DE2054157A1 - Herstellung von nahtlosen Metall rohren - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 KOLN-LINDENTHAI, PETER-KINTGEN-STBASSE 2 205A1S7

Köln, den 28. Oktober 1970 Rö/Cl/224

CEPILAC, 30 avenue de Messine, Paris 8e, Frankreich

Herstellung von nahtlosen Metallrohren

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des Strangpressverfahrens von Metallrohren ohne Schweißnaht, bei dem warmgelochte Knüppel verwendet werden.

Bei der Herstellung derartiger Rohre im Strangpreßverfahren nach bekannter Weise unter Verwendung eines üblichen Schmiermittels führt man in den Aufnehmer einer Strangpresse einen heißen zylindrischen Knüppel ein, dessen äußerer Durchmesser ein wenig geringer als der innere Durchmesser des Aufnehmers ist und dessen innere Bohrung einen Durchmesser besitzt, der einige Millimeter größer 1st als der Durchmesser des Dorns der Strangpresse. Ein Schmiermittel wird auf den seitlichen Oberflächen des Werkzeugs und / oder des Knüppels und zwischen letzteren und der Matritze aufgebracht. Der Dorn wird koaxial zum Aufnehmer in den Knüppel eingeführt, wobei die gesamte Kraft der Presse angewendet wird. Beim Verformen füllt das Metall den gesamten verfügbaren Raum des Aufnehmers aus und

fließt in den ringförmigen Kanal, der zwischen dem Dorn und der Matritze, die den Ausgang des Aufnehmers verschließt, entsteht.

Die Wahl einer Bohrung, deren Durchmesser ein wenig größer als derjenige des Dorns ist, erlaubt es, Knüppel mit dem größtmöglichen Gewicht zu verwenden, das mit einer geringen Läng© vereinbar ist, jedoch werden hierdurch einige Nachteile hervorgerufen.

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Wenn die Einführung des Doms in den Knüppel nicht koaxial geschieht, kann diese Bewegung in Folge des geringen Spiels zwischen diesen beiden Elementen eine Berührung zwischen Knüppel und dem sich bewegenden Dorn und daher Kratzer durch das vorher eingebrachte Schmiermittel hervorrufen, das das Fließen des zu verformenden Metalls längs des Doms erleichtern soll, da das Schmiermittel auf der Innenwandung des Knüppels oder auf der seitlichen Oberfläche des Dorns aufgebracht wird. Es ergibt sich keine gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels auf diesen Oberflächen, so daß ein unregelmäßiges Fließen des Metalls während des Strangpressens, stellenweise Riefen, ein übermäßiger Verschleiß des Dorns, ein mangelhafter Zustand der inneren Oberfläche und eine schlechte Konzentrlzität der inneren und äußeren Oberflächen des erhaltenen Produkts bewirkt werden.

Diese Nachteile treten besonders häufig bei horizontalen Strangpressen auf, wo der Knüppel in das innere Stützlager des Aufnehmers derart eingebracht wird, daß trotz des geringen Spiels zwischen dem Knüppel und dem Aufnehmer diese beiden Elemente nicht genau koaxial sein können. Wenn des Weiteren der Preßdruck augenblicklich in seiner gesamten Stärke auf den Dorn angewendet wird, beginnt das Metall durch die Matritze auszutreten, bevor der Knüppel vollkommen den Raum ausgefüllt hat, der ihm im Aufnehmer zur Verfügung steht, also bevor sich die Masse des Metalls koaxial im Aufnehmer verteilt hat. Der Beginn des Fließvorganges beeinflußt im allgemeinen den unteren Teil des Metallkörpers und verleiht dem Rohranfang eine schräge Form. Er verursacht eine Kraft, die von unten nach oben gerichtet ist und die dazu führt, daß das Ende vor dem Dorn exzentrisch ausgebildet wird. Außerdem wird der obere Teil der öffnurig der Matritze nicht mit Metall ausgefüllt, so daß eine nicht kontrollierbare Schmlermlttelmenge zwischen dem Dorn und der inneren Oberfläche des Knüppels entschlüpft. Man kann nicht sicher sein, daß der

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verbleibende Teil eine genügende Schmierung erfährt. Das unter diesen Bedingungen erzeugte Rohr weist am Anfang eine Exentrizität, die sich über die gesamte Länge fortsetzen kann, und Oberflächenfehler aufgrund einer unregelmäßigen Schmierung auf.

Ein anderer Nachteil der Benutzung eines Bohrungsdurchmessers, der ein wenig größer als der Durchmesser des Doms ist, ist die strenge Abhängigkeit des Durchmessers des Lochungswerkzeuges vom inneren Durchmesser des Rohres, das hergestellt wird. Es sind daher genau so viele Lochungswerkzeuge wie Dorne notwendig, man kann daher ausgehend von gelochten Blöcken mit dem gleichen Bohrungsdurcnmesser keine Rohre erhalten, deren innere Durchmesser verschieden sind.

Es ist außerdem bekannt, daß die Kraft, die zum Ingangsetzen einer Strangpressoperation notwendig ist, wie nachfolgend beschrieben wird, größer als die Kraft während des Betriebs ist. Aus diesem Grunde ist die Nominalkraft der Presse während eines Teils ihrer Arbeitszeit unvollständig genutzt, während die Werkzeuge zu Beginn einen solchen Verschließ erleiden, daß es nicht möglich ist, sie zur Herstellung von langen Produkten zu benutzen.

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Herstellung von schwer verformbaren Metallrohren unter Benutzung einer Warmverformungspresse, durch die es ermöglicht wird, Rohre großer Längen, besser zentriert und mit regelmäßigerer Oberfläche zu pressen und die Leistung der Presse besser auszunutzen.

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Gemäß dieser Methode benutzt man Knüppel, die koaxial durchbohrt sind, wobei der innere Durchmesser dieser Bohrung den Durchmesser des Doms beträchtlich übertrifft. Nach dem Einführen dieses Knüppels in den Aufnehmer einer Strangpresse vergrößert man die auf den Knüppel angewandte Kraft progressiv durch eine öffnung, durch die der Zufluß von Flüssigkeit unter hohem Druck in den oder die Zylinder der Presse kontrolliert wird.

Ein geeigneter Durchmesser für die Bohrung im Knüppel ist derjenige,der nach Abzug desjenigen des Dorns eine Länge ergibt, die wenigstens 5 %> vorzugsweise 2o % bis zu Jo % der Differenz zwischen dem Durchmesser des Aufnehmers und des Dorns beträgt. Zum Strangpressen eines Knüppels in einem Aufnehmer von 2°° mm 0 mit einem Dorn von loo mm 0 wird daher der Knüppel auf wenigstens llö mm, vorzugsweise l4o mm aufgeweitet, wodurch zwischen dem Dorn und dem Knüppel, eine koaxiale Lage vorausgesetzt, ein diametrales Spiel von wenigstens ίο und vorzugsweise 4o mm gewährleistet wird.

Durch eine öffnung für das Einströmen von Hochdruckflüssigkeit wird vorteilhaft ein merklich lineares Ansteigen im Druck bewirkt, wobei der Maximaldruck in den Zylindern der Presse nach Ablauf von o,5 bis 4, vorzugsweise 1 see erreicht wird. Dieses Resultat kann auf verschiedene Weise leicht erreicht werden, z.B. wenn man ein Ventil in Form eines kegelstumpfartigen Drosselventils oder zwei parallel angebrachte Ventile benutzt, von denen das eine einen geringen Durchmesser besitzt - an und für sich bekannte Vorrichtungen und mehr noch, wenn die Betätigung ihrer öffnung automatisch programmiert ist.

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Die erfindungsgemäße Methode ist besonders vorteilhaft, wenn das Fließen des Metalls längs den Werkzeugen durch ein glasartiges Schmiermittel unterstützt wird. Das Verfahren besitzt weiterhin zahlreicheVorteile:

Es verhindert während des Einführens des Dorns eine Berührung zwischen diesem und dem Knüppel derart, daß die aufgebrachte Schmiermittelschicht intakt und gleichmäßig bleibt.

Zu Beginn der Druckanwendung wird das Metall derart verformt, daß es auf der gesamten Länge an die Aufnehmerwand^-ung gedrückt wird, wonach es in Kontakt mit dem Dorn kommt; dieser Kontakt tritt zuerst am vorderen Ende derart auf, daß dieses Ende das Schmiermittel einschließt, das für die Schmierung der Kontaktflächen zwischen dem Dorn und der Oberfläche der Bohrung des Metalls vorgesehen ist. Diese Verformung erfordert eine zwei- bis fünfmal geringere Kraft als das eigentliche Strangpressen; sie ist praktisch vor dem gesamten Beginn des Strangpressens abgeschlossen derart, daß letzteres symmetrisch beginnt und daß der Dorn richtig zentriert bleibt.

Der hinlänglich große Bereich, in dem das Spiel zwischen Dorn und Knüppel liegt, erlaubt es, einen einheitlichen Bohrungsdurchmesser in Verbindung mit mehreren Dornen zu verwenden, deren Durchmesser in einem bestimmten Intervall liegen. Auf diese Weise erreicht man eine wirtschaftliche Verwendung der Lochungswerkzeuge.

Die Bohrung mit einem viel größeren Durchmesser als .in den bisher bekannten Verfahren kann durch Warmlochen

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eines Vollblocks vorgenommen werden, wobei eine genügende Zentrierung trotz einer größeren Länge der gelochten Knüppel erhalten bleibt.

Das Ansteigen des Druckes zu Beginn des Pressvorgangs erlaubt beim Strangpressen genaut gesagt das auf die Kompression folgende langsame Ingangsetzen der Presse kurz vor dem Ende des Druckanstiegs derart, daß sich die Linien des Metallflusses nicht unvermittelt bilden und daß der regelmäßige Pluß des Metalls bereits am Anfang die Ausbildung eines gut zentrierten Rohres bewirkt. Dieses fortschreitende Ansteigen schließt außerdem den gewöhnlich festgestellten Überdruck zu Beginn des Strangpressens ebenso wie die entsprechende Abnutzung der Werkzeuge aus. Man kann daher im Normalbereioh des Strangpressens fast die gesamte Kraft der Presse anwenden, weil es überflüssig wurde, einen dem überdruck des Ingangsetzens entsprechenden Spielraum vorzusehen; aus diesem Grunde kann man daher das Strangpressverhältnis vergrößern.

Beispiel

Zur Herstellung von gewöhnlichen Stahlrohren mit einem äußeren Durchmesser von 150 mm, und einer Wandstärke von 17*5 rom wurde eine horizontale hydraulische Strangpresse, die mit 3ΐοο t ausgelegt war, benutzt, die mit einem Aufnehmer mit einem Durchmesser von j5^5 mm und einem Dorn mit einem Durchmesser von IIS mm ausgerüstet war. Sie wurde über ein Ventil in Form eines kegelförmigen Drosselventils betätigt, da» es erlaubt, die Geschwindigkeit des Druckanstiegs zu regeln. Knüppel

J5o aus normalem Stahl wurden eingeführt, die vorher warmwurden und dabei einen äußeren Durohmesser von

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mm, einen Inneren Durchmesser von I6o mm und eine Länge von lloo mm erhielten, so daß das diametrale Spiel zwischen Dorn und Knüppel 19,7 % der Differenz zwischen den Durchmessern des Aufnehmers und des Dorns betrug. Das Ventil in Form des Drosselventils wurde in der Weise bedient, daß die Dauer des Druckaufbaus 1 see betrug.

Auf diese Weise wurden regelmäßig Rohre einer Länge von lo,8 m hergestellt, die vollkommen zentriert waren und deren Oberflächenzustand sowohl innen als außen ausgezeichnet war. Dies beweist eine gleichmäßige und ausreichende Schmierung während des gesamten Strangpressvorgangs.

Gemäß dem bekannten Verfahren würde man den Knüppel auf einen Durchmesser von etwa 12o mm lochen und den Druck ohne Verzögerung anwenden. Unter diesen Bedingungen würden die erhaltenen Rohre Oberflächenfehler aufweisen und weiter würde man Gefahr laufen, daß die Presse blockiert. Um heißgelochte Knüppel mit einem Durchmesser von 12o mm zu erhalten, die die gleiche Koaxialität des Loches und des Metallkörpers aufweisen, müßte man sich auf eine Länge des Knüppels von 825 mm beschränken. Die Länge der so erhaltenen Rohre könnte nur etwa 9*8 m erreichen.

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Claims (5)

1. Patentanspruch e

   ( 1.!Verfahren zur Herstellung von Metallrohren durch Warmverformung in einer hydraulischen Presse, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu verformender, mit einer Bohrung versehener Metallknüppel, dessen Durchmesser den Durchmesser des Doms weit übertrifft, in die Presse eingebracht wird und anschließend eine Presskraft angewandt wird, die fortschreitend erhöht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Durchmessern der Bohrung im Knüppel und des Doms zwischen 5 und 3° % der Differenz zwischen den Durchmessern des Aufnehmers und des Doms liegen.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fortschreiten der Presskraft einer Verzögerung von o,5 bis 4 see.zwischen dem Beginn des Druckanstiegs und dem Erreichen des maximal verfügbaren Drucks entspricht.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung durch eine kontrollierte öffnung eines Ventils in Form eines an sich bekannten kegelförmigen Drosselventils bewirkt wird, die im Kreislauf der Hochdruckflüssigkeit eingeordnet ist.
5. 5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließen des Metalls an dem Werkzeug durch ein glasartiges Schmiermittel unterstützt wird.

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