Prinzipien der kalten Zeichnung

Abbildung 1: Beim Stangenziehen wird eine Matrize zur Bestimmung des Außendurchmessers des Rohrs und eine Stange zur Bestimmung der ID des Rohrs verwendet.

Ein Rohr von einer Größe zur anderen zu ziehen, klingt einfach. Der Prozess besteht aus zwei Hauptschritten: Zerkleinern eines Endes (auch als Zeigen des Rohrs bezeichnet) und anschließendes Ziehen durch eine Matrize mit der richtigen ID. Wenn der Prozess beendet ist, stimmt der OD des Rohres mit der ID des Würfels überein.

In Wirklichkeit ist es viel komplizierter. Eine erfolgreiche Ziehung ist ein Produkt von fünf verschiedenen Schritten:

1. Beschaffung des Rohmaterials
2. Vorbereitung zum Zeichnen
3. Zeichnen
4. Richten
5. Endbearbeitung und Endkontrolle

Schläuche zum Neuziehen können entweder geschweißt oder nahtlos sein. Der Neuzeichnungsprozess für jeden ist im Wesentlichen der gleiche; Daher gelten die in diesem Artikel beschriebenen Prozesse für beide.

Geschweißte Rohre werden aus gewalzten, geschlitzten und aufgerollten Bändern hergestellt. Nachdem das Coil an die Rohrproduktionsanlage geliefert wurde, wird es abgewickelt und einer Mühle zugeführt, die es zu einer Rohrform formt, und die resultierende Naht wird geschweißt. Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle sind normalerweise elektrisch widerstandsgeschweißt (ERW), während rostfreie Stähle Gas-Wolfram-lichtbogengeschweißt (GTAW) sind.

Nahtlose Schläuche können aus durchbohrten Rohren (Kohlenstoff- oder niedriglegierter Stahl) oder Extrusionen (rostfreie, hochlegierte Stähle und Nickelbasislegierungen) stammen. Sie können durch Pilgern oder Reduzieren weiterverarbeitet werden. Ein weiterer Rohstoff ist ein gebohrter Stab, der normalerweise für spezielle Legierungen oder Toleranzen verwendet wird.

Während die hier diskutierten Geräte und Verfahren auf die meisten Legierungen anwendbar sein können, zielen sie hauptsächlich auf kohlenstoff- und niedriglegierten Stahl, rostfreien Stahl und Nickelbasislegierungen ab. Kupfer und Aluminium werden in der Regel in großvolumigen Prozessen hergestellt, während Titan- und Zirkoniumlegierungen besser für kleinvolumige, spezialisierte Prozesse wie Pilgern und Rohrwalzen geeignet sind.

Beschaffung

Das Zeichnen beginnt mit der Beschaffung des Rohmaterials. Die Bestellung sollte die Chemie und Abmessungen des Materials einschließlich Toleranzen angeben – Größe, Wandstärke, Konzentrizität und Geradheit. In den meisten Fällen werden die getemperten Eigenschaften für maximale Weichheit spezifiziert. Diese Anforderungen können in einer proprietären Spezifikation oder einem ASTM-, AMS- oder MIL-Code oder einer Spezifikation enthalten sein.

Zeigen

Der nächste Schritt ist das Zeigen, bei dem der Durchmesser mehrerer Zoll Material am Ende des Rohrs verringert wird, damit es in die Ziehmatrize gelangen kann. Die drei gebräuchlichsten Methoden zum Zeigen sind Push-Pointing, Rotary-Swapping und Squeeze-Pointing. In einigen Fällen wird vor dem Zeichnen eine Phosphatbeschichtung oder ein Seifenfilm aufgetragen.

Zeichnen

Ziehbänke sind normalerweise mechanisch und bestehen aus drei Komponenten: einer hinteren Bank, einem Düsenkopf und einem vorderen Abschnitt. Backen an einem Wagen greifen das Rohr und ein Haken an der Rückseite des Wagens greift in eine bewegliche Kette ein und zieht das Rohr durch eine Matrize. Matrizen sind am häufigsten gesinterte Wolframhartmetalleinsätze mit einem Kobaltbindemittel, die in ein Stahlgehäuse geschrumpft sind.

Rohre werden unter Verwendung einer oder mehrerer der folgenden Operationen zu einem fertigen Maß gezogen:

Abbildung 5: Richtmaschinen richten das Rohr mit Biegekräften und einer Rollbewegung aus. Gängige Konfigurationen verwenden entweder sechs oder 10 Rollen.

• Stange oder dorn zeichnung
• Stecker zeichnung, einschließlich fest, schwimm, und semifloating (tethered)
• Sinking

Stange Zeichnung. Während des Stabziehens wird ein gehärteter Stahldorn in die Bohrung des zugespitzten Rohrs eingeführt. Nachdem das Rohr in die Matrize eingeführt wurde (siehe Abbildung 1), wird Schmieröl auf die Oberfläche des Rohrs gepumpt, die Wagenbacken greifen das Rohr oder die Stangenspitze, der Wagenhaken greift in die Kette ein und das Rohr wird durch die Matrize gezogen. Der Düsendurchmesser bestimmt den Außendurchmesser; Der Stabdurchmesser bestimmt die ID-Größe. Die richtige Düsenauswahl minimiert Wanddickenänderungen, bevor das Rohr den Dorn berührt.

Im Allgemeinen neigen schwerwandige Rohre dazu, sich vor dem Kontakt mit dem Stab zu verdünnen; leichte Wände verdicken sich. Hochwinkelwerkzeuge neigen dazu, die Wand zu verdünnen, und Niedrigwinkelwerkzeuge neigen dazu, die Wand zu verdicken. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass der optimale Düsenwinkel mit dem Durchmesser-zu-Dicke-Verhältnis (D / t) variiert.

Nachdem das Rohr gezogen wurde, muss es zum Entfernen der Stange aufgeweitet werden. Eine übliche Methode besteht darin, Druck auszuüben, indem das Rohr gedreht wird, während es durch Querrollen geführt wird. Dieser Prozess erzeugt radiale Spannungen und dehnt das Rohr aus. Der Vorgang wird wiederholt, bis das Rohr die fertige Größe erreicht hat.

Vorteile des Stabziehens sind, dass die Ziehgeschwindigkeiten relativ hoch sind und hohe Flächenreduzierungen (ca.45 Prozent für Edelstahl) möglich sind. Nachteilig ist, dass es sich um einen Zwei-Personen-Betrieb handelt und es einen zusätzlichen Ziehvorgang, wie z.B. ein Steckerziehen oder Absenken, erfordert, um das Spiralmuster zu entfernen.

Stecker Zeichnung. Zwei Arten der Steckerzeichnung sind fest und schwimmend. Feste Steckerzeichnung verwendet eine hohle Stange, die an der Rückseite der Bank verankert ist. Ein Schmiermittel wird durch die Stange zu einem kleinen Loch in der Nähe der Vorderseite gepumpt, so dass Schmiermittel in die Mitte des Rohrs gelangen kann. Ein etwas sich verjüngender Hartmetallstecker wird verlegt oder bronziert auf das Ende der Stange; das Rohr wird über die Stange geladen, Schmiermittel auf die OD-Oberfläche gepumpt und das Rohr gezogen.

Einer der Vorteile des festen Steckerziehens (siehe Abbildung 2) besteht darin, dass es eine glatte ID erzeugt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Verjüngung es ermöglicht, die ID anzupassen, um eine tighttolerance zu erfüllen. Während es nur einen Bediener benötigt, ist die Ziehgeschwindigkeit ziemlich langsam und die maximale Flächenreduzierung ist gering — etwa 25 Prozent für Edelstahl.

Floating Plug Drawing (siehe Abbildung 3) ist gut geeignet, um lange Spulen wirtschaftlich herzustellen. Diese Methode wurde viele Jahre lang zum Ziehen von Kupfer und Aluminium verwendet. Nachdem das Schmiermittel in die ID des Rohrs gepumpt wurde, wird ein sich verjüngender Stopfen eingeführt, das Rohr wird gecrimpt, um den Stopfen an Ort und Stelle zu halten, und das Rohr wird zugespitzt. Während des Ziehens wird der Stopfen durch eine Kombination von Kräften zwischen dem Rohr ID und dem Stopfen in Position gehalten. Das Werkzeugdesign ist entscheidend für den Erfolg dieses Prozesses. Die Düsenwinkel liegen im Allgemeinen zwischen 28 und 32 Grad, mit Steckerwinkeln zwischen 20 und 24 Grad. Die Lagerlänge sollte etwa 10 bis 15 Prozent des Matrizendurchmessers betragen. Beachten Sie, dass ein zu langer Stecker Kratzer auf dem ID verursachen kann.

Semifloating Drawing und Tethered Plug Drawing sind schwimmende Steckerverfahren, die für das Ziehen gerader Längen geeignet sind. Der Stopfen wird lose an einer hinteren Stange befestigt und das Rohr wird zum Ziehen über die Stange und den Stopfen geladen (siehe Abbildung 4).

Sinken. Sinking ist der Begriff für das Ziehen eines Rohres ohne interne Unterstützung. Es wird normalerweise als Dimensionierungsdurchlauf nach einem Stangenzug durchgeführt. Die richtige sterben winkel hängt von theD/t verhältnis; ein richtig gewählter Düsenwinkel minimiert die Änderung der Wandstärke. Wenn sich die Wand zu stark verdickt, verschlechtert sich die Oberflächenbeschaffenheit der ID.

Die Lagerlänge ist länger als bei anderen Operationen, bis zu 50 Prozent des Matrizendurchmessers, um die Rundheit des fertigen Rohrs sicherzustellen.

Das Ziehen und Senken von Stopfen kann verwendet werden, um ein Rohr auf ein fertiges Maß zu ziehen.

Beim Entwurf eines Zeichnungsplans ist das Verhältnis von Wandreduzierung zu Durchmesserreduzierung ein wichtiger Qualitätsaspekt. Wandverkleidungen neigen dazu, die ID-Oberfläche zu bügeln oder zu glätten; Durchmesserreduzierungen neigen dazu, die Oberfläche aufzurauhen. Ein bequemer Ausdruck für das Verhältnis ist der Q-Wert, der gleich der Perce nt-Wandreduktion dividiert durch die prozentuale ID-Reduktion ist. Ein Q-Wert von 2 oder höher glättet die ID-Oberfläche. Wenn sich der Zeitplan nicht für eine Reihe von Ziehungen mit hohem Q-Wert eignet, ist es besser, einen Stabzug mit hohem Q-Wert gefolgt von einer harten Senke zu verwenden, als eine Reihe von Ziehvorgängen mit niedrigem Q-Wert. Hohe Q-Werte führen auch zu niedrigen Eigenspannungen bei kaltgeformten Rohren. In einem aktuellen Projekt ein Q-Wert von 0.91 ergab eine Restspannung von mehr als 52.000 Pfund pro Quadratzoll (PSI), gemessen nach dem in ASTM E1928 beschriebenen Sachs- und Espy-Verfahren. Ein Zug mit einem Q-Wert von 2,2 hatte ein Eigenspannungsniveau von nur 5.200 PSI. Hohe Q-Werte würden zu negativen oder komprimierenden Werten führen.

Schmierung. Die Schmierung ist neben dem Werkzeug- und Zeichnungsplan ein weiterer wichtiger Aspekt. Die meisten Rohrmühlen verwenden chlorierte Öle zur Schmierung von Edelstählen und Nickellegierungen. Die richtige Viskosität kann so niedrig wie 8.000 SUS (Saybolt Universal Sekunden) oder mehr als 100.000 SUS je nach Legierung, Rohrgröße und Art der Reduktion sein.

Richten

Richten erfolgt in der Regel mit einem Sechs- oder 10-Walzen-Rotationsrichtgerät (siehe Abbildung 5) mit einer Kombination aus Flex und Druck. Während flex wenig Einfluss auf Eigenschaften hat, neigt Druck, Streckgrenze zu erhöhen und das Restspannungsniveau anzuheben. Den minimalen Druck auszuüben ist die beste Praxis.

Finishing

Finishing operationen umfassen polieren, beizen, oder sandstrahlen zu verbessern die oberfläche aussehen und entfernen kleinere unvollkommenheiten. Endkontrolltechniken werden durch die Auftragsanforderungen der Kunden bestimmt.

Die Herausgeber von TPJ-The Tube & Pipe Journal® danken dem Tube & Pipe Association, International® Extrusion, Drawing & Tube Reducing Technology Council für seine Bemühungen, die Veröffentlichung dieses Artikels zu arrangieren.