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Dokumentenidentifikation DE102007021999A1 22.11.2007
Titel Verfahren zum Warmwalzen nahtloser Rohre auf einem Innenwerkzeug und Innenwerkzeug
Anmelder SMS Meer GmbH, 41069 Mönchengladbach, DE
Erfinder Krahn, Matthias, 41069 Mönchengladbach, DE;
Leisten, Thomas, 41836 Hückelhoven, DE;
Pehle, Hans Joachim, 41363 Jüchen, DE;
Thieven, Peter, 52064 Aachen, DE
Vertreter Patentanwälte Valentin, Gihske, Grosse, 57072 Siegen
DE-Anmeldedatum 08.05.2007
DE-Aktenzeichen 102007021999
Offenlegungstag 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse B21B 17/02(2006.01)A, F, I, 20070508, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B21B 19/02(2006.01)A, L, I, 20070508, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Warmwalzen nahtloser Rohre mit einem oder mehreren hintereinander angeordneten Längs- oder Schrägwalzgerüsten und einem im Inneren des Walzgutes (3) verwendeten Innenwerkzeugs (5) in Form einer Dorn- bzw. Walzstange wird ein Innenwerkzeug (5) mit an seinem Außenumfang mehreren Werkzeugsegmenten (8) aus einem verschleißfesten Material und dazwischen lückenlos angeordneten Werkzeugeinsätzen (10) zum Einsatz gebracht, wobei die Werkzeugsegmente (8) unter tangentialen und axialen Druckspannungen vorgespannt werden. Auf dem Grundkörper (7) des Innenwerkzeugs (5) sind hierzu mehrere Werkzeugsegmenten (8) aus einen hochverschleißfesten, hitzebeständigen Material und zwischen diesen radial anstellbare Werkzeugeinsätze (10) vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmwalzen nahtloser Rohre mit einem oder mehreren hintereinander angeordneten Längs- oder Schrägwalzgerüsten und einem im Inneren des Walzguts verwendeten Innenwerkzeug in Form einer Dorn- bzw. Walzstange, wie durch die DE 21 31 713 A1 bekannt geworden.

Die Innenwerkzeuge/Dornstangen bei der Umformung nahtloser Rohre sind je nach Fertigungsverfahren hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Dementsprechend tritt ein hoher Verschleiß der Werkzeugoberfläche auf, wobei es zu Abrasion, Adhäsion und Zerrüttung kommt und bei relativ geringer Standzeit zu Oberflächenbeschädigungen am Umformgut sowie zum Ausfall des Werkzeuges. Daher wird versucht, in den hochbelasteten Werkzeugbereichen möglichst harte, verschleißfeste Materialien einzusetzen.

Üblicherweise kommen für Umformwerkzeuge Warmarbeitsstähle, aber zunehmend auch Sonderwerkstoffe (z. B. Hartmetalle, Nickel-Kobald-Legierungen, Cermets) und Keramik zum Einsatz. Keramik, Cermet und andere hochverschleißfeste Materialien haben die für diese Zwecke besonders nachteiligen Eigenschaften geringer Thermoschockresistenz, geringer Biegebruchfestigkeit und hoher Rissempfindlichkeit beim Auftreten von Zugspannungen.

Verwendet man Innenwerkzeuge, z. B. Walzstangen, die Ringe oder Ringsegmente mit oder ohne axiale Vorspannung enthalten, kommt es bei Belastung durch das Walzgut zu lokalen Zugspannungen, die das Entstehen von Rissen und das Versagen des Werkzeuges zur Folge haben. Aus diesem Grund ist der Einsatz von verschleißfesten Werkstoffen an den im Innern des Walzgutes verwendeten Werkzeugen bislang nicht erfolgreich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und ein gattungsgemäßes Innenwerkzeug zu schaffen, die eine Nahtlosrohrfertigung ohne die beim Einsatz von Sonderwerkstoffen für das Innenwerkzeug beschriebenen Nachteile ermöglichen.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit den im Anspruch 1 und hinsichtlich des Innenwerkzeugs mit den im Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.

Nach vorliegender Erfindung wird das Auftreten von Zugspannungen vermieden, indem im Umfang verteilt Werkzeugeinsätze verwendet werden, mit denen Werkzeugteile, z. B. Segmente aus hochverschleißfestem Material, unter hohen tangentialen Druckspannungen vorgespannt werden. Damit wird zusammen mit einer axialen Vorspannung ein Spannungszustand mit hohen Druckspannungen erzeugt, der bei Belastung durch das Walzgut zu einem dreidimensionalen Druckspannungszustand führt und dadurch eine Vermeidung des Auftretens von Zugspannungen ermöglicht. Damit wird der Einsatz von verschleißfesten aber spröden Materialien an den Innenwerkzeugen in Walzstraßen der Nahtlosrohrfertigung ermöglicht.

Die Anzahl der Werkzeugteile bzw. -segmente richtet sich nach der Anzahl der Walzen, so daß die Dorn-/Walzstange, d. h. das Innenwerkzeug zwei, drei oder mehr Segmente mit jeweils dazwischen lückenlos angeordneten Werkzeugeinsätzen aufweisen kann.

Die Werkstückeinsätze sind so angeordnet, daß diese im Belastungsfall im Bereich ohne Walzgutkontakt oder im Bereich nur geringer mechanischer und thermischer Belastung liegen. Beim Längswalzen wird das Innenwerkzeug so ausgerichtet, daß die Werkstückeinsätze in den Bereichen zwischen den Walzen positioniert sind. Beim Schrägwalzen sollte die Walzstange bzw. das Innenwerkzeug ebenfalls so positioniert sein und nicht rotieren.

Auch beim Einsatz von Sonderwerkstoffen, wie Keramik, die eine geringe Affinität zu Stahl aufweisen, und bis zu Einsatztemperaturen von über 1.000 °C verschleißbeständig sind, ist es vorteilhaft, daß ein Kühl-, Schmier- und Trennmittel in die Kontaktzone Rohr-Innenwerkzeug eingebracht wird. Hierzu ist der Werkzeuggrundkörper mit einer zentralen Längsbohrung sowie mit radialen, schrägen Zuführbohrungen versehen, durch die das Medium unter Druck und Anhaften an der Innenoberfläche des Rohres an die Kontaktzone gefördert wird. Bei mehreren hintereinander angeordneten Walzgerüsten wird jedes Walzgerüst in dieser Weise mit dem Medium versorgt. Auch bei Schrägwalzanlagen erfolgt die Versorgung in gleicher Weise.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:

1 in einem Längsschnitt als Einzelheit einen Teilabschnitt eines Innenwerkzeugs zur Herstellung nahtloser Rohre, und zwar dargestellt im Kontaktbereich des rohrförmigen Walzguts mit einer Walze eines Walzgerüstes, und

2 als Einzelheit einen Querschnitt des Innenwerkzeugs (Walz-/Dornstange) entlang der Linie II-II von 1.

Vor einer als solche hinlänglich bekannten Kontiwalzanlage 1 zur Herstellung von nahtlosen Rohren zeit die 1 auszugsweise einen Bereich, in dem sich ein in Walzrichtung 2 durchlaufendes Walzgut 3 in Kontakt mit einer Walze 4 befindet. Das gelochte, rohrförmige Walzgut 3 wird zwischen, aufeinanderfolgenden Walzen 4 der Kontiwalzanlage 1 auf einem Innenwerkzeug 5, ausgeführt als Walz- bzw. Dornstange ausgewalzt, wobei die Kontiwalzanlage 1 vorteilhaft mit gehaltenem Innenwerkzeug 5 betrieben werden kann, so daß der Vorschubweg zwischen minus 1 Gerüstabstand bis plus 1 Gerüstabstand beträgt.

Das Innenwerkzeug 5 besteht aus einem eine zentrale Längsbohrung 6 aufweisenden Grundkörper 7 und auf diesem angeordneten Werkzeugsegmenten 8 aus einem hochverschleißfesten, hitzebeständigen Material sowie zwischen diesen vorgesehenen, gemäß Pfeil 9 (vgl. 2) radial anstellbaren Werkzeugeinsätzen 10. Die Werkzeugsegmente 8 und – einsätze 10 werden von einer den Grundkörper 7 umschließenden Hülse 11 aufgenommen.

Durch die Hülse 11 werden die darin angeordneten Werkzeugsegmente 8 und – einsätze 10 axial vorgespannt, wie in 1 mit den Pfeilen 12 angedeutet. Da die Werkzeugsegmente 8 durch die Radialanstellbarkeit (Pfeile 9 in 2) der Werkzeugeinsätze 10 gleichzeitig einer tangentialen Druck- bzw. Vorspanndung gemäß den in 2 eingetragenen Doppelpfeilen 13 unterliegen, tritt in den Werkzeugsegmenten 8 keine Zugspannung auf, was insbesondere bei sprödem Material, wie Keramik, der Werkzeugsegmente 8 sehr wichtig ist. Beim Walzen wird eine allseitige Druckspannung erreicht. Zur besseren Wirksamkeit beim Einleiten der tangentialen und axialen Druckspannungen liegen einerseits die Hülse 11 mit den Werkzeugsegmenten 8 und – einsätzen 10 und andererseits die Werkzeugeinsätze 10 mit den Werkzeugsegmenten 8 mit Keilflächen 14 aneinander an.

Von der Längsbohrung 6 des Innenwerkzeugs 5 ausgehend und sich durch den Grundkörper 7 und die Hülse 11 hindurch verlaufend sind radial, schräg ausgebildet mehrere Zuführbohrungen 15 vorgesehen. Ein in die Längsbohrung 6 von einer nicht dargestellten Versorgungsquelle eingeleitetes Kühl-, Schmier- und Trennmittel wird über die Zuführbohrungen 15 unter Druck direkt in die Kontaktzone zwischen dem Walzgut 3 und dem Innenwerkzeug 5 eingebracht. Dort kommt es zu der gewünschten Anhaftung an der Innenmantelfläche des Walzguts 3.

1
Kontiwalzanlage
2
Walzrichtung (Pfeil)
3
Walzgut
4
Walze
5
Innenwerkzeug (Dorn-/Walzstange)
6
Längsbohrung
7
Grundkörper
8
Werkzeugsegmente
9
Pfeil (Radialanstellbarkeit)
10
Werkzeugeinsatz
11
Hülse
12
Pfeil (Axialvorspannung)
13
Doppelpfeil (Tangential-Druck-Norspannung)
14
Keilflächen
15
Zuführbohrung


Anspruch[de]
Verfahren zum Warmwalzen nahtloser Rohre mit einem oder mehreren hintereinander angeordneten Längs- oder Schrägwalzgerüsten und einem im Inneren des Walzgutes (3) verwendeten Innenwerkzeug (5) in Form einer Dorn- bzw. Walzstange, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innenwerkzeug (5) mit an seinem Außenumfang mehreren Werkzeugsegmenten (8) aus einem verschleißfesten Material und dazwischen lückenlos angeordneten Werkzeugeinsätzen (10) zum Einsatz gebracht wird, wobei die Werkzeugsegmente (8) unter tangentialen und axialen Druckspannungen vorgespannt werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugeinsätze (10) radial anstellbar sind. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über eine zentrale Längsbohrung (6) des Innenwerkzeugs (5) sowie radialen Zuführbohrungen (15) zwischen der Längsbohrung (6) und der Werkzeugoberfläche ein Kühl-, Schmier- und Trennmittel direkt in den Kontaktbereich von Innenwerkzeug (5) und Walzgut (3) geleitet wird. Innenwerkzeug (5), angeordnet im Inneren des Walzguts (3), vorzugsweise gehalten mit einem nur begrenzten Vorschub, zum Warmwalzen nahtloser Rohre in einem oder mehreren hintereinander angeordneten Längs- oder Schrägwalzgerüsten, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Grundkörper (7) des Innenwerkzeugs (5) mehrere Werkzeugsegmente (8) aus einem hochverschleißfesten, hitzebeständigen Material vorgesehen und zwischen diesen radial anstellbare Werkzeugeinsätze (10) angeordnet sind. Innenwerkzeug nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine die Werkzeugsegmente (8) und Werkzeugeinsätze (10) axial vorspannende Hülse (11). Innenwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die Werkzeugsegmente (8) an den Werkzeugeinsätzen (10) und andererseits die Hülse (11) an den Werkzeugsegmenten (8) und Werkzeugeinsätzen (10) mit Keilflächen (14) anliegen. Innenwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugsegmente (8) aus Keramik bestehen. Innenwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugsegmente (8) aus Cermet bestehen. Innenwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es eine zentrale Längsbohrung (6) aufweist sowie von dieser ausgehend bis zur Werkzeugoberfläche mit radialen Zuführbohrungen ausgebildet ist, die sich direkt in den Kontaktbereich von Innenwerkzeug (5) und Walzgut (3) erstrecken und ein Kühl-, Schmier- und Trennmittel verteilen.






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