СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ С ПРОФИЛИРОВАННЫМИ ЗАКОНЦОВКАМИ Российский патент 2010 года по МПК B21D53/08 B21D41/00 F28F1/00 

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.

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 мм³. 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.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении теплообменных труб путем локализованного направленного пластического деформирования. Производят радиальный обжим конца трубы сегментами разъемной матрицы. Матрица имеет чистовую и предварительную гравюры. Обжим осуществляют на дорне с формующим и рабочим зубьями сегментами разъемной матрицы. При этом в предварительной гравюре матрицы на формующем зубе дорна на трубе формируют внешнюю кольцевую жесткость. Затем раскрывают матрицу и перемещают трубу в осевом направлении до контакта с торцевым буртом матрицы. Приложением радиального усилия к сегментам матрицы осуществляют кольцевой пережим конца трубы за внешней кольцевой жесткостью. Одновременно штампуют внутреннюю кольцевую жесткость, которая ограничивает осевое течение материала трубы в предварительную гравюру матрицы. Затем дорнованием трубы рабочим зубом дорна формируют кольцевой выступ и законцовку трубы с утолщенной стенкой. В результате обеспечивается повышение качества полученных изделий. 6 ил.

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, отличающийся тем, что 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.