Способ развальцовки труб и инструмент для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B21D39/06 

Изобретение относится к устройствам для закрепления труб в отверстиях способом механической развальцовки, используемым на предприятиях энергетического, транспортного, химического, пищевого машиностроения и судостроения, изготавливающих кожухотрубчатые теплообменные аппараты.

Известен инструмент для развальцовки труб, содержащий сопряженные между собой рабочую часть и хвостовик (см.авт.св. СССР № 647041, кл. В 21 D 39/06, 1979, БИ № 6). Рабочая часть этого инструмента изготовлена из материала, обладающего обратимым эффектом запоминания формы при многократном термоциклировании за счет обратимых пластических деформаций в материале, претерпевающем обратимое мар- тенситное превращение в упорядоченных фазах, при нагреве и охлаждении соответственно выше и ниже интервала мартенситно- го превращения, например из сплава

титано-никель, и имеет в нагретом состоянии при температуре выше начала, а в холодном состоянии при температуре ниже конца мартенситного превращения в материале рабочей части инструмента соответственно больший и меньший размеры поперечного сечения.

Этот инструмент для развальцовки труб имеет существенные недостатки: обладает узким диапазоном используемых материалов, способных к многократно обратимой памяти формы, превышающей 5-10%; обладает высокой трудоемкостью изготовления из-за необходимости проведения термомеханической тренировки в течение 10-20 циклов.

Известен также инструмент для развальцовки труб (см.авт.св. СССР № 893334, кл. В 21 D 39/06, 1981, БИ ISk 48), являющийся усовершенствованием инструмента, опи- санного выше. Этот инструмент для расширения технологических возможносл С

х|

со

00 4 00 Ю

стей за счет увеличения диапазона типоразмеров обрабатываемых труб снабжен гильзой, устанавливаемой на рабочую часть инструмента и выполненной из того же материала, что и рабочая часть, но находяще- гося в процессе работы в состоянии проявления эффекта сверхупругости.

Однако и этот инструмент обладает указанными выше недостатками ввиду использования при его изготовлении материалов с большими степенями деформации многократно обратимой памяти формы.

Целью изобретения является расширение диапазона используемых материалов и снижение трудоемкости изготовления инст- румента за счет обеспечения возможности использования для развальцовки труб однократного эффекта памяти формы в материале, который не требует термомеханической тренировки и обладает большей степенью деформации памяти формы, чем многократно обратимый эффект для многих известных материалов на основе: никелида титана, алюминиевой бронзы, бета-латуни, сплавов на основе железа, сплавов медь-марганец и других.

Эта цель достигается тем, что в инструменте для развальцовки труб, содержащем рабочую часть из материала с памятью формы и сопряженный с ней хвостовик, рабочая часть выполнена в виде цилиндрического стакана с наружным конусным заходным участком у дна, которое снабжено центральным отверстием, сопряженным с передним концом хвостовика, при этом хвостовик вы- полней в виде стержня и размещен внутри стакана, цилиндрическая часть которого соответствует диаметру трубы после развальцовки.

Такое техническое решение своей но- вой совокупностью существенных признаков обеспечивает возможность установки инструмента его рабочей частью внутрь трубы запрессовкой путем продольного ударного растяжения. Это может быть выполнено од- ним или несколькими ударами молотка по заднему концу хвостовика. При этом в холодном состоянии материал с памятью формы под воздействием растягивающих нагрузок через переднюю часть хвостовика с малыми напряжениями (до 3-7 кгс/мм ) и сжимающими усилиями от стенок обрабатываемой трубы деформируется, и весь цилиндрический стакан рабочей части инструмента запрессовывается внутрь тру- бы. Это приводит к уменьшению наружного диаметра цилиндрического стакана до диаметра трубы при незначительном упругом увеличении ее диаметра (не более 0,2 %), так как малые напряжения со стороны запрессовываемого цилиндрического стакана не создают в материале обрабатываемой трубы напряжений, превышающих предел упругости.

При последующем нагреве до температуры проявления эффекта однократной памяти формы диаметр цилиндрического стакана увеличивается до первоначального и, генерируя напряжения до 15-30 кг/мм2, надежно расширяют обрабатываемую трубу и закрепляет ее в отверстии трубной доски.

Последующее за нагревом охлаждение до нормальной температуры: под воздействием накопленной упругой деформации цилиндрический стакан приобретает меньший диаметр, возбуждая при следующих термоциклах, кроме однократной памяти формы при каждой запрессовке приобретает незначительную величину (до 1-1,5%) многократно обратимой памяти формы, что позволяет легко извлекать инструмент из развальцованной трубы.

Предложенное техническое решение обладает существенными отличиями, так как приведенная совокупность существенных признаков как в полном объеме, так и в отдельности, в научно-технической и патентной литературе не обнаружена.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает достижение цели расширения диапазона используемых материалов и снижения трудоемкости изготовления инструмента.

На фиг,1 изображено положение инструмента в процессе его запрессовки в трубу, подлежащую развальцовке; на фиг.2 - положение инструмента в процессе развальцовки; на фиг.З - положение инструмента после развальцовки.

Инструмент для развальцовки труб содержит рабочую часть 1 из материала с памятью формы и сопряженный с ней хвостовик 2. Рабочая часть 1 выполнена в виде цилиндрического стакана с наружным конусным заходным участком 3 у дна 4, которое снабжено центральным отверстием 5, сопряженным с передним концом 6 хвостовика 2 с помощью стопорного кольца 7. При этом хвостовик 2 выполнен в виде стержня из стали и размещен внутри стакана, цилиндрическая часть которого соответствует внутреннему диаметру трубы 8, после развальцовки в отверстии 9 трубной доски 10. Толщина стенок цилиндрического стакана из любого материала с памятью формы (со степенью однократной деформации памяти формы с учетом упругой составляющей не менее 4-5%) может быть выбрана равной толщине стенки обрабатываемой трубы 8.

Инструмент работает следующим образом.

Рабочую часть 1 при комнатной температуре (для сплава никелида титана марок ТН-1, ТН-МЗ, ТН-20) одним или несколькими ударами молотка (на фиг.1 направление удара показано стрелкой) по заднему концу 11 хвостовика 2 запрессовывают внутрь трубы 8. При этом рабочая часть 1 уменьшается в диаметре до величины диаметра трубы 8. После этого рабочую часть 1 нагревают любым источником тепла до температуры 105- 135°С. Вследствие проявления эффекта памяти формы диаметр рабочей части 1 увеличивается до первоначального с напряжениями до 15-30 кгс/мм2 воздействуют на трубу 8 изнутри, что приводит к ее расширению и надежному закреплению в отверстии 9 трубной доски 10. Затем рабочая часть 1 охлаждается до комнатной температуры, что приводит к незначительному уменьшению ее диаметра под воздействием внешних упругих напряжений, после чего за задний конец 11 хвостовика 2 рабочая часть 1 инструмента легко извлекается из развальцованной трубы 8,

На этом развальцовка одной трубы заканчивается, а инструмент может быть ана- логичным образом использован для развальцовки других труб.

Использование изобретения позволяет расширить диапазон используемых материалов с памятью формы для рабочей части инструмента для развальцовки труб, а также снизить трудоемкость изготовления. Это особенно важно для инструментов, используемых для ремонта теплообменных аппаратов, когда часть отверстий и труб в трубной доске уже деформированы и не соответствуют параметрам и полям допусков, на которые рассчитаны инструменты с многократно обратимой памятью формы.

Малые напряжения, обеспечивающие легкую холодную запрессовку рабочей части инструмента в виде цилиндрического стакана из материала с памятью формы с 5 однократным действием, но с большой степенью деформации (включающей даже упругую деформацию, составляющую до 20% от общей), позволяют резко сократить затраты труда на изготовление инструмента, а 0 также выбрать любой, самый дешевый материал с памятью формы.

Все это позволяет получить значительный экономический эффект в народном хозяйстве. 5

Формула изобретения

1.Способ развальцовки труб инструментом из материала с памятью формы, включающий установку его внутрь трубы,

0 нагрев до появления эффекта памяти формы и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет увеличения диапазона используемых материалов инструмента и снижения трудоемкости его изготовления, установку инструмента внутрь трубы осуществляют запрессовкой при его продольном ударном растяжении, при этом используют инструмент с наружным диаметром, равным окончательному диаметру отверстия трубы.

2.Инструмент для развальцовки труб, содержащий рабочую часть из материала с памятью формы и хвостовик, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет увеличения диапазона используемых материалов инструмента и снижения трудоемкости его изготовления, рабочая часть выполнена в виде цилиндрического стакана, а хвостовик размещен внутри стакана и сопряжен с его дном.

5

0

5

0

Сущность изобретения: инструмент в виде стакана с хвостовиком, упирающимся в его дно, запрессовывают в отверстие обрабатываемой трубы, прикладывая осевое усилие к хвостовику. Наружный диаметр стакана должен быть равен окончательному диаметру отверстия трубы. При нагреве стакан, изготовленный из материала с памятью формы, расширяется и раздает трубу. Такое выполнение инструмента обеспечивает расширение диапазона используемых для него материалов и снижение трудоемкости его изготовления за счет исключения операции термомеханической тренировки. 2 с.п. ф-лы, Зил.

9 10 4

71

фиг.1

f Js X

,

VIZZZ.

X

/// /////.

Фиг. 2

уухкуу

Ч Ч XX X V

/

t.

xx

(