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EP0908245B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach dem Kaltpilgerschrittverfahren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach dem Kaltpilgerschrittverfahren Download PDF

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Publication number
EP0908245B1
EP0908245B1 EP98250040A EP98250040A EP0908245B1 EP 0908245 B1 EP0908245 B1 EP 0908245B1 EP 98250040 A EP98250040 A EP 98250040A EP 98250040 A EP98250040 A EP 98250040A EP 0908245 B1 EP0908245 B1 EP 0908245B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stand
rolling
roll
stands
rollers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP98250040A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0908245A1 (de
Inventor
Horst Ing. Grad. Stinnertz
Michael Dr. Ing. Baensch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19750787A external-priority patent/DE19750787C1/de
Application filed by SMS Demag AG filed Critical SMS Demag AG
Publication of EP0908245A1 publication Critical patent/EP0908245A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0908245B1 publication Critical patent/EP0908245B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • 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 methods and a device for producing pipes, preferably made of high-strength steels or special alloys according to Cold pilger step method with two at least in the rolling direction by means of crank drives at times counter-rotating roll stands with tapering calibrated rollers, driven by racks via pinions, with alternating Roll the direction of rotation over the rolling stock.
  • crank drives at times counter-rotating roll stands with tapering calibrated rollers, driven by racks via pinions, with alternating Roll the direction of rotation over the rolling stock.
  • tandem cold pilger rolling mills have also been tried to be used in which two pairs of rollers are combined in a stand are.
  • the higher scaffolding weight with a low number of strokes is all in one unfavorable price-performance ratio noticeable, roll both sets of rolls at the same time the advanced tube volume, the second set of rollers the rolled tube length of the first roll set during the feed is supplied, which can lead to compression problems in the pipe with performance and quality losses .
  • crank drives shows roll stands that can be reciprocated at times in opposite directions, the rollers of which roll over Racks are driven with alternating directions of rotation.
  • the well-known The arrangement provides for the blank in the first roll stand exclusively and without Reduce the diameter of the dome and then the wall thickness in the second roll stand reduce the pipe over a mandrel.
  • the arrangement of the crank drives is like this chosen that the movements of the two rolling stands together with the Movement of the dome rod and gripping of the rollers feed the tube enable in a certain way.
  • the object of the present invention is cold pilger rolling and a Device for the production of pipes, in particular from high-strength steels or To create special alloys according to the cold pilger step process, in which a significant increase in rolling performance compared to conventional rolling mills with the least possible additional mechanical effort and without loss of quality becomes possible.
  • the methods according to the invention enable extremely high performance firstly, that in the first roll stand only forming work and none Smoothing is done, which significantly extends the Reduction caliber is usable and no performance reducing Tolerance requirements have to be taken into account while in the second mill stand beside the smoothing work is carried out a significant additional forming work.
  • the second mill stand be 90 to 150 degrees Crank angle is offset from the first roll stand and that its rollers are rotationally driven by stationary racks and that the The center distance of the rolls remains constant during rolling.
  • a device for performing the method is defined in claim 4.
  • crank drive angles to each other allows turning and advancing the slug at favorable times and prevents together with further features of the invention that there is a material jam between the Roll stands comes while the main forming work is on the first roll stand is performed.
  • the opposite direction of rotation of the two cranks allows one favorable balance of mass forces of the first harmonics, making it high Strokes possible compared to a conventional single cold pilger rolling mill do not have to be reduced because the inertia forces due to the chosen construction do not rise.
  • crank mechanism The mechanical engineering effort for such a crank mechanism is only insignificant higher than for driving a single scaffold.
  • the arrangement of the crank drives with vertical axes of rotation dispenses with deep foundations for the Mass balance.
  • the distance between the two roll stands can be e.g. be minimized if the Push rods of each roll stand in superimposed levels or the two roll stands are arranged above the crank mechanism in such a way that the pivot points for the push rods on the two are furthest apart distant parts of the roll stand.
  • a common crank mechanism with rotating counterweights on the two opposing crank bends is preferably provided for both roll stands, which counterbalances the first order of the inertial forces, while an at least partial compensation of the inertial forces can take place through the interaction of the stand masses.
  • a phase angle of 90 ° is optimal from the point of view of the balancing of mass forces, because under this condition the second order mass forces also cancel each other out.
  • difficulties in rolling technology cannot be ruled out with such an arrangement.
  • the cranks are driven in the same direction of rotation and, with counterweights on the cranks, some of the mass forces of the first order are balanced. The remaining part of this mass force component is compensated not at all or with counterweights on an intermediate shaft connecting the two cranks via gear wheels, which rotates at the crank speed but in the opposite direction.
  • the drive of the second roll stand then can preferably be made weaker than that of the first roll stand. This makes the drive of the second scaffolding smaller, lighter and cheaper than that of the first roll stand. A change in the phase angle between the two Scaffolding is easy to implement with two separate crank drives.
  • the two roll stands in one housing to accommodate driving cranks, but to drive them by separate motors, so that the change in the phase angle of the two cranks is easily possible.
  • the first order mass balance then requires two rotating weights each crank, such that the greater weight is firmly connected to the crank and the smaller one in relation to the crank e.g. than rotatable around the middle of the crank Eccentric is adjustable.
  • At least the racks of the second roll stand with a displacement device for adjusting the Racks are provided in their longitudinal directions.
  • At least the rollers are excited to adjust the center distance to provide a cyclically usable wedge mechanism of the second roll stand.
  • this thin-walled tube is completed by the second rolling stand. Since the tube can be fed to the second roll stand in any way in this case, the rotation and feed movement can be determined independently of the phase position of the two roll stands only according to the requirements of the first roll stand, for example also as turning and advancing at both dead centers. With these thin-walled products, the cold pilger process also allows the tube to be turned and pushed forward, even though the rollers still touch the tube on the smooth caliber. This means that the caliber of the rolls of the second roll stand can also be extended to the outlet dead center of this roll stand.
  • the rolling mill can be manufactured with a good price-performance ratio become.
  • the rolling mill can be operated with high stroke rates compared to a normal single rolling mill does not have to be reduced because the Mass forces do not increase due to the scaffolding and crank mechanism arrangement.
  • the mechanical engineering effort for the crank drive is only slightly higher than that for the drive of just one scaffold.
  • the Caliber length of the first stand can be fully used for the forming, since a smoothing caliber is not required here and tolerance requirements are not taken into account can stay.
  • Table 1 also shows a tabular comparison of two exemplary embodiments
  • the two roll stands 1 and 2 are so by a common crank mechanism 3 driven that the mass forces of the first order of the two roll stands completely compensate.
  • the counter-rotating counterweights 4 and 5 (FIG. 2) only the rotary ones are the same in this exemplary embodiment Imbalance from cranks and push rods.
  • Each roll stand 1 and 2 is only by one of the push rods 11 and 12th driven, which move in superimposed levels. This will thereby causes the articulation point to the first roll stand 1 under the same and to the second roll stand 2 is provided in front of this. Enter ET in the dead center both sets of rolls 7 and 8 free the rolling stock for turning and advancing The rolling outlet dead center AT is at most short for an additional turning Approved.
  • the illustrated rolling mill which is about twice the performance of a conventional rolling mill, is characterized in that the entire turning, Feed and loading device remains unchanged that the oscillating Compensating masses of a conventional rolling mill with a second rolling stand are replaced, and that only the additional roller axes with their Rack and pinion drives are added.
  • Example 1 describes a classic stainless steel rolling for heat exchanger tubes
  • Example 2 explains the exploitation of the great ductility of austenitic steels for one greater cross-sectional reduction.
  • the 5.6 mm advance in the first stand occurs when the 1st stand is in the Infeed and the 2nd scaffold are in the dead center; d. H. the forming in the 1st Scaffolding essentially takes place on its forward stroke when the 2nd scaffolding is on the Return stroke is located. The latter will be in its exit dead center area Feed volume 20 x 1.5 with 5.6 mm length added, which during its Return stroke extended to 20.7 mm.
  • the second scaffold is given before its Vorhubes fed a feed of 20.7 mm, which at 1.85 times the extension in 2. Roll out the stand to 38 mm.
  • Example 2 shows the rolling 33 x 3.5 to 16 x 1 from “Example 1" for the conventional rolling mill, but 33 x 3.5 to 12 x 1 for the rolling mill according to the invention. Even here, the output in m doubles / h and the throughput in kg / h increases by almost 50% despite the lower meter weight.
  • example 1 Conventional rolling mill Rolling mill according to the invention same aspect ratio 1. Scaffolding 2.Gerüst Luppen outer diam. mm 33 33 20 Luppen Wall mm 3.5 3.5 1.5 External pipe diameter.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohren, vorzugsweise aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren mit zwei in Walzrichtung mittels Kurbeltrieben mindestens zeitweise gegenläufig hin- und herbewegbaren Walzgerüsten mit verjüngend kalibrierten Walzen, die von Zahnstangen über Ritzel angetrieben, mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen. Als nächstkommenden Stand der Technik ist die JP-A-63-260 607 anzusehen.
Ein wesentlicher Kostenanteil bei der Herstellung und beim Betrieb von Kaltpilgerwalzwerken ist durch die notwendigen Dreh- und Vorschubeinrichtungen sowie die Beschickungseinrichtungen gegeben, die für den Kaltpilgerwalzprozeß unverzichtbar sind. Eine deutliche Verbesserung des Leistungs-Kosten-Verhältnisses kann erreicht werden, wenn unter Beibehaltung dieser Einrichtungen und ohne Verminderung der Gerüsthubzahl eine wesentliche Leistungssteigerung erzielt werden kann. Ein Weg dorthin ist die Steigerung der Umformarbeit je Gerüsthub und Walzstrang, durch die bei nur geringer Erhöhung der Investitionskosten eine erhebliche Leistungssteigerung bewirkt wird. Diese Aussage trifft für Kaltpilgerwalzwerke allgemein und besonders für das Kaltpilgerwalzen von relativ kleinen Rohren aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen zu.
Bekannte Kaltpilgerwalzwerke, in denen einsträngig konventionell gewalzt wird, leiden im Vergleich zu modernen Ziehverfahren an relativ hohen Investitionskosten bei eher geringer Leistung. Um die Leistung zu erhöhen ist vorgeschlagen worden, Kaltpilgerwalzwerke mit mehreren, beispielsweise zwei bis vier parallelen Strängen zu betreiben. Das bedeutet jedoch ein höheres Gerüstgewicht bei verminderter Hubzahl, der Aufwand für die Beschickung und die Drehvorschubeinrichtungen wird deutlich größer und die Toleranz der gewalzten Rohre läßt zu wünschen übrig.
Es ist auch bereits versucht worden, sogenannte Tandem-Kaltpilgerwalzwerke einzusetzen, bei denen zwei Walzenpaare hintereinander in einem Gerüst vereinigt sind. Auch hier macht sich das höhere Gerüstgewicht bei geringer Hubzahl in einem ungünstigen Preis-Leistungs-Verhältnis bemerkbar, beide Walzensätze walzen gleichzeitig das vorgeschobene Rohrvolumen aus, wobei dem zweiten Walzensatz während des Vorschubs die ausgewalzte Rohrlänge des ersten Walzensatzes zugeführt wird, wodurch es zu Stauchproblemen im Rohr kommen kann, verbunden mit Leistungs- und Qualitätseinbußen..
Schließlich ist mit den Abbildungen 5 und 6 der deutschen Patentschrift 604 909 ein Kaltpilgerwalzwerk bekannt geworden, das zwei in Walzrichtung mittels Kurbeltrieben zeitweise gegenläufig hin- und herbewegbare Walzgerüste zeigt, deren Walzen über Zahnstangen mit wechselndem Drehsinn angetrieben werden. Die bekannte Anordnung sieht vor, in dem ersten Walzgerüst die Luppe ausschließlich und ohne Dom im Durchmesser zu reduzieren, um dann im zweiten Walzgerüst die Wandstärke des Rohres über einen Dorn zu vermindern. Die Anordnung der Kurbeltriebe ist so gewählt, daß die Bewegungsabläufe der beiden Walzgerüste zusammen mit der Bewegung der Domstange und dem Greifen der Walzen einen Vorschub des Rohres in einer bestimmten Weise ermöglichen.
Obwohl die Erläuterung der Funktionsweise der bekannten Walzwerksanordnung den genauen Verfahrensablauf beim Walzen der Rohre nicht erkennen läßt, ist doch festzustellen, daß dieses Walzwerk allenfalls mit geringer Leistung betrieben werden konnte, die zur damaligen Zeit zwar ausreichte, doch den Forderungen eines modernen Kaltpilgerwalzwerkes nicht mehr gerecht wird. Das Hohlwalzen im 1. Gerüst führt zu einer heute unzulässigen Verschlechterung der Innenoberfläche und bewirkt , wenn überhaupt, nur eine geringe Leistungssteigerung; denn die wesentliche Wandreduktion wird ausschließlich im zweiten Gerüst durchgeführt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kaltpilgerwalzverfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohren, insbesondere aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren zu schaffen, bei dem bzw. der eine wesentliche Erhöhung der Walzleistung gegenüber konventionellen Walzwerken bei möglichst geringem mechanischem Mehraufwand und ohne Qualtätseinbuße möglich wird.
Zur Lösung der Aufgabe werden Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 2 vorgeschlagen.
Die erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen eine ausgesprochen hohe Leistung erstens dadurch, daß im ersten Walzgerüst ausschließlich Umformarbeit und keine Glättarbeit geleistet wird, wodurch eine wesentliche Verlängerung des Reduzierkalibers nutzbar wird und keine die Leistung mindernden Toleranzforderungen zu berücksichtigen sind, während im zweiten Walzgerüst neben der Glättarbeit noch eine nennenswerte zusätzliche Umformarbeit ausgeführt wird.
Die Wahl der Phasenwinkel zwischen beiden Walzgerüsten und die Gestaltung der Walzwerkzeuge unterliegt wesentlich weniger Restriktionen, wenn die Walzen des zweiten Walzgerüstes das Rohr zu separat definierbaren Zeiten frei geben, indem zeitweise ein Ringspalt zwischen Rohr und Walze gebildet wird. Zu diesem Zweck ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß das zweite Walzgerüst um 180 Grad Kurbelwinkel versetzt zum ersten Gerüst angeordnet ist und auf dem reduktionsfreien Rückhub einen dem Materialangebot aus dem ersten Gerüst entsprechenden Ringspalt zwischen Walzgut und Walzenkaliber freigibt, in den das im ersten Walzgerüst umgeformte Rohr eingeführt wird.
Es wird vorgeschlagen, während des Walzprozesses den Abstand der Walzenachsen zueinander zyklisch zu verändern, um so den notwendigen Raum im Walzenkaliber zu schaffen, der das Materialangebot aus dem Walzprozeß des ersten Walzgerüstes aufnimmt.
Um den maschinenbaulichen Aufwand zur zyklischen Erzeugung des Ringspaltes zwischen Kaliberabwicklung und Walzgut einzusparen, wird die erfindungsgemäße Alternative vorgeschlagen, daß das zweite Walzgerüst um 90 bis 150 Grad Kurbelwinkel zum ersten Walzgerüst versetzt angeordnet ist und daß seine Walzen rotatorisch durch ortsfeste Zahnstangen angetrieben werden und daß der Achsabstand der Walzen während des Walzens konstant bleibt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 4 definiert.
Mit einem so ausgebildeten Kaltpilgerwalzwerk läßt sich die Walzleistung gegenüber konventionellen Walzwerken deutlich erhöhen. Durch Ausbildung des ersten Walzgerüstes mit ausschließlich Arbeitskaliber aufweisenden Walzen läßt sich die Umformarbeit in diesem Gerüst deutlich erhöhen; denn, weil eine Glättarbeit in diesem Gerüst nicht vorgenommen werden muß, kann die gesamte Kaliberabwicklung für die Umformarbeit genutzt werden. Die Glättarbeit wird erst im zweiten Walzgerüst im dort vorgesehenen Glättkaliber vorgenommen, dem jedoch ein Arbeitskaliber vorgeordnet ist, mit dem nochmals eine zusätzliche, nennenswerte Umformung des Rohres bewerkstelligt werden kann. Hierbei bleibt der maschinenbauliche Aufwand für den Dreh- und Vorschubantrieb sowie für das Beladen mit neuen Luppen erhalten und erhöht sich nicht gegenüber einem normalen einfachen Kaltpilgerwalzwerk. Die Anordnung der Kurbeltriebswinkel zueinander gestattet Drehen und Vorschieben der Luppe zu günstigen Zeitpunkten und verhindert gemeinsam mit weiteren Merkmalen der Erfindung, daß es zu einem Materialstau zwischen den Walzgerüsten kommt, während auf dem ersten Walzgerüst die Hauptumformarbeit geleistet wird. Der entgegengesetzte Drehsinn der beiden Kurbeln ermöglicht einen günstigen Massenkräfteausgleich der ersten Harmonischen und macht damit hohe Hubzahlen möglich, die gegenüber einem herkömmlichen Einfachkaltpilgerwalzwerk nicht reduziert werden müssen, da die Massenkräfte durch die gewählte Konstruktion nicht ansteigen.
Der maschinenbauliche Aufwand für einen derartigen Kurbeltrieb ist nur unwesentlich höher als für den Antrieb eines einzelnen Gerüstes. Die Anordnung der Kurbeltriebe mit senkrechten Drehachsen verzichtet auf tiefe Fundamente für den Massenausgleich. Der Abstand der beiden Walzgerüste voneinander kann z.B. minimiert werden, wenn die Schubstangen jedes Walzgerüstes in übereinanderliegenden Ebenen umlaufen oder die beiden Walzgerüste derart oberhalb des Kurbeltriebes angeordnet werden, daß sich die Anlenkpunkte für die Schubstangen an den beiden am weitesten voneinander entfernten Stellen des Walzgerüsts befinden.
Vorzugsweise ist für beide Walzgerüste ein gemeinsamer Kurbeltrieb mit rotierenden Ausgleichsgewichten an den beiden gegenläufigen Kurbelkröpfungen vorgesehen, die die erste Ordnung der Massenkräfte ausgleichen, während ein zumindest teilweiser Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung durch das Zusammenspiel der Gerüstmassen erfolgen kann. Unter dem Aspekt des Massenkraftausgleichs ist ein Phasenwinkel von 90° optimal, weil sich unter dieser Voraussetzung auch die Massenkräfte zweiter Ordnung gegenseitig aufheben. Allerdings können walztechnische Schwierigkeiten bei einer solchen Anordnung nicht ausgeschlossen werden.
In einer baulichen Varianten werden die Kurbeln in gleichem Drehsinn angetrieben und mit Gegengewichten an den Kurbeln jeweils ein Teil der Massenkräfte erster Ordnung ausgeglichen. Der verbleibende Anteil dieser Massenkraftkomponente wird gamicht oder mit Gegengewichten an einer die beiden Kurbeln über Zahnräder verbindenden Zwischenwelle, die mit Kurbeldrehzahl aber in entgegengesetztem Drehsinn umläuft, ausgeglichen.
Es ist aber auch möglich, jedem Walzgerüst einen eigenen Kurbeltrieb mit Massenausgleich zuzuordnen, wobei der Antrieb des zweiten Walzgerüstes dann vorzugsweise schwächer als der des ersten Walzgerüstes ausgebildet sein kann. Damit ist der Antrieb des zweiten Gerüstes kleiner, leichter und billiger als der des ersten Walzgerüstes. Eine Veränderung des Phasenwinklels zwischen den beiden Gerüsten ist mit zwei separaten Kurbeltrieben leicht zu realisieren.
Weiterhin ist es denkbar, zwar in einem Gehäuse die die beiden Walzgerüste antreibenden Kurbeln unterzubringen, sie aber von separaten Motoren anzutreiben, so daß die Veränderung des Phasenwinkels der beiden Kurbeln einfach möglich ist. Der Massenausgleich erster Ordnung erfordert dann zwei rotierende Gewichte an jeder Kurbel, derart, daß das größere Gewicht fest mit der Kurbel verbunden wird und das kleinere in seiner Lage zur Kurbel z.B. als um die Kurbelmitte verdrehbarer Exzenter einstellbar ist.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Kaltpilgerwalzwerks sind die beiden Walzgerüste unterschiedlich schwer und werden evtl. sogar mit unterschiedlichen Hüben bewegt, wobei wiederum entsprechende Gegengewichte an den gegenläufigen Wellen oder Kurbeln für einen vollständigen Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung sorgen.
Zur Veränderung der Ringspalte zwischen Kaliberabwicklung und Walzgut ist vorgesehen, daß mindestens die Zahnstangen des zweiten Walzgerüstes mit einer Verschiebeeinrichtung zur Verstellung der Zahnstangen in deren Längserstreckungsrichtungen versehen sind.
Alternativ wird angeregt, zur Verstellung des Achsabstandes mindestens der Walzen des zweiten Walzgerüstes einen zyklisch einsetzbaren Keilmechanismus vorzusehen.
Walztechnisch besonders vorteilhaft ist, die Kurbeltriebe mit einem Phasenwinkel von 180° zu betreiben, sodaß in beiden Totpunkten gedreht und vorgeschoben werden kann. Das zweimalige Drehen und Vorschieben würde hier wie auch von üblichen Walzwerken bekannt sowohl Produktionsmenge als auch -qualität nochmals steigern. Allerdings addieren sich in diesem Fall die Massenkräfte zweiter Ordnung und die zyklische Erzeugung eines Ringspaltes zwischen Walzgut und Kaliberabwicklung während des Rückhubes des zweiten Gerüstes erscheint notwendig.
Kaltpilgern von dünnwandigen Rohren mit kleinen Durchmessern ist mit beliebigen, z.B. auch mit nicht schrittweisen Dreh- und Vorschubbewegungen möglich. Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Walzwerks wird dieses dünnwandige Rohr von dem zweiten Walzgerüst fertiggestellt. Da das Rohr in diesem Fall dem zweiten Walzgerüst in beliebiger Weise zugeführt werden kann, kann die Dreh- und Vorschubbewegung unabhängig von der Phasenlage der beiden Walzgerüste ausschließlich nach den Erfordernissen des ersten Walzgerüstes festgelegt werden, z.B. auch als Drehen und Vorschieben in beiden Totpunkten.
Bei diesen dünnwandigen Produkten erlaubt das Kaltpilgerverfahren außerdem ein Drehen und Vorschieben des Rohres, obwohl die Walzen das Rohr auf dem Glättkaliber noch berühren. Daraus ergibt sich, daß das Kaliber der Walzen des zweiten Walzgerüsts auch bis in den Auslauftotpunkt dieses Walzgerüsts verlängert werden kann.
Da der maschinenbauliche Aufwand für den Dreh- und Vorschubantrieb sowie für das Beladen mit neuen Luppen gegenüber einem normalen Einfachkaltpilgerwalzwerk nicht erhöht ist, kann das Walzwerk mit gutem Preis-Leistungsverhältnis hergestellt werden. Das Walzwerk kann mit hohen Hubzahlen betrieben werden, die gegenüber einem normalen Einfachwalzwerk nicht reduziert werden müssen, da die Massenkräfte aufgrund der Gerüst- und Kurbeltriebanordnung nicht ansteigen. Der maschinenbauliche Aufwand für den Kurbeltrieb ist nur unwesentlich höher als der für den Antrieb nur eines Gerüstes. Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, daß die Kaliberlänge des ersten Gerüstes voll für die Umformung genutzt werden kann, da hier ein Glättkaliber nicht erforderlich ist und Toleranzanforderungen unberücksichtigt bleiben können. Hieraus ergibt sich eine nennenswerte Leistungssteigerung, die dadurch noch zusätzlich erhöht wird, daß eine weitere Umformung im zweiten Gerüst stattfindet. Gleichzeitig ergibt sich die Möglichkeit gegenüber bisherigen Walzwerkzeugen ein wesentlich längeres Glättkaliber im zweiten Walzgerüst zu erhalten und so trotz erhöhter Produktionsmenge die Fertigungstoleranzen noch weiter einzuschränken.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert, die nachfolgend beschrieben wird. Es zeigt:
Figur 1
eine grob schematische Seitenansicht eines Walzwerkes,
Figur 2
eine Draufsicht auf das Walzwerk nach Figur 1
Tabelle 1 zeigt ferner eine tabellarische Gegenüberstellung zweier Ausführungsbeispiele
Die beiden Walzgerüste 1 und 2 werden durch einen gemeinsamen Kurbeltrieb 3 so angetrieben, daß sich die Massenkräfte erster Ordnung der beiden Walzgerüste vollständig ausgleichen. Die gegenläufig rotierenden Ausgleichsgewichte 4 und 5 (Figur 2) gleichen in diesem Ausführungsbeispiel lediglich die rotatorischen Unwuchten von Kurbeln und Schubstangen aus.
Jedes Walzgerüst 1 und 2 wird nur durch eine der Schubstangen 11 und 12 angetrieben, wobei sich diese in übereinanderliegenden Ebenen bewegen. Dies wird dadurch bewirkt, daß der Anlenkpunkt zum ersten Walzgerüst 1 unter demselben und zum zweiten Walzgerüst 2 vor diesem vorgesehen ist. Im Einlauftotpunkt ET geben beide Walzensätze 7 und 8 das Walzgut zum Drehen und Vorschieben frei, im Auslauftotpunkt AT wird das Walzgut für ein zusätzliches Drehen allenfalls kurz freigegeben.
Während auf dem Vorhub des Walzgerüstes 1 von ET nach AT das Vorschubvolumen ausgewalzt wird und sich entsprechend verlängert, werden die Walzen 7 des auf dem Rückhub befindlichen Walzgerüstes 2 mittels einer Verstelleinrichtung 9 für die Zahnstangen 10 so verdreht, daß die Walzen 8 des Walzgerüstes 2 bei seiner Bewegung von AT nach ET nicht oder nur unwesentlich reduzierend wirken. Im Einlaufbereich macht der Verstellmechanismus 9 diese Verstellung wieder rückgängig. Auf dem Weg von ET nach AT, wenn sich das Walzgerüst 1 auf dem Rückhub praktisch ohne plastische Verformungsarbeit befindet, wird in Walzgerüst 2 das auf dem Vorhub von Walzgerüst 1 schon vorher ausgestreckte Vorschubvolumen mit der Länge Vorschub mal Streckung des ersten Gerüstes 1 ausgewalzt.
Das dargestellte Walzwerk, das etwa die doppelte Leistung eines konventionellen Walzwerks hat, zeichnet sich dadurch aus, daß die gesamte Dreh-, Vorschub- und Beschickungseinrichtung unverändert bleibt, daß die oszillierenden Ausgleichsmassen eines konventionellen Walzwerkes durch ein zweites Walzgerüst ersetzt sind, und daß lediglich die zusätzlichen Walzenachsen mit ihren Zahnstangenantrieben hinzukommen.
Nachfolgend sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, die in der Tabelle 1 aufgelistet sind. Beispiel 1 beschreibt eine klassische Edelstahlwalzung für Wärmetauscherrohre, Beispiel 2 erläutert die Ausnutzung der großen Duktilität austenitischer Stähle für eine größere Querschnittsreduktion.
Beispiel 1
In der Tabelle ist als "Beispiel 1" eine klassische Edelstahlwalzung für das Wärmetauscherrohr 16 x 1 aufgeführt, die erfahrungsgemäß mit ca. 18 mm ausgewalzte Rohrlänge je Gerüsthub gewalzt werden kann, was zusammen mit 320 Hüben je Minute zu einer Walzleistung von theoretisch 346 m/h führt. Hierbei sind von der Gesamtkaliberlänge von 370 mm 100 mm Glättkaliber vorgesehen, d. h. ca. 27 % die praktisch nicht zur Umformung beitragen.
Bei einem erfindungsgemäßen Walzwerk ist im ersten Gerüst kein Glättkaliber erforderlich, so daß sich die Umformzone entsprechend auf 370 mm verlängert. Dieses sowie der Umstand, daß im 1. Gerüst nur eine Reduktion von 33 x 3,5 auf 20 x 1,5 vorgesehen ist, erlauben eine mindestens 15 %ige Erhöhung des Ausstoßes in mm je Gerüsthub.Da nicht nur die Fertigrohrlänge je Hub sondern auch der Rohrquerschnitt von 16 x 1 auf 20 x 1,5 vergrößert wurde, ergibt sich eine Erhöhung des durchgesetzten Gewichtes von 128 auf 272 kg/h, d. h. 113 % Leistungsgewinn.
Der Vorschub von 5,6 mm im ersten Gerüst erfolgt, wenn sich das 1. Gerüst im Einlauf- und das 2. Gerüst im Auslauftotpunkt befinden; d. h. die Umformung im 1. Gerüst erfolgt im wesentlichen auf dessen Vorhub, wenn sich das 2. Gerüst auf dem Rückhub befindet. Letzterem wird in seinem Auslauftotpunktbereich also das Vorschubvolumen 20 x 1,5 mit 5,6 mm Länge zugefügt, das sich während seines Rückhubes auf 20,7 mm verlängert. Somit erhält das zweite Gerüst vor Beginn seines Vorhubes einen Vorschub von 20,7 mm zugeführt, die bei 1,85-facher Streckung im 2. Gerüst auf 38 mm ausgewalzt werden.
Ein zu lösendes Problem ist natürlich, daß das Walzgut während des Rückhubes des zweiten Gerüstes auch ohne Behinderung vorgeschoben werden kann. Hierzu werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels zyklischer Verstellung der die Walzen rotatorisch antreibenden Zahnstangen die Walzen so verdreht, daß sie auf dem Rückhub das Rohr freigeben. Im Schaltbereich des Einlauftotpunktes wird dann diese Verstellung wieder zurückgenommen. Hiermit sind also vor Beginn des Walzens auf dem Vorhub 20,6 mm Vorschub erfolgt und die Walzen stehen wieder in korrekter Walzposition. Auf dem Vorhub werden nun die 20,6 mm Vorschub mit 1,85-facher Streckung zu 38 mm Rohrlänge je Hub ausgewalzt. Die Leistung des erfindungsgemäßen Walzwerks erhöht sich somit auf das 2,13-fache eines konventionellen Walzwerks.
Beispiel 2
Während das erste Beispiel den Leistungsgewinn bei unverändertem Rohrquerschnitt zeigt, soll im 2. Beispiel die große Duktilität austenitischer Stähle für eine Erhöhung der Streckung durch das erfindungsgemäße Walzwerk genutzt werden.
"Beispiel 2" zeigt für das konventionelle Walzwerk die Walzung 33 x 3,5 auf 16 x 1 aus "Beispiel 1", für das erfindungsgemäße Walzwerk jedoch 33 x 3,5 auf 12 x 1. Selbst hierbei verdoppelt sich etwa der Ausstoß in m/h und der Durchsatz in kg/h erhöht sich trotz des geringeren Metergewichts noch um fast 50 %.
Beispiel 1
Konventionelles Walzwerk Erfindungsgemäßes Walzwerk
gleiche Streckung 1 .Gerüst 2.Gerüst
Luppen-Außen-Durchm. mm 33 33 20
Luppen-Wand mm 3,5 3,5 1,5
Rohr-Außen-Durchm. mm 16 20 16
Rohr-Wand mm 1 1,5 1
Streckung --- 6,88 3,72 1,85
Hubzahl min^-1 320 320 320
Gesamtkaliberlänge mm 370 370 370
Reduzierkaliberlänge mm 270 370 270
Glättkaliberlänge mm 100 0 100
Rohr je Hub mm 18 20,7 38
Teilstreckung --- 6,88 3,72 1,85
Vorschub mm 2,6 5,6 20,7
Theor. Leistung m/h 346 397 735
kg/h 128 272 272
% 100 115 213
Beispiel 2
Konventionelles Walzwerk Erfindungsgemäßes Walzwerk
erhöhte Streckung 1 .Gerüst 2.Gerüst
Luppen-Außen-Durchm. mm 33 33 16
Luppen-Wand mm 3,5 3,5 1,3
Rohr-Außen-Durchm, mm 16 16 12
Rohr-Wand mm 1 1,3 1
Streckung --- 6,88 5,40 1,74
Hubzahl min^-1 320 320 320
Gesamtkaliberlänge mm 370 370 370
Reduzierkaliberlänge mm 270 370 270
Glättkaliberlänge mm 100 0 100
Rohr je Hub mm 18 21 36
Teilstreckung --- 6,88 5,40 1,74
Vorschub mm 2,6 3,9 21,0
Theor. Leistung m/h 346 403 700
kg/h 128 190 190
% 100 117 203

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung von Rohren, vorzugsweise aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren mit zwei in Walzrichtung mittels Kurbeltrieben (3) mindestens zeitweise gegenläufig hin- und herbewegbaren Walzgerüsten (1,2) mit verjüngend kalibrierten Walzen (7,8) die mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen, wobei
    auf dem ersten Walzgerüst (1) der übelwiegende Teil und auf dem zweiten Walzgerüst (2) ein geringerer Teil der Umformarbeit und zusätzliche Glättarbeit geleistet werden, in beiden Walzgerüsten (1,2) über einen dem Walzenkaliber angepaßten Dorn reduzierend gewalzt wird und der Winkelversatz der Kurbeltriebe (3) so gewählt ist, dass die Umformzone des ersten Gerüstes (1) zeitlich nicht mit der Umformzone des zweiten Gerüstes (2) zusammenfällt,
    dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Walzgerüst (2) um 90 bis 150 Grad Kurbelwinkel zum ersten Walzgerüst (1) versetzt angeordnet ist, dass seine Walzen (8) rotatorisch durch ortsfeste Zahnstangen (10) angetrieben werden und dass der Achsabstand der Walzen (8) während des Walzens konstant bleibt.
  2. Verfahren zur Herstellung von Rohren, vorzugsweise aus hochfesten Stählen oder Sonderlegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren mit zwei in Walzrichtung mittels Kurbeltrieben (3) mindestens zeitweise gegenläufig hin- und herbewegbaren Walzgerüsten (1,2) mit verjüngend kalibrierten Walzen (7,8), die mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen, wobei
    auf dem ersten Walzgerüst (1) der überwiegende Teil und auf dem zweiten Walzgerüst (2) ein geringerer Teil der Umformarbeit und zusätzliche Glättarbeit geleistet werden, in beiden Walzgerüsten (1,2) über einen dem Walzenkaliber angepaßten Dom reduzierend gewalzt wird und der Winkelversatz der Kurbeltriebe (3) so gewählt ist, dass die Umformzone des ersten Gerüstes (1) zeitlich nicht mit der Umformzone des zweiten Gerüstes (2) zusammenfällt,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (7,8) von Zahnstangen über Ritzel angetrieben werden, dass das zweite Walzgerüst (2) um 180 Grad Kurbetwinkel versetzt zum ersten Gerüst (1) angeordnet ist und auf dem reduktionsfreien Rückhub einen dem Materialangebot aus dem ersten Gerüst (1) entsprechenden Ringspalt zwischen Walzgut und Walzenkaliber freigibt, in den das im ersten Walzgerüst (1) umgeformte Rohr eingeführt wird und
    dass der Achsabstand der Walzen (7,8) während des Walzprozesses zyklisch verändert wird.
  3. Verfahren zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangen (10) zum rotatorischen Antrieb der Walzen zyklisch horizontal verschiebbar sind.
  4. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren, vorzugsweise aus hochfesten Stählen oder Sondedegierungen nach dem Kaltpilgerschrittverfahren mit zwei in Walzrichtung mittels Kurbeltrieben (3) mindestens zeitweise gegenläufig in einer Führung hin- und herbewegbaren Walzgerüsten (1,2) mit verjüngend kalibrierten Walzen, die, mit wechselndem Drehsinn über dem Walzgut abrollen, wobei
    das erste Walzgerüst (1) als Break-Down-Gerüst mit ausschließlich Arbeitskaliber aufweisenden Walzen (7) ausgebildet ist, die Walzen (8) des zweiten Walzgerüstes (2) Arbeits- und Glättkaliber aufweisen, die Walzen (7,8) beider Walzgerüste (1,2) mit entsprechend kalibrierten Walzdomen zusammenwirken und die zueinander winkelversetzten Kurbeltriebe (3) zum Antrieb der Walzgerüste (1,2) über jedem Walzgerüst (1,2) zugeordnete einzelne Schubstangen (11,12) mit senkrechten Drehachsen ausgeführt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (7,8) von Zahnstangen über Ritzel angetrieben werden und
    dass zur Verstellung des Achsabstandes mindestens der Walzen (7,8) des zweiten Walzgerüstes (2) ein zyklisch einstellbarer Keilmechanismus vorgesehen ist, oder
    dass mindestens die Zahnstangen (10) des zweiten Walzgerüstes (2) mit einer Verschiebeeinrichtung (9) zur Verstellung der Zahnstangen (10) in deren Längserstreckungsrichtungen versehen sind.
  5. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstangen (11, 12) jedes Walzgerüstes (1,2) in übereinanderliegenden Ebenen umlaufen.
  6. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 4 und 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass für beide Walzgerüste (1,2) ein gemeinsamer Kurbeltrieb (3) mit gegenläufigen Kurbeln und rotierenden Ausgleichsgewichten (4,5) an den beiden Kurbelkröpfungen vorgesehen wird, wobei die rotierenden Gegengewichte die Massenkräfte erster Ordnung vollständig ausgleichen und ein teilweiser Ausgleich der Massenkräfte höherer Ordnung durch das Zusammenspiel der Gerüstmassen erfolgt.
  7. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 4 und 5 ,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbeln in gleichem Drehsinn angetrieben und mit Gegengewichten an den Kurbeln jeweils ein Teil der Massenkräfte erster Ordnung ausgeglichen werden und der verbleibende Anteil dieser Massen kraftkomponente gar nicht oder mit Gegengewichten an einer die beiden Kurbeln über Zahnräder verbindenden Zwischenwelle, die mit Kurbeldrehzahl aber in entgegengesetztem Drehsinn umläuft, ausgeglichen wird.
  8. Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass jedem Walzgerüste (1 und 2) ein eigener Kurbeltrieb mit Massenausgleich zugeordnet ist, wobei der Antrieb des zweiten Walzgerüstes (2) vorzugsweise schwächer als der des ersten Walzgerüstes (1) ausgebildet ist.
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