СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБ С ПРОФИЛИРОВАННЫМИ ЗАКОНЦОВКАМИ
METHOD OF PIPES RECEIVING WITH PROFILED EDGE LINES

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, и в частности к процессам получения теплообменных труб с профилированные законцовками, полученными с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы.
Известен способ получения теплообменных труб с профилированными законцовками, включающий размещение конца трубы в полости разъемной матрицы, фиксацию ее от возможных перемещений и последующее формирования компенсационного объема в виде кольцевого выступа путем приложения осевого сжимающего усилия к торцу трубы (RU № 2160175, С2, МПК В21D 39/06).
К недостаткам известного способа относятся необходимость использования гидравлических прессов с большими номинальными усилиями, так как формирование кольцевых выступов осуществляется пластическим течением материала трубы от прикладываемого к части поперечного сечения торца осевого усилия.
Как известно компенсационный объем в виде кольцевого выступа с поперечным сечением, например, равнобокой трапеции, предназначен для заполнения соответствующей кольцевой канавки трубного отверстия.
Известен также способ получения теплообменных труб с профилированными законцовками, включающий выполнение подготовительных операций на трубах (правка, резка в меру, зачистка внешней поверхности концов), раздачу - калибровку конца трубы жестким пуансоном, каскадный радиальный обжим калиброванного участка сегментами разъемной матрицы, содержащей чистовую, предварительную гравюры и рабочий поясок между ними, перепрофилируя калиброванный участок на максимально и минимально обжатые участки и конический переходный участок между ними, с последующим формированием компенсационного объема посредством дорнования полости максимально обжатого участка (RU 2317173, C2, 20.02.2008, В21D 51/16, 41/00, бюл. №5 - прототип).
К недостатку известного способа следует отнести необходимость приложения больших деформирующих усилий с целью качественного заполнения чистовой гравюры матрицы. Как известно из холодной объемной штамповки воспроизводимость контура чистовой гравюры матрицы определяется величиной контактных давлений. Для обеспечения повышенных усилий деформирования операцию дорнования следует проводить с большими натягами. Последнее приводит к осевому пластическому течению материала трубы, формируя подвижный очаг деформации, а также приводит к утонению стенки законцовки.
Кроме того, имеет место одинаковость механизма образования неразъемного соединения в каждой кольцевой канавке трубного отверстия, а именно раскатка трубы на кольцевом выступе, предварительно введенном в кольцевую канавку трубного отверстия с формированием заплечиков и поперечных сдвиговых деформаций в полотне законцовки. Данный механизм хорошо реализуется в новых трубных отверстиях.
Для трубных решеток ремонтного варианта желательно учитывать неточность кольцевых канавок трубных отверстий, а значит необходимо преимущественно формировать служебные характеристики прочности к плотности по отдельным канавкам. Например, прочностные характеристики во внешней кольцевой канавке, в характеристики плотности - во внутренней кольцевой канавки трубного отверстия.
Задачей изобретения является разработка такого способа получения теплообменных труб с профилированными законцовками, который бы позволял формировать преимущественно служебные характеристики неразъемных соединений целенаправленно в каждой отдельной канавке.
Технический результат достигается тем, что в способе получения труб с профилированными законцовками выполнение подготовительных операций на трубах (правка, резка в меру, зачистка внешней поверхности концов), раздачу - калибровку конца трубы жестким пуансоном, каскадный радиальный обжим калиброванного участка сегментами разъемной матрицы, содержащей чистовую, предварительную гравюры и рабочий поясок между ними, перепрофилируя калиброванный участок на максимально и минимально обжатые участки и конический переходный участок между ними, с последующим формированием компенсационного объема посредством дорнования полости максимально обжатого участка согласно изобретению профилированную законцовку образуют с двумя компенсационными объемами в виде кольцевого выступа и утолщенной части полотна, при этом кольцевой выступ формируют последовательно: на стадии каскадного радиального обжима - его внешнюю коническую поверхность, а при дорновании - промежуточный компенсационный объем в виде утолщенной части полотна калиброванного участка с последующим приданием ему окончательной формы кольцевого выступа в чистовой гравюре матрицы посредством сдвиговых поперечных деформаций в полотне калиброванного участка при радиальном кольцевом его пережиме, а утолщенную часть полотна в окончательном виде образуют повторным дорнованием полости законцовки после получения кольцевого выступа с выдавливанием материала трубы в предварительную гравюру.
Осуществление предлагаемого способа позволяет получать трубы с двумя компенсационными объемами (при необходимости и в большем количестве) в виде одного или нескольких кольцевых выступов и утолщения части полотна; обеспечивать повышенные служебные характеристики неразъемных соединений.
Это объясняется тем, что наличие двух компенсационных объемов позволяет реализовать преимущественное их назначение в формировании служебных характеристик. Так, компенсационный объем в виде утолщенной части полотна позволяет реализовать поперечные сдвиговые деформации при заполнении внутренней кольцевой канавки трубного отверстия, а кольцевой выступ, попадая во внешнюю кольцевую канавку трубного отверстия, гарантирует удержание трубы от ее вырывания. Закрепление трубы с такими законцовками осуществляется одним рабочим, а не двумя, как в традиционном случае.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано исходное положение технологической оснастки и трубы с калиброванным концом перед выполнением операции каскадного радиального обжима; на фиг.2 - технологическая оснастка и труба после выполнения операции каскадного радиального обжима; на фиг.3 - профилированная законцовка с промежуточным компенсационным объемом; на фиг.4 - технологическая оснастка и профилированная законцовка перед окончательным формированием кольцевого выступа посредством кольцевого пережима калиброванного участка законцовки; на фиг.5 - окончание формирования кольцевого выступа с образованием внутреннего утолщения; на фиг.6 - окончание формирования утолщенной части полотна операцией дорнования: на фиг.7 - профилированная законцовка с двумя компенсационными объемами в виде кольцевого выступа и утолщенной части полотна; фиг.8 - технологическая оснастка и законцовка трубы перед формированием второго кольцевого выступа.
Вариант осуществления изобретения состоит в следующем.
После выполнения подготовительных операций на трубах (правка, резка в меру, зачистка внешней поверхности концов) их концы раздают жестким пуансоном на длине, равной 1,5D, где D - внешний диаметр трубы.
Далее конец трубы 1 размещают в полости разъемной матрицы 2, располагая торец трубы в плоскости внутренней кромки ее чистовой гравюры. Трубу фиксируют от возможных перемещений. Со стороны свободного торца разъемной матрицы в упомянутую полость вводят мундштук 3, обеспечивая контакт его утолщенной части с торцом трубы. В полость мундштука и трубы вводят дорн 4, устанавливая зуб дорна в пределах полости мундштука, а малую его ступень - в полости калиброванного участка трубы (фиг.1).
Затем, прикладывая сжимающее радиальное усилие к сегментам матрицы, вызывают каскадный обжим калиброванного участка трубы рабочим пояском и поверхностью предварительной гравюрой матрицы (фиг.2). Особенностью этого обжима является то, что деформируемый материал (под рабочим пояском) испытывает объемное напряженное состояние сжатия, когда к радиальным и окружным сжимающим напряжениям добавляется осевое сжимающее напряжение от реакции мундштука на воздействие торца трубы при ее обжиме.
Этот каскадный обжим обуславливает деформацию калиброванного участка также и в предварительной гравюре разъемной матрицы, что качественно формирует внешний угол законцовки и приводит к появлению сил трения на поверхности контакта законцовки с поверхностью предварительной гравюры матрицы. Силы трения, таким образом, создают условия осевого подпора.
После чего, прикладывая осевое усилие к дорну, вызывают выдавливание материала трубы из-под рабочего пояска в полость предварительной гравюры разъемной матрицы. Наличие сил трения предопределяет заполнение выдавленным материалом части свободного объема предварительной гравюры (фиг.3). Формируемое утолщенное полотно имеет длину, равную ширине кольцевой канавки трубного отверстия (фиг.4).
Сегменты матрицы раскрывают и дорн возвращают в исходное положение. При этом торец трубы располагают в плоскости торца матрицы. Трубу фиксируют от перемещения (фиг.5). Далее, прикладывая радиальное сжимающее усилие к сегментам матрицы, осуществляют кольцевой пережим полотна калиброванного участка законцовки с формированием внутреннего утолщения.
После чего, не раскрывая сегментов матрицы, выполняют повторное дорнование полости законцовки, вызывая деформацию материала во внутреннем утолщении, и приобретением законцовкой окончательных геометрических размеров (фиг.6, 7).
Если возникает необходимость в увеличении числа кольцевых выступов (например, до двух), то после осуществления кольцевого пережима сегмент матрицы раскрывают и трубу перемещают относительно торца матрицы (фиг.8).
Последующие действия понятны из приведенных чертежей.
Опытно-промышленная проверка разработанного способа проводилась на трубах из стали 10 с поперечным сечением ⌀25×2,5 мм.
После подготовительных операций концы труб раздавались на диаметр ⌀25,5 мм с длиной калиброванного участка, равного 30 мм. Диаметр малой ступени дорна составлял ⌀18,9 мм, а рабочий диаметр зуба - ⌀19,2 мм. Каскадный обжим производили в разъемной матрице с диаметром предварительной гравюры (после смыкания сегментов матрицы), равным ⌀25,3 мм, и диаметром по рабочему пояску, равным ⌀24,3 мм.
Дорнование полости максимально обжатого участка осуществляли дорном, имевшем малую ступень диаметром ⌀18,9 мм и рабочий зуб диаметром ⌀19,8 мм. Операция дорнования обеспечила практически постоянный внутренний диаметр законцовки, равный исходному диаметру трубы.
Профилированные законцовки содержали компенсационный объем в виде кольцевого выступа трапециевидного поперечного сечения (геометрические размеры: большое основание 4 мм, малое - 2 мм, высота - 0,5 мм) и утолщенной части полотна шириной 4 мм и толщиной 2,75 мм.
э
Технологическая оснастка выполнялась из стали Х12М по 9 квалитету точности с твердостью после закалки HRC=58÷60 единиц.
Профилирование концов труб осуществлялось на универсальном горизонтальном гидравлическом прессе, развивающим номинальное усилие, равное 0,6 МН. Профилированные законцовки закрепляли в трубном отверстии ремонтного варианта, содержащем цилиндрический поясок диаметром ⌀25,4 мм и шириной 5 мм и кольцевую выемку диаметром ⌀26 мм. Образование неразъемного соединения осуществлялось механическими вальцовками, обеспечивающими конечный внутренний диаметр законцовки, равный ⌀20,56 мм.
Гидравлические испытания неразъемных соединений ремонтного варианта выявили 100% их пригодность требованиям производства, технологичность и минимальные затраты на ремонт трубных пучков. Особенно это важно для трубных решеток из нержавеющей стали, так как стоимость 1 тонны данной стали составляет от 240000 рублей.
Изобретение применимо при изготовлении трубных пучков теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и другими отраслями промышленности.