Das Walzen von Hohlkörpern und das Kalibrieren von Werkzeugen zur Herstellung nahtloser Rohre

308 Pages·1959·9.732 MB·German

by  Dr.-Ing. habil. Paul Grüner (auth.)

Das Walzen von Hohlkorpern
Das Walzen von Hohlkorpern
und das Kalibrieren von Werkzeugen
zur Herstellung nahtloser Rohre
Von
Dr~-Ing. habil. Paul Griiner
apl. Professor an der Technischen Hochschule Aache~
Mit einem Beitrag
Spannungszustand und Verformungseffekt
massiver Rundblocke im SchragwalzprozeB
von
Dr.-Ing. Walther Lohmann
Privatdozent an der Technischen Hochschule Aachen
Ober-Regierungs- und Baurat a. D.
Mit 305 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin I Gottingen I Heidelberg
1959
ISBN-13 :978-3-642-92761-4 e-ISBN-13 :978-3-642-92760-7
DOl: 10.1007/978-3-642-92760-7
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dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege
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© by Springer-Verlag OBG., BerlinfGattingenfHeidelberg 1959
So&over reprint of the hardcover 1st edition 1959
Die Wiedergabe von Gebrauchlnarqen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw.
in diesem Buche berechtigt Buch oboe besondere Kennzeichnung nieht zu der An
nahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen. und Markenschutz-Gesetz
gebung als frei zu betrachten wiren und daher von jedermann henutzt werden diirften
Vorwort
Die groBen Fortschritte in der Herstellung von nahtlosen Rohren
in den letzten Jahren, sowie die Mtiglichkeit, im Herstellungsgang sehr
hohe Genauigkeiten hinsichtlich der Querschnittsformen und Wand.
starken zu erreichen, haben zur konstruktiven Durchbildung kompli.
zierter Apparaturen gefiihrt, die heuie bereits eine Sonderstellung in der
Hiittenindustrie einnehmen, deren Kenntnis aber immer noch vielen
lnteressenten unter den Verformungsingenieuren infolge Mangels an
vorhandener Literatur nicht in erwiinschtem MaBe zuganglich gemacht
worden ist.
Diese Liicke zu schlieBen ist die erste Aufgabe dieser Niederschrift.
Kalibrierungen fiir Werkzeuge jener Maschinen zu entwerfen, welche
der Herstellung von Hohlktirpern dienen, setzt Kenntnisse der Ver.
formungsvorgange voraus, die sich beim Walzen oder Ziehen von
Rohren abspielen und die je nach der Art der Herstellungsprozesse
verschieden sind. Auch auf diese Belange wird in verschiedenen Ab·
schnitten des Buches eingegangen, die auBerdem manches enthalten,
das Interessenten sonst vergebens in deutschen oder fremdsprachlichen
Literaturangaben suchen diirften.
Es bleibt mir nur noch die angenehme Pflicht, meinen besonderen
Dank allenjenen abzustatten, die durch ihre Unterstiitzung in theoreti·
scher und praktischer Hinsicht zum Gelingen des Werkes beigetragen
haben. Ganz besonders danke ich den Herren der Firma Mannesmann.
Meer AG. in Mtinchen·Gladbach fiir ihre liebenswiirdige Hilfestellung.
Aus den Betriebserfahrungen dieser ausgezeichnet geleiteten Firma ist
manches in dem vorliegenden Band zur weiteren Bearbeitung ent
nommen worden. Desgleichen gebiihrt mein Dank meinem lieben
Kollegen Herrn Dr. .l ng. habil. WALTHER LOHMANN, der durch seinen
mathematischen Beitrag iiber den Spannungszustand und den Verfor
mungseffekt an massiven Rundblticken im SchragwalzprozeB wesentlich
zur Vertiefung und Erweiterung der bearbeiteten Themen beigetra
gen hat.
Mit dem Wunsche, daB der vorliegende Band vielen lnteressenten
manches Wissenswerte vermitteln mtige, entbiete ich diesem mit einem
herzlichen "Gliickauf" einen guten Start.
Aachen, im Herbst 1958
Paul Griiner
Inhaltsverzeichnis
Seite
A. Grundbegriffe des Kalibrierens 1
Allgemeine Bezeichnungen und Hinweise 1
B. Fehlerquellen beim Walzen .... 20
1. Fehlerhaftes Walzzeug durch Lunker und Gasblasen 20
2. Fehlerhaftes Walzzeug durch Zeilenstruktur und Einschliisse im Stahl 23
3. Fehlerhaftes Walzzeug durch Flocken . . . . . . . . . . . . . . 29
4. Fehler, diewahrend des Walzvorganges durch Warmbehandlung entstehen 30
5. Walzfehler durch tlberwalzungen 38
6. Wa.lzfehler durch Einwalzen fremder Stoffe . . . . . . . . . . 43
7. Walzfehler durch Walzarmaturen 44
8. Walzfehler durch beschadigte Walzen und deren schlechtes Arbeiten 45
9. Fehlerhaftes Walzgut durch Rot- und HeiBbruch ....... . 47
C. Das Kalibrieren von Ziehringen fiir Zieh- und StoBbanke 50
D. Das Kalibrieren von Pilgerwalzen 61
E. Das Kaltpilgern von nahtlosen Rohre"n 78
Kalibrieren einer Kaltpilgerwalze 86
F. Da.s Walzen von Hohlbohrstahlen 91
G. Das Radialwalz-Verfahren zur Herstellung nahtloser Rohre
mit groBen Durchmessern (Roeckner-Verfahren) 99
H. Das Schragwalzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
I. Moderne Reduzierwalzwerke fiir die Rohrherstellung 128
K. Die Kalibrierung der Walzen fiir Rohrreduzierwerke 132
I. Allgemeine theoretische Grundlagen 132
1. WerkstoffluB . . . . . . . 132
2. Walzkrafte und Reibungszahl . . 135
3. Verdickte Rohrenden 140
II. Forderungen fiir den Bau der Reduzierwalzwerke und deren Kali-
brierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
1. Reduzierwalzwerke mit frei wahlbaren Drehzahlen ....... 142
a) Berechnungsverfahren S. 142. - b) Berechnungsgleichungen S. 143.
- c) Gleichungen zur Nachpriifung S. 145
lnhaltsverzeichnis VII
Selta
2. Reduzierwalzwerke mit vorgegebenen Drehzahlen 146
a) Berechnungsverfahren 8.146. - b) Berechnungsgleichungen 8. 146.
- c) Gleichungen fUr Nachprufung 8. 147
3. Die Bestimmung der Walzkaliberform ............. 148
a) 3-Walzen-Geruste (Trio-Kaliber) S. 148. - b) 2-Walzen-Geruste
(Duo-Kaliber) S. 150.
L. Das Kalibrieren von Richtwalzen 153
1. Der RichtprozeB im Allgemeinen . 153
2. Die Bestimmung der Drehgeschwindigkeit von Walze und Rohr 155
3. Die Kinematik des Richtvorganges . . . . . . . . . . . 157
4. Die Kalibrierung der Walzen von Schragwalzenrichtmaschinen 162
5. Ermittlung der mittleren Walzenumfangsgeschwindigkeit 169
6. Ermittlung der kritischen Drehzahl des Richtgutes . . . . 175
7. Zusammenhang zwischen Schrankwinkel, Richtgut und Walzendurch-
messer ......... . 179
8. Dynamik des Richtvorganges 186
9. Anwendung der Ergebnisse auf den Richtvorgang 196
10. Leistungsberechnung . . . . . . . . . . . . 201
11. Entstehung von Eigenspannungen beim Richten 207
12. Diskussion der Versuchsergebnisse 216
M. Spannungszustand und Verformungseffekt im Innern eines
schraggewalzten vollen Blockes in einem Zweiwalzen- und
einem Dreiwalzen-Schragwalzwerk.
Von Dr.-lng. habil. WALTHER LOHMANN, Aachen 218
I. Beschreibung der Spannungsbilder 218
1. tlbersicht. . . . . . 218
'1
2. Die Hauptspannung 222
'2
3. Die Hauptspannung 223
4. Der .absolute Betrag der maximalen Schubspannung 223
II. Kurzer theoretischer Anhang fUr die allgemeinverstandliche Ubersicht 225
1. Erlauterung der Formeln durch Beispiele. . . . . . . . . . . . 226
a) Die durch eine Einzellast senkrecht belastete Halbebene. . . . 226
b) Der durch zwei einander diametral gegenuberliegende PreBbahnen
gedruckte zylindrische Block . . . . . • . . . . . . . . . . 230
c) Der durch drei aquidistant tiber den Umfang verteilte PreBbahnen
gedruckte zylindrische Block . . . . • . . . . . . . . . _ . 232
vm
Inhaltsverzeichnis
Seite
2. Ausfiihrlicher mathematischer Teil. . . 233
a) Die Herleitung der allgemeinen Formeln fiir PreBbahnen . 233
b) Der durch eine gerade linienhafte PreBbahn mit gleichmaBiger Be-
lastung gedriickte Halbraum • • . • • • . • 233
c) Mathematische Priifung der Formulierungen 238
d) Die Isochromaten der Spannungsverteilung 243
e) Der EinfluB der PreBbahnbreite auf das Bild der Isochromaten 244
f) Grenziibergang: Verschwindende Breite der PreBbahn . 247
g) Derdurch zwei PreBbahnen gedriickte Block • • 249
h) Priifung der Randbedingungen . . • . • • . . . 251
i) Gleichgewicht in unmittelbarer Umgebung der Pole 259
-k) Der durch drei PreBbahnen gedriickte Block. Berechnung der
vorlaufigen superponierten Spannungen 264
I) Priifung der Randbedingung • • • . • • . . . 265
m) Allgemeiner Fall und aquidistante PreBbahnen 271
n) Start fiir die Zahlenrechnung • • • • • • • . . 280
A. Grundbegriffe des Kalibrierens
Allgemeine Bezeichnungen und Hinweise
DieFormgebung vonW alzenkalibern[1 ]1, die einen Druck in senkrechter
beziehungsweise in einer bis zu 45° von dieser abweichenden Richtung
auf das Walzgut iibertragen, bezeichnet man nach Prof. W. TAFEL als
reguliire Kalibrierung, weil in diesem FaIle aIle Querschnittsteile eines
Profils die gleiche Streckung erfahren. 1m Gegensatz hierzu stehen
die irreguliiren Kalibrierungen, bei denen einzelne Teile eines Profils
beim Durchgang durch die Walzen unterschiedlichem Druck ausgesetzt
sind.
Ubergange zwischen beiden bilden z. B.: Rauten, Ovale, Spitzbogen,
Runds usw.,bei welchen sich der Walzdruck nicht ganz gleichmaBig
iiber die gesamte KaIiberoberflache verteilt, die Streckung aber doch
iiber das ganze Kaliber gleichmaBig vor sich geht.
Die Folge dieser Unterteilung ist, daB man beim Kalibrieren regularer
Profile nur die reinen Querschnittsanderungen in der Walzebene, nicht
aber auch die Langenanderungen eines jeden einzelnen Profilelementes
zu betrachten braucht.
Das Walzen der Blocke zu Kniippeln geschieht aufWalzen, in welchen
aufeinanderfolgend im Querschnitt immer kleiner werdende Kasten
kaliber (Flachkaliber) eingeschnitten sind. Die Kastenkaliber sind meist
sogenannte o/fene Kaliber, bei denen die KaIiberbegrenzungslinien im
Walzspalt parallel zur Walzenachse a b
verlaufen. Dadurch kann sich bei
zu vollem Kaliber ein horizontaler
Grat bilden (Abb. 1 a).
Bei einem geschlossenen Kaliber
verlaufen die KaIiberbegrenzungs
linien im Walzspalt senkrecht zur
Walzenachse, so daB sich bei zu Abb. 1. Kastenkaliber. a) offen, b) geschlossen
vollem KaIiber ein Grat senkrecht zur Walzenachse bilden konnte, wenn
zwischen KaIiberoffnung und Kaliberrand der Gegenwalze geniigend Spiel
vorhanden ware (Abb. 1 b). Um das Auslosen des Walzgutes aus dem
Kaliber zu erleichtern, verlaufen die Kaliberflanken nicht senkrecht
zur Walzenachse, sondern bei regularen Kalibern um 4,0· ··25% zur
Senkrechten auf die Walzenachse geneigt. Diese Konizitat wird Anzug
des Kalibers genannt.
Unter Walzspalt oder Spaltweite versteht man den kiirzesten Abstand
der Walzballen voneinander. (Eigentlich ist der Walzspalt ein raum-
1 Diese Zahlen verweisen auf das Literaturverzeichnis auf S. 301.
Griiner, Walzen von Hohlkorpern 1
2 Grundbegriffe des Kalibrierens
liches Gebilde, in der Sprache der Kalibreure wird er jedoch durch die
kiirzeste Langendimension angegeben}. Mit Stich wird der Durchgang
des Walzgutes durch die Walzen bezeichnet. Beim Fertigwalzen nennt
man die letzten Stiche, die nur sehr geringe Abnahmen aufweisen,
Schlichtstiche oder Polierstiche. Wenn zwei solcher Stiche hintereinander
angewendet werden, spricht man von Vorschlichten und Fertigschlichten.
Flachs.tich heiBt ein Stich, wenn die Kaliberachse parallel zu der des
vorigen Stiches bleibt, wahrend bei einem Stauchstich die Horizontal
achse des Kalibers im nachsten Stich senkrecht zu ihrer friiheren Rich
tung steht.
Bei den Walzenriindern wird zwischen dem inneren und iiufJeren
Rand unterschieden. Die auBeren Rander sind erheblich breiter als
die inneren und im Durchmesser auch meist urn einen Millimeter groBer,
damit die Walzen beim Rollen nur auBen aufruhen und die inneren
Kaliberrander geschont werden.
Periodische Profile sind solche, die ein wechselndes, an verschiedenen
Stellen des Walzenumfangs ungleiches Profil haben. Die Walze selbst
besteht aus dem Walzballen (MitteIteil), den Lagerzapfen und den
Kuppelzapfen (Klee). .
Bezeichnet man mit Qo den Querschnitt des Profils vor dem Stich
und mit QI den Querschnitt des Profils nach dem Stich, so ist die Quer
schnittsverminderung oder die absolute Abnahme (Druck) Qo - QI'
Das Verhaltnis ~l = a heiBt Abnahmekoeffizient. Als prozentuale Ab·
nahme (prozentuaien Druck) bezeichnet man den Quotienten Qo Q QI . 100
o
= A. Unter Vernachlassigung der Breitung ist A = ko ko hi . 100,
wenn ho die Hohe des Walzgutes vor dem Stich und hI die Hohe des
Walzgutes nach dem Stich bedeuten. 1st die Abnahme z. B.: ho - hI
= 80 - 72 = 8mm (a b so Iu}t, SO.ls.tsl eprozentuaI : 80 -80 72 ·100 = S80O0
= 10%. 'Die prozentuale Abnahme (relativer Druck) andert sich mit
der Stellung der Walzenachsen zueiriander, wie aus folgendem Beispiel
zu ersehen ist: Wenn ho = 100 mm und hI = 92 mm ist, so wird ho - hI
= 100 - 92 = 8mm (absoluter Druck); aber die prozentuale Abnahme
ist jetzt nur lO~OO 92 . 100 = 8%. Unter Streckung versteht man den
reziproken Wert von a,
1 Qo 1 =(1- !)
n=-=- n=--A- A ·100;
a QI
1-100
Der Querschnitt durch die Walzebene senkrecht zur Walzrichtung
begrenzt die Konture:r;t des Walzstabes und heiBt Profil.
GemaB der Ausdehnung, die das Walzgut durch die Erwarmung
auf die Walztemperatur erfahrt, nennt man es Warmprofil. Sind die
Walzen geschnitten (kalibriert), so heiBt die Flache in der Walzebene,
welche die Walzen zwischen sich freilassen, Kaliber. Dieses wird also
zum Teil von der oberen, zum Teil von der unteren Walze gebildet.
Allgemeine Bezeichnungen und Hinweise 3
1m AugenbIick des Erfassens des Walzgutes tritt ein Entfernen der
Walzen voneinander infolge des Walzdruckes ein. Der Walzspalt ver·
groBert sich einerseits infolge des Zusammendriickens der zwischen
Walzenzapfen und Lagerschalen befindIichen, mit dem Schmiermittel
ausgefUllten Riiume, andererseits durch die elastische Zusammen.
driickung der Anstellspindel und der Einbaustiicke. Diese VergroBerung
des Walzspaltes heiBt Sprung und ist je nach dem Walzendurchmesser
und dem Druck verschieden. (.-.. 0,8· ··1,5% bei BlockstraBen und
.-.. 0,5· .. 0,8% bei FeinstraBen).
1m KaIibergrund der ersten KastenkaIiber fUr Blockwalzen findet
man des ofteren Hauen angebracht, um ein besseres Greifen der Walzen
zu erzielen. Das Greifen ist abhiingig vom Durchmesser der Walzen,
und je groBer dieser Durchmesser ist, desto hohere BlOcke konnen diese
Walzen greifen (Abb. 2).
=
=
Abb. 2. Darstellung des "Greif"winkels Abb. 3. "Hauen" (breite Kerben)
Zumeist sind die Hauen in Form prismenartiger Hohlriiume im
Kalibergrund der Walze eingefriist und liegen in ihrer Richtung oft
sehr verschieden (Abb.3). Gelegentlich findet man eingemeiBelte
Hauen, es ist jedoch vorteilhafter, wenn man die Hauen aufschweiBt.
Das letztere hat den Vorteil, daB das Walzgut nach dem Kanten um 90°
nicht an der Stiinderwange des Geriistes bzw. den Kaliberflanken an
stoBen kann. Ferner halten aufgeschweiBte Hauen bei hohen Abnahmen
des Walzgutes ein eventuelles Rutschen desselben auf, so daB ein Durch
ziehen der Blocke durch die Kaliber besser durch aufgeschweiBte Hauen
gewiihrleistet ist. Die heutige Tendenz geht aber z. T. dahin, keine Hauen
mehr in den Kalibergrund der ersten Kastenkaliber einzuarbeiten,
sondern glatte Kaliber bei vergroBertem Walzendurchmesser zu ver
wenden, beim Fassen des Blocks langsam anzufahren und die Walz
geschwindigkeit erst nachher auf die normale GroBe zu steigern. Neben
den Kastenkalibern in den Blockwalzen findet sich auch normalerweise
eine sogenannte Flachbahn vor, auf welcher Brammen ausgewalzt
werden konnen. Diese Flachbahn kann auch gut fUr Zwischenprofile
beim Blockwalzen benutzt werden. Wenn auf dieser Flachbahn gewalzt
wird, ist immer zu bedenken, daB das Walzgut hier breiten kann, da es
seitlich nicht von den KaIiberwiinden begrenzt ist und die Verformung
des Blockes sich somit nicht nur in der Walzrichtung vollzieht. Das
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