Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines nahtlosen Hohlkörpers aus Stahl gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

üblicherweise wird zur Herstellung eines nahtlosen Hohlkörpers aus einem massivem Rundblock aus Stahl durch Schrägwalzen über einen zwischen den Schrägwalzeή gehaltenen Lochdorri dieser so eingestellt, dass der Walzenabstand im engsten Querschnitt um 10 - 12 ^" % kleiner ist als der Durchmesser des eingesetzten Ründblσckes.-

Der Lochdorn steht mit seinem Lochungsteil vor dem engsten Querschnitt der Walzen. Diese Ebene wird auch 'Hoher Punkt ¹ genannt

Die Spitze des Lochdornes steht so in seiner Lage vor der Ebene des kleinsten Walzabstandes (Ebene 'Hoher Punkt'), dass der erzeugte Hohlblock keine Innenfehler aufweist. Der Glättteil und der Aufweiteteil des ^" Lochdornes (falls vorhanden) befinden sich hinter dem 'Hohen Punkt ¹ ., Näheres ist in "Bänder, Bleche, Rohre 6" (1965), Nr. 4, S. 184 - 189, beschrieben.

Nach diesem bekannten Verfahren sind die Hohlblockdurchmesser zwischen 5 % kleiner und erheblich größer (≥ 20 %) als der Durchmesser des eingesetzten massiven Rundblockes.

Ein starkes reduzierendes Lochen bei fehlerfreiem Hohlblock ist nach dem bekannten Verfahren nicht möglich. Innenfehler treten insbesondere bei Rundblöcken aus Strangguss auf.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zum Herstellen eines nahtlosen Hohlkörpers aus einem massiven Rundblock aus Stahl durch Schrägwalzen anzugeben, mit der Rund- blöcke aus Strangguss auch mit einer Durchrriesserreduktion > 5 % innenfehlerfrei gelocht . werden können.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 bzw. 2 gelöst.

Nach der Lehre der Erfindung ist nicht die Größe der Einschnürung (Verhältnis Walzenabr stand zu Blockdurchmesser kalt) für ein innenfehlerfreies Lochen entscheidend, sondern das Einhalten einer material- und walzwerksabhängige ^' n Verformung vor der Lochdornspitze. Aus den Größen von Block- und Hohlblockdurchmesser wird entsprechend den angegebenen Gleichungen der Führungs- und/oder Walzenabstand berechnet. Hieraus ergibt sich mit Hilfe der einzuhaltenden Verformungsgrenze vor der Lochdomspitze die Position der Lochdornspitze.

Untersuchung haben gezeigt, dass mit steigendem Transportwinkel und abfallendem Ein- laufwinkei die Grenzformänderung X ansteigt. Die Materialabhängigkeit ergibt sich aus dem Umformvermögen des verwendeten Stahls. Bei einfachen Kohlenstoffstählen ist die Grenzformänderung X größer im Vergleich zu einem schwer umzuformenden 13%-igen Chromstahl.

Es hat sich außerdem gezeigt, dass die ermittelten Grenzformänderung in Abhängigkeit vom Kegelwinkel mit einem Korrekturfaktor versehen werden muss, wobei der Kegelwinkel definiert ist als Winkel zwischen Walzgut und Walzenachse bei einem Transportwinkel von Null Grad.

Bei einem Kegelwinkel von Null Grad (Tonnenlocher) ist der Korrekturfaktor gleich 1, der mit steigendem positiven Kegelwinkel (Kegellocher) über 1 ansteigt bis zu einem Wert < 1,3.

Bei Verwendung eines Drei-Walzen-Schrägwalzwerkes ergeben sich die gleichen zuvor geschilderten Abhängigkeiten, nur mit dem Unterschied, däss die Grenzformänderung X um mindestens den Faktor 1 ,2 größer ist im Vergleich zu einem Zwei-Walzen-Schrägwalzwerk.

Die Gestaltung der Werkzeuge ist nunmehr ein Kompromiss zwischen Walzeneinlauflänge, Wälzeneinlaufwinkel, Dornlänge und Position der Lochdornspitze unter Berücksichtigung der Produktionsraridbedingungen.

Zum Einen muss berücksichtigt werden, dass der Glättteil des Lochdomes direkt am 'Hohen Punkt ¹ beginnen muss oder sogar noch im Einlaufteil der Schrägwalze liegt. Zum Anderen sollte eine gewählte Walzenkalibrierung möglichst den Gesamtbereich der notwendigen Umformungen erlauben, da ein Wechsel der Schrägwälzen zeitaufwändig ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren schließt die Lücke zwischen der heute gängigen Arbeitsweise und dem in DE 33 269 46 C1 geschützten Verfahren und ist anwendbar sowohl für ein Zwei-Walzen-Schrägwaizwerk als auch für ein Drei-Walzen-Schrägwalzwerk ohne Führungen. Für die Herstellung insbesondere dünnwandiger Hohlkörper ohne Innenfehler und mit kleiner Exzentrizität ist aus der DE 332 69 46 C1 bekannt, die Schrägwalzen auf einen Abstand im Bereich von 75 bis 60 % und die Führungen auf einen Abstand im Bereich von 85 bis 70 % des Durchmessers des eingesetzten Rundblockes einzustellen.

Die Gleichungen zur Berechnung des Walzen- und Führungsabstand lauten Zwei-Walzen-Schrägwalzwerk:

Walzenabstand = Durchmesser Hohlblock - 0,075 x Blockdurchmesser Führungsabstand = Durchmesser Hohlblpck + 0,075 x Blockdurchmesser

Drei-Walzen-Schrägwalzwerk:

Walzenabstand = 3/2 x Durchmesser Hohlblock - ¹ X x Blockdurchmesser

Da sich die einzelnen Schrägwalzwerkstypen und die zu lochenden Materialien in ihrem Fließverhalten unterscheiden, gelten die zuvor genannten Gleichungen als hinreichend, um die Möglichkeiten zur Herstellung gewünschter Hohlblöcke zu überprüfen sowie Walzen und den Lochdorn in guter Näherung zu gestalten. Dabei wird unter guter Näherung eine Abweichung < 3 % im Hohlblockdurchmesser verstanden.

Wesentlich ist, dass bei der Feinkorrektur Walzen- und Führungsabstand sowie Lochdornform geändert werden dürfen, die kritische Abnahme vor der Lochdόmspitze jedoch nicht überschritten werden darf. Die Grenzformänderung X vor der Lochdornspitze ist definiert als _y _ / . Walzenabs tan d(PosltlonLochdornspitze) s _n/ X- ⁼ \ * ^" DurchmesserRundblock ) ^/o

Wie bereits erwähnt, hängt die erlaubte Größe X ab vom Walzwerk und dem zu lochenden Material. Es ist zu empfehlen diese Größe so zu wählen, dass alle Materialien mit der gleichen Größe gelocht werden.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens liegt bei Walzwerken, die überwiegend nahtlose Rohre bis 200 mm Durchmesser erzeugen darin, dass stranggussfähige Formate als Vormaterial eingesetzt werden können. Es kann im Regelfall mit der gleichen Walzenkalibrierung von stark reduzierend bis leicht aufweitend gelocht werden. Damit lässt, sich die Anzahl der erforderlichen Rundblockformate deutlich reduzieren,

Beispielsweise kann auf diese Weise ein Hohlblock mit einem Durchmesser von 186 mm aus einem Rundblock mit 220 mm Durchmesser hergestellt werden. Üblicherweise hätte man dafür einen Rundblock mit 180 mm Durchmesser eingesetzt und diesen leicht aufgeweitet. Oder man hätte aus einem Rundblock mit 220 mm Durchmesser upter leichter Reduktion nur einen Hohlblock mit 210 mm Durchmesser erzeugen können.

Anhand eines Beispiels wird die Ermittlung des Walzen- und Führungsabstandes unter Einhaltung einer bestimmten Grenzformänderung X erläutert.

Ausgehend von einem Rundblock aus einer Stahlgüte St 52 mit einem Durchmesser von 220 mm soll auf einem Zwei-Walzen-Schrägwalzwerk ein Hohlblock der Abmessung 186 x 20 mm erzeugt werden. Das Verhältnis von Hohlbiockdurchmesser zu Rundblockdurch-

186 messer ergibt einen Wert von rrr ^a 0,84, der wie angegeben, weit unterhalb des bis dahin üblichen Wertes von minimal 0,95 liegt. Für das Zwei-Walzen-Schrägwalzwerk wird in diesem Beispiel ein Tonnenlocher mit Führungslineaien verwendet.

Wie schon zuvor ausgeführt, bedeutet dies, dass der Korrekturfaktor gleich 1 ist. Der Transportwinkel beträgt 10° und der Ein- und Auslaufwinkel liegt bei 3,5°. Das führt zu einem Grenzformänderungswert X von 6%. Da der Durchmesser des Rundblockes 220 mm beträgt, ergibt sich somit ein Walzenabstand an der Position der Lochdomspitze von 206,8 mm.

Der Walzenabstand im 'Hohen Punkt ¹ ergibt sich zu 186 mm - 0,075 x 220 = 169,5 mm und der Führuήgsabstand 186 mm + 0,075 x 220 = 202,5 mm.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird schematisch an einem Längsschnitt erläutert. In dem hier vorliegenden halbseitigen Längsschnitt ist vom Schrägwalzwerk nur die oben liegende doppelkonische Schrägwalze 1 dargestellt. Die dazugehörige zweite Schrägwalze sowie die bei einem Zwei-Walzen-Schrägwalzwerk in der anderen Ebene liegenden kaliberschließenden Führungen, seien es Führungslineale oder Diescherscheiben, wurden hier der Einfachheit halber weggelassen.

Die als 'Hoher Punkt ¹ bezeichnet Ebene des engsten Querschnittes 2 der Schrägwalzen 1 ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet.

Deutlich zu erkennen ist die im ersten Beispiel (Figur 1) ansonsten unübiiche Lage des Lochdornes 3. Das Ende des Glättteiles 4 steht vor dem 'Hohen Punkt ¹ 2 und somit auch der Lochungsteil 5. Die Lochdornspitze 6 nimmt dabei eine Laαe ein. die sicherstellt, dass

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im Einlaufbereich des Rundblocks die genannte Grenzformänderung X eingehalten wird und der Rundblock 7 fehlerfrei gelocht wird.

Kennzeichnend ist die starke Durchmesserreduktion vom Durchmesser 8 des Rundblocks 7 auf den Durchmesser 9 des Hohlblockes 10.

Verändert man den Einlaufwinkel der Walze wie im zweiten Beispiel (Figur 2) dargestellt, iässt sich unter Beibehaltung der erlaubten Verformung vor der Lochdornspitze zeigen, dass sich auch durch eine Stellung des Glättteiles des Lochdornes hinter dem 'Hohen Punkt' ein entsprechender Hohlblpck mit reduziertem Durchmesser herstellen Iässt. Entsprechend der Darstellung in Figur 3 führt der größere Einlaufwinkel zu einer etwas kleineren Grenzformänderung X.

Figur 4 zeigt die Abhängigkeit des Korrekturfaktors vom Kegelwinkel.