СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ С ПРОФИЛИРОВАННЫМИ ЗАКОНЦОВКАМИ
METHOD FOR OBTAINING HEAT-EXCHANGE TUBES WITH SHAPED ENDS

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 теплообменных труб с профилированными законцовками, включающий размещение конца трубы в разъемной матрице, фиксацию ее от возможного перемещения и последующее формирования кольцевого выступа путем приложения осевого сжимающего усилия к торцу трубы (RU №2160175 C2, 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 подготовку трубы путем ее правки, резки в меру и зачистки внешней поверхности концов, радиальный обжим конца трубы сегментами разъемной матрицы, имеющей чистовую гравюру в виде кольцевой канавки трапециевидного поперечного сечения и предварительную гравюру в виде кольцевой выемки, и формирование на трубе кольцевого выступа (RU 2202431 C2, 20.04.2003, В21D 53/08, 41/00, бюл. №11 - прототип).
К недостатку известного способа следует отнести осевое течение материала при радиальном обжиме конца трубы, что не приводит к предварительному заполнению чистовой гравюры матрицы. Следовательно, процесс дорнования будет ограничиваться силами трения между рабочей поверхностью разъемной матрицы и внешней поверхностью конца трубы. В результате для качественного формообразования кольцевого выступа требуется дорн с большим рабочим зубом по диаметру, а значит, будет иметь место утонение полотна законцовки.
Задачей изобретения является разработка такого способа получения теплообменных труб с профилированными законцовками, который бы обеспечивал качественное формообразование кольцевого выступа и не приводил к нерегламентированному утонению полотна законцовки.
Технический результат достигается тем, что в способе получения труб с профилированными законцовками, включающем подготовку трубы путем ее правки, резки в меру и зачистки внешней поверхности концов, радиальный обжим конца трубы сегментами разъемной матрицы, имеющей чистовую гравюру в виде кольцевой канавки трапециевидного поперечного сечения и предварительную гравюру в виде кольцевой выемки, и формирование на трубе кольцевого выступа, согласно изобретению радиальный обжим конца трубы осуществляют на дорне с формующим и рабочим зубьями сегментами разъемной матрицы с торцевым буртом, в которую устанавливают трубу с размещением ее торца в плоскости внутренней кромки чистовой гравюры и путем приложения радиального усилия к сегментам производят формирование на трубе внешней кольцевой жесткости в предварительной гравюре матрицы на формующем зубе дорна, затем раскрывают разъемную матрицу и перемещают трубу в осевом направлении до контакта с торцевым буртом матрицы с обеспечением расположения сформированной внешней кольцевой жесткости напротив чистовой гравюры матрицы, трубу фиксируют от возможных перемещений и приложением радиального усилия к сегментам матрицы осуществляют кольцевой пережим конца трубы за внешней кольцевой жесткостью с одновременной штамповкой на трубе внутренней кольцевой жесткости, ограничивающей осевое течение материала трубы в предварительную гравюру матрицы, и предварительным заполнением материалом трубы чистовой гравюры матрицы, затем производят формирование на трубе кольцевого выступа ее дорнованием рабочим зубом дорна с окончательным заполнением материалом трубы чистовой гравюры матрицы, после чего дорнование трубы рабочим зубом дорна продолжают с обеспечением выдавливания материала трубы в предварительную гравюру матрицы и формирования законцовки трубы с утолщенной стенкой.
Осуществление предлагаемого способа получения труб с профилированными законцовками позволяет получать качественные кольцевые выступы, не вызывая нерегламентируемого утонения стенки полотна.
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 чистовой гравюры разъемной матрицы;
- частичное заполнение объема чистовой гравюры матрицы внешней кольцевой жесткостью и материалом трубы, выдавливаемым в осевом направлении;
- перевода обрабатываемого материала трубы в пластическое состояние осевой изгибной деформацией ее полотна.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - показано исходное положение штамповой оснастки и теплообменной трубы перед выполнением операции штамповки внешней кольцевой жесткости; на фиг.2 - стадия окончания операции штамповки внешней кольцевой жесткости; на фиг.3 - исходное положение штамповой оснастки и трубы с внешней кольцевой жесткостью перед выполнением операции кольцевого пережима; на фиг.4 - то же после операции кольцевого пережима и штамповки внутренней кольцевой жесткости; на фиг.5 - показана стадия окончания формирования кольцевого выступа и утолщения в полотне операцией дорнования; на фиг.6 - профилированная законцовка, содержащая кольцевой выступ и утолщение в полотне.
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 профилирование концов трубы.
Теплообменную трубу 1 устанавливают в полость разъемной матрицы 2, содержащей чистовую 3 и предварительную 4 гравюры (фиг.1). Установку трубы производят, размещая ее торец в плоскости внутренней кромки чистовой гравюры. Трубы фиксируют от возможных перемещений (показано стрелкой за пределами матрицы). Далее со стороны свободного торца матрицы устанавливают дорн 5, имеющий формующий 6 и рабочий 7 зубья. При этом формующий зуб размещают напротив предварительной гравюры разъемной матрицы.
Далее прикладывая радиальное усилие к сегментам разъемной матрицы (их 3 штуки), осуществляют радиальный обжим конца трубы, придавая ему внутренней диаметр, равный диаметру стержня дорна. Отметим, что данная операция приводит к локальной деформации трубы в поперечном направлении и формированию внешней кольцевой жесткости (фиг.2).
Далее раскрывают сегменты матрицы и перемещают трубу в осевом направлении, обеспечивая контакт ее торца с торцевым буртом матрицы. Тем самым, внешнюю кольцевую жесткость располагают напротив чистовой гравюры матрицы. Формующий зуб дорна остается в прежнем положении. Прикладывая радиальное усилие к сегментам матрицы, выполняют локальный кольцевой пережим трубы с одновременной штамповкой внутренней кольцевой жесткости на формующем зубе дорна. В этом случае объем материала трубы, вызванный осевой деформацией при кольцевом пережиме, приводит, наряду со штамповкой внутренней кольцевой жесткости, к предварительному заполнению чистовой гравюры. Внутренняя кольцевая жесткость препятствует выдавливанию материала трубы в предварительную гравюру (фиг.4).
Далее, прикладывая осевое усилие к дорну, вызывают его перемещение и, как следствие, окончательное формообразование кольцевого выступа в чистовой гравюре разъемной матрицы. Дорнование продолжают до выхода конической поверхности рабочего зуба дорна из контакта с внутренней поверхностью трубы (фиг.5). В последнем случае, в законцовке формируется полотно с утолщенной стенкой, располагаемой в предварительной гравюре.
После удаления трубы из штамповой оснастки она будет иметь два компенсационных объема в виде кольцевого выступа и утолщенной стенки полотна с регламентируемым утонением стенки законцовки вне компенсационных объемов (фиг.6).
Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при получении профилированных законцовок на трубах из стали 10 с поперечным сечением ⌀ 25×19,8 мм, предназначенных для изготовления трубных пучков.
3
Профилирование производилось в технологической оснастке гидравлического пресса двойного действия, развивающего максимальное усилие 0,6 МН. После операции радиального обжима обжатый участок трубы имел следующие геометрические размеры: внешний диаметр - 24,3 мм, внутренний - 18,98 мм, длиной 7 мм. Ширина переходного конического участка составляла 2 мм. Усилие обжима на завершающей стадии составило 328 кН. Моделирующая программа Deform 2D позволила оценить объем удлинения материала трубы при обжиме, составивший 25 мм. Это дает возможность более качественно предварительно заполнить свободный объем чистовой гравюры разъемной матрицы. Интенсивность напряжений в материале трубы, находящемся в чистовой гравюре разъемной матрицы, на этапе предварительного заполнения не ниже предела текучести. Дорнование полостей законцовок осуществляли ступенчатым дорном с диаметром рабочего и формующего зубьев, равным 19,6 мм. Усилие дорнования не превышало 90,6 кН.
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 и их последующий локальный пережим обеспечивают предварительное заполнение чистовой гравюры матрицы материалом трубы и переводят обрабатываемый материал в пластическое состояние. Операция дорнования полости конца трубы гарантирует воспроизведение кольцевых выступов с размерами, заданными исполнительными размерами штамповой оснастки.
Изобретение применимо при изготовлении трубных пучков теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и другими отраслями промышленности.