position des Rohres bestimmt. Vielmehr bewirkt der Kaltpilgerprozess ein regelmäßiges Verdrehen des Rohres um seine Längsachse. Somit kann allein durch die bevorzugte feste Anordnung einer Messeinrichtung und durch die hierdurch erfolgende Relativbewegung des Rohres zu dieser Messeinrichtung ein Überstreichen der Messung über den gesamten Umfang des umgeformten Rohres erfolgen. Überdies wird bevorzugt, wenn nicht nur eine Messung an einem bestimmten Ort des Rohres ausgeführt wird, eine Vielzahl von Messungen, beispielsweise unter Einhaltung einer vorgegebenen Frequenz, über den gesamten Umformvorgang hinweg ausgeführt. Somit kann auch durch die Ermittlung der erfassten Messdaten der Einfluss von etwaigen Messfehlern mit einfachen Mitteln minimiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Walzdorn an mindestens einem Dornwiderlager gelagert, welches wenigstens einen Klemmkeil aufweist, über den sowohl die Positionsverstellung des Walzdorns als auch dessen Fixierung in einer vorgegebenen Position bewirkbar ist. Besonders bevorzugt wird die Bewegung des wenigstens einen Klemmkeils mittels eines Klemmzylinders und/oder einer Spindel bewirkt. Ebenso vorteilhaft ist jedoch eine Positionsverstellung des Dornwiderlagers unter Nutzung eines oder mehrerer Zylinder. Hierdurch wird eine Vorrichtung geschaffen, die unter Ausnutzung besonders einfach herstellbarer und beherrschbarer Mittel eine genaue Einstellung und Fixierung des Walzdorns in einer vorgegebenen Position erreichen lässt. Die Einstellung erfolgt dabei stufenlos in jede beliebige Position.
Besonders vorteilhaft für das Erreichen des erfindungsgemäßen Zwecks ist zudem, wenn nicht nur der Walzdorn einstellbar in dem erfindungsgemäßen Walzwerk angeordnet ist, sondern ebenso die von außen an das Rohr angreifenden Umformwerkzeuge, vorzugsweise Außenwalzen, so vorgesehen sind, dass sie ebenfalls verstellbar sind. Durch geeignete Anstellmittel der Außenwalzen kann der Walzspalt vorzugsweise beliebig eingestellt und ggf. nachjustiert werden, um im Zusammenwirken mit dem Walzdorn ein Rohr mit möglichst genauer Rundheit und möglichst geringen Abweichungen von dem vorgegebenen Außendurchmesser- und Wanddickenwert zu erstellen.
Besonders vorteilhaft wird dies dann erreicht, wenn wenigstens ein von außen an das Rohr angreifendes Umformwerkzeug, vorzugsweise eine Außenwalze, ebenfalls mit der Messeinrichtung verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Positionsverstellung und Neujustierung sämtlicher am Umformvorgang beteiligter Umformwerkzeuge vorzugsweise vollautomatisch dann erreicht werden kann, wenn sämtlichen Umformwerkzeugen die von der Messeinrichtung aufgenommenen Messdaten bereitstehen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen kalt gepilgerter Rohre mittels eines Walzwerks zur Verfügung gestellt, welches einen an mindestens einem Dornwiderlager gelagerten Walzdorn sowie wenigstens zwei von außen an das Rohr angreifende Umformwerkzeuge sowie eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Wanddicke des Rohres während des Umformvorgangs umfasst. In erfindungsgemäßer Weise ist zumindest eine Positionsverstelleinrichtung über das mindestens eine Dornwiderlager mit der Messeinrichtung verbunden und nimmt eine Positionsverstellung des Walzdorns dann vor, wenn die Messeinrichtung eine Abweichung der Wanddicke von einem vorgegebenen Wert oder von einem Toleranzbereich feststellt. Durch dieses Verfahren werden die eingangs bereits im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Vorteile und Effekte bewirkt.
Besonders bevorzugt wird, wenn die Positionsverstellung des Walzdorns bereits während des Umformvorgangs vorgenommen wird und hierdurch vorzugsweise automatisch eine Korrektur von während des Umformvorgangs ermittelten Abweichungen vorgenommen werden kann.
Vorteilhaft wird die Wanddicke über den gesamten Umfang des Rohres bestimmt, um hierdurch zum einen die Gleichmäßigkeit der Wanddicke und zum anderen ggf. auch die Form des Rohres bestimmen zu können.
Erfindungsgemäß ist wenigstens eine, vorzugsweise genau eine, feststehende Messeinrichtung vorgesehen, über die die Messung der Wanddicke auch über den gesamten Umfang des Rohres erfolgen kann. Über die bei jedem Vorschub des Rohres innerhalb des Walzwerks erfolgende Teildrehung des Rohres um dessen Längsachse kann die Aufnahme von Messdaten über den gesamten Umfang des Rohres mit besonders einfachen Mitteln bewirkt werden.
Besonders bevorzugt wird bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch, wenn bei Bedarf wenigstens ein von außen an das Rohr angreifendes Umformwerkzeug zusätzlich zum Walzdorn verstellt wird, um Abweichungen der Wanddicke von einem vorgegebenen Wert oder von einem Toleranzbereich entgegenwirken zu können.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf zwei Figuren näher erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen.
In den Figuren sind
1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
2 eine schematische Ansicht auf die in 1 dargestellte Vorrichtung im Schnitt A-A.
Die 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Herstellen kalt gepilgerter Rohre, wobei das hierfür verwendete Walzwerk einen an einem Dornwiderlager 3 gelagerten Walzdorn 2 aufweist, sowie ein Walzgerüst 4 mit darin gelagerten Außenwalzen 4a und 4b. Unter Einwirkung der Vorrichtung 1 erfolgt die Umformung einer Rohrluppe, die von links nach rechts durch die Vorrichtung 1 läuft. Zwischen dem konisch zulaufenden Walzdorn 2 und den Außenwalzen 4a, 4b erfolgt die Umformung zu einem Rohr 8 mit konstanter Wanddicke, welche in der Messeinrichtung 5 bestimmt werden kann. Die Messeinrichtung 5 ist über eine Steuereinheit 6 mit einer Positionsverstelleinrichtung 7 des Dornwiderlagers 3 verbunden und kann bei Betätigung der Positionsverstelleinrichtung 7 eine Bewegung des Walzdorns 2 sowohl in Richtung des Pfeils 9 als auch im Hinblick auf die Neigungsanstellung des Walzdorns 2 zum Walzspalt zwischen den Außenwalzen 4a, 4b bewirken.
2 ist eine schematische Ansicht auf die Positionsverstelleinrichtung 7 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 im Schnitt A-A aus 1. Das Dornwiderlager 3 wird über Klemmkeile 7a, 7b fixiert. Die zum Fixieren erforderliche Kraft wird im Ausführungsbeispiel nach 2 von einem in Richtung des Doppelpfeils 10 beaufschlagbaren Hydraulikzylinder 11 als Klemmzylinder aufgebracht. Für die Feinkorrektur der Fertigrohrwanddicke während der Produktion wird hierbei typischerweise der Walzdorn 2 gemäß Pfeils 9 in und entgegen der Walzrichtung verschoben. Die automatische Verstellung erfolgt dabei beispielsweise dadurch, dass der bzw. die die Klemmkeile 7a, 7b gegen unbeabsichtigte Axialbewegung sichernden Klemmzylinder soweit gelöst werden, dass das Dornwiderlager 3 von einem Verstellmotor 12 über ein Spindelhubgerät 13 (vgl. 1) in oder entgegen der Walzrichtung verschoben werden kann. Nach Erreichen des vorgegebenen Verstellweges in Richtung des Pfeils 9 wird der Klemmzylinder wieder mit dem normalen Klemmdruck beaufschlagt und der Umformvorgang in gewohnter Weise weiter durchgeführt. Die gesamte Verstellprozedur kann darüber hinaus nicht nur automatisch erfolgen, sondern überdies auch während des Walzvorgangs selbst vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Walzdorn
3: Dornwiderlager
4: Umformwerkzeug
4a: Außenwalze
4b: Außenwalze
5: Messeinrichtung
6: Steuerungseinheit
7: Positionsverstelleinrichtung
7a: Klemmkeil
7b: Klemmkeil
8: Rohr
9: Richtungspfeil der Walzdornverschiebung
10: Richtungspfeil der Klemmzylinderbeaufschlagung
11: Klemmzylinder/Hydraulikzylinder
12: Verstellmotor
13: Spindelhubgerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1102033 B1 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zum Herstellen kalt gepilgerter Rohre (8) mittels eines Walzwerks, umfassend einen an mindestens einem Dornwiderlager (3) gelagerten Walzdorn (2) sowie wenigstens zwei von außen an das Rohr angreifende Umformwerkzeuge (4), vorzugsweise Außenwalzen (4a, 4b), und eine Messeinrichtung (5) zur Bestimmung der Wanddicke des Rohres (8) während des Umformvorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Positionsverstelleinrichtung (7) mit dem mindestens einen Dornwiderlager (3) wirkverbunden ist und die Positionsverstelleinrichtung (7) mit der Messeinrichtung (5) verbunden ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsverstelleinrichtung (7) über eine Steuerungseinheit (6) mit der Messeinrichtung (5) verbunden ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (6) mit einem Datenspeicher für Einstell- und/oder Betriebsparameter verbunden ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise während des Umformvorgangs eine Abweichung der Wanddicke von einem vorgegebenen Wert oder von einem Toleranzbereich feststellbar ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) eine Laser-Ultraschall(LASUS)-Messeinrichtung ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dornwiderlager (3) wenigstens einen Klemmkeil (7a, 7b) aufweist, über den sowohl die Positionsverstellung des Walzdorns (2) als auch dessen Fixierung in einer vorgegebenen Position bewirkbar ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des wenigstens einen Klemmkeils (7a, 7b) mittels eines Klemmzylinders (11) und/oder einer Spindel bewirkbar ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens ein von außen an das Rohr (8) angreifendes Umformwerkzeug (4) verstellbar in dem Walzwerk angeordnet ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein von außen an das Rohr (8) angreifendes Umformwerkzeug (4) ebenfalls mit der Messeinrichtung (5) verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen kalt gepilgerter Rohre (8) mittels eines Walzwerks, umfassend einen an mindestens einem Dornwiderlager (3) gelagerten Walzdorn (2) sowie wenigstens zwei von außen an das Rohr angreifende Umformwerkzeuge (4), vorzugsweise Außenwalzen (4a, 4b), und eine Messeinrichtung (5) zur Bestimmung der Wanddicke des Rohres (8) während des Umformvorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Positionsverstelleinrichtung (7) für das mindestens eine Dornwiderlager (3) mit der Messeinrichtung (5) verbunden ist und eine Positionsverstellung des Walzdorns (2) dann vornimmt, wenn die Messeinrichtung (5) eine Abweichung der Wanddicke von einem vorgegebenen Wert oder von einem Toleranzbereich feststellt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (6) mit der Messeinrichtung (5) und der Positionsverstelleinrichtung (7) verbunden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionsverstellung des Walzdorns (2) während des Umformvorgangs vorgenommen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laser-Ultraschall(LASUS)-Messung der Wandstärke vorgenommen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke über den gesamten Umfang des Rohres (8) bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Messung, vorzugsweise wenigstens 5 Messungen, bei jedem Vorschub und/oder jeder Teildrehung des Rohres (8) um seine Längsachse innerhalb des Walzwerks vorgenommen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens ein von außen an das Rohr (8) angreifendes Umformwerkzeug (4) verstellt wird, um Abweichungen der Rohrgeometrie von einem vorgegebenen Wert oder von einem Toleranzbereich entgegenzuwirken.