СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБ С ПРОФИЛИРОВАННЫМИ ЗАКОНЦОВКАМИ
METHOD FOR PRODUCTION OF PIPES WITH PROFILED TIPS

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам получения теплообменных труб с профилированными законцовками, полученными с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформирования материала трубы.
Известен способ получения труб с профилированными законцовками, включающий размещение конца трубы в разъемной матрице, фиксацию ее от возможного перемещения и последующее формирование 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 ее торцу осевого усилия.
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, радиальный обжим в пределах части длины калиброванного участка сегментами разъемной матрицы, содержащей гравюру в виде кольцевой канавки трапециевидного поперечного сечения, и последующее формирование кольцевого выступа дорнованием полости обжатого калиброванного участка с заполнением гравюры матрицы материалом трубы (RU 2202431 С2 20.04.2003, В21D 53/08, 41/00, бюл. №11 - прототип).
К недостатку известного способа следует отнести некоторую ограниченность его применения. Так для теплообменных труб из сталей 10 и 20, Х18Н10Т с поперечными сечениями ⌀ 20×2,5 мм, ⌀ 20×2,0 мм из-за относительно малого внешнего диаметра не реализуется главное условие, а именно превышение сил трения между поверхностью разъемной матрицы и внешней поверхностью конца трубы деформирующего усилия при дорновании полости конца трубы. Другими словами, усилие дорнования вызывает осевое смещение трубы и ее деформирование за пределами разъемной матрицы.
Задачей изобретения является разработка такого способа получения теплообменных труб с профилированными законцовками, который бы не зависел от геометрических размеров труб в поперечном направлении и марок обрабатываемых материалов.
Технический результат достигается тем, что в способе получения труб с профилированными законцовками, включающем выполнение подготовительных операций на трубах (правка, резка в меру, зачистка внешней поверхности концов), раздачу - калибровку конца трубы жестким пуансоном, радиальный обжим в пределах части длины калиброванного участка сегментами разъемной матрицы, содержащей чистовую гравюру в виде кольцевой канавки трапециевидного поперечного сечения, и предварительную гравюру в виде кольцевой выемки, и последующее формирование кольцевого выступа дорнованием полости обжатого калиброванного участка с заполнением чистовой гравюры матрицы материалом трубы, согласно изобретению формирование кольцевого выступа осуществляют в два этапа: предварительным и окончательным заполнением объема чистовой гравюры матрицы материалом трубы, для чего радиальным обжимом части длины калиброванного участка трубы образуют цилиндрический участок выпучивания, ограниченный внешним и внутренним коническими участками, установку конца трубы в полость разъемной матрицы осуществляют с размещением внешнего конического участка напротив чистовой гравюры разъемной матрицы, в полость конца трубы вводят малую ступень дорна и, прикладывая радиальное усилие сжатия к сегментам разъемной матрицы, выполняют предварительное формирование кольцевого выступа локальным кольцевым пережимом цилиндрического участка выпучивания за чистовой гравюрой разъемной матрицы; причем операцию дорнования осуществляют перемещением дорна до внутренней кромки чистовой гравюры разъемной матрицы; а также операцию дорнования осуществляют перемещением дорна за внутреннюю кромку чистовой гравюры разъемной матрицы.
Осуществление предлагаемого способа получения труб с профилированными законцовками позволяет получать качественные кольцевые выступы на всех типоразмерах теплообменных труб вне зависимости от марок обрабатываемых материалов.
Это объясняется тем, что используют эффективную конструкцию предварительно профилированной законцовки, в результате чего стало возможным применение операции локального кольцевого пережима трубы, достигая:
- эффективное ограничение очага деформации местоположением внутренней кромки гравюры разъемной матрицы;
- частичное заполнение объема гравюры матрицы внешним коническим участком упомянутой выше законцовки;
- перевода обрабатываемого материала трубы в пластическое состояние осевой изгибной деформации ее полотна.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - положение сегмента матрицы и калиброванного участка теплообменной трубы перед выполнением операции локального радиального обжима; на фиг.2 - стадия окончания локального радиального обжима; на фиг.3 - технологическая оснастка, включающая дорн 4, и предварительно профилированная законцовка трубы перед выполнением операции локального пережима; на фиг.4 - то же, после операции локального пережима; на фиг.5 - стадия окончания формирования кольцевого выступа операцией дорнования; на фиг.6 - профилированная законцовка для закрепления в трубной решетке ремонтного варианта; на фиг.7 - профилированная законцовка для закрепления в новой трубной решетке; на фиг.8 - сборка соединяемых элементов перед предварительным закреплением в трубной решетке ремонтного варианта; на фиг.9 - то же, в новой трубной решетке.
Вариант осуществления изобретения состоит в следующем.
На теплообменной трубе 1 выполняют операции с целью подготовки внешней поверхности ее концов к профилированию: правка труб в косовалковой машине, отрезка мерной длины и зачистка поверхности концов до металлического блеска.
Далее осуществляют предварительное профилирование концов трубы, для чего трубу фиксируют от возможных перемещений и посредством жесткого пуансона производят раздачу - калибровку ее конца.
Трубу, ее калиброванным участком, устанавливают в полость разъемной матрицы 2, состоящей из трех сегментов и содержащей чистовую гравюру в виде кольцевой канавки трапециевидного поперечного сечения и предварительную гравюру в виде кольцевой выемки. При этом торец трубы располагают в плоскости, лежащей по внутренней кромке чистовой гравюры разъемной матрицы (фиг.1).
В полость трубы вводят малую ступень дорна 3.
Осуществляют фиксирование трубы от возможных перемещений за пределами технологической оснастки (показано стрелкой).
После чего производят смыкание сегментов матрицы, вызывая радиальный обжим калиброванного конца трубы цилиндрическим пояском, разделяющим чистовую и предварительную гравюры (фиг.2).
Подчеркнем, что радиальный обжим претерпевает и калиброванный участок трубы, находящийся в предварительной гравюре.
Сегменты матрицы раскрывают и перемещают трубу вместе с дорном в осевом направлении, располагая торец трубы в плоскости торца разъемной матрицы (фиг.3).
Затем, прикладывая радиальное сжимающее усилие к сегментам матрицы, осуществляют операцию локального кольцевого пережима цилиндрического участка выпучивания (фиг.4). В результате чего посредством пластического шарнира труба фиксируется на внутренней кромке чистовой гравюры матрицы, что предопределяет качественное ограничение очага деформации. Граница внешнего конического участка полностью входит в объем чистовой гравюры матрицы. Материал трубы, находящийся в чистовой гравюре, переходит в пластическое состояние. На данном этапе завершается предварительное заполнение чистовой гравюры разъемной матрицы.
Окончательное формирование кольцевого выступа осуществляют операцией дорнования.
Профилированная законцовка предусмотрена для закрепления в трубных решетках, содержащих, как правило, две кольцевые канавки.
При этом внешняя кольцевая канавка трубного отверстия заполняется кольцевым выступом, а внутренняя кольцевая канавка может заполняться или внеконтактной изгибной деформацией полотна профилированной законцовки, или поперечной сдвиговой деформацией.
Предпочтение первого варианта - меньшее деформирующее усилие, что рекомендуется для трубных решеток ремонтного варианта.
Сильная сторона второго варианта - обеспечение повышенных служебных характеристик, но при больших деформирующих усилиях.
Итак, для получения профилированной законцовки трубы, предназначенной для ее закрепления в трубной решетке ремонтного варианта, при операции дорнования дорн перемещают до внутренней кромки чистовой гравюры (фиг.5).
Для получения профилированной законцовки, предназначенной для закрепления в новой трубной решетке, операцию дорнования выполняют с выдавливанием материала трубы в предварительную гравюру матрицы с формированием утолщения в полотне.
Стадии закрепления по упомянутым вариантам представлены на фиг.6-9.
Сборка соединяемых элементов перед предварительным закреплением в трубной решетке ремонтного варианта (фиг.8) имеет такую особенность, как расположение кольцевого выступа профилированной законцовки напротив гравюры внешней кольцевой канавки трапециевидного поперечного сечения, а напротив гравюры внутренней кольцевой канавки размещается часть длины калиброванного участка профилированной законцовки. Прикладывая локальное радиальное усилие к утолщению, выполненному на внутренней поверхности профилированной законцовки, приводят к заполнению гравюры внутренней кольцевой канавки внеконтактной изгибной деформацией калиброванного участка профилированной законцовки. Гравюра внешней кольцевой канавки заполняется простым введением кольцевого выступа в свободный объем кольцевой канавки. Окончательное закрепление осуществляется посредством поперечных сдвигов на кромках гравюры кольцевой канавки.
Отличительной особенностью сборки соединяемых элементов перед предварительным закреплением в новой трубной решетке (фиг.9) является то, что заполнение гравюры внутренней кольцевой канавки трапециевидного поперечного сечения производится за счет поперечных сдвиговых деформаций.
Аналогичные операции производят на ответном конце трубы.
Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при получении профилированных законцовок на трубах из стали 18ХН10Т концов труб с поперечным сечением ⌀ 20×2,0 мм, предназначенных для изготовления трубных пучков.
Внешние поверхности концов труб предварительно профилировались в технологической оснастке гидравлического пресса двойного действия, развивающего максимальное усилие 0,6 МН. Внешний диаметр калиброванного участка составлял ⌀ 20,5 мм, внутренний диаметр калиброванного участка ⌀ 16,62 мм. Локально обжатый участок конца трубы имел размеры ⌀ 19,3×16,62 мм. Ширина переходных конических участков составляла 2 мм. Дорнование полостей законцовок осуществляли ступенчатым дорном с диаметром рабочего зуба ⌀ 17 мм.
Технологическая оснастка для получения профилированных законцовок изготавливалась из закаленной стали У8 с точностью по 9-му квалитету и твердостью HRC после закалки не менее 56 единиц.
Установлено, что предварительное профилирование концов трубы с образованием цилиндрического участка выпучивания и его последующим локальным пережимом обеспечивает предварительное заполнение гравюры матрицы материалом трубы и переводит материал в пластическое состояние операцией дорнования полости конца трубы, что гарантирует воспроизведение кольцевых выступов с размерами с заданными исполнительными размерами штамповой оснастки.
Изобретение применимо при изготовлении трубных пучков теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и другими отраслями промышленности.