Способ получения теплообменных труб с профилированными внешними законцовками

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к процессам получения толстостенных труб с профилированными внешними законцовками. На конце трубы формируют внешний кольцевой выступ путем последовательно осуществляемых раздачи конца трубы и его обжима. Затем конец трубы устанавливают в отверстие разъемной матрицы с размещением внешнего кольцевого выступа напротив кольцевой канавки матрицы. Трубу фиксируют матрицей с приложением к поверхности кольцевого выступа трубы сжимающего усилия. Далее к торцу трубы прикладывают осевое сжимающее усилие с обеспечением пластического течения ее материала в кольцевую канавку матрицы. В процессе приложения осевого сжимающего усилия осуществляют калибровку внешнего кольцевого выступа трубы. В результате обеспечивается возможность получения профилированных внешних законцовок на толстостенных трубах относительно небольшими по величине деформирующими усилиями. 5 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам получения толстостенных труб с профилированными внешними законцовками, используя эффект локализованного направленного пластического течения материала трубы.

Известен способ получения теплообменных труб с профилированными законцовками, включающий установку конца трубы в отверстие разъемной матрицы, имеющее кольцевые канавки, фиксацию ее от возможного перемещения и последующее формирование кольцевых выступов на внешней поверхности трубы путем приложения сжимающего усилия к внутренней ее поверхности роликами механической вальцовки (см. патент РФ на изобретение 2160174, RU, С2, МПК В 21 D 39/06, Бюл. 34 от 10.12.2000).

К главному недостатку известного способа получения труб с профилированными внешними законцовками следует отнести тот факт, что кольцевые выступы на внешней поверхности конца трубы выполняют за счет уменьшения толщины стенки последней. Поэтому для избежания данного недостатка перед формированием профилированной законцовки на практике осуществляют набор толщины стенки трубы, что удлиняет технологический процесс.

Известен также способ получения теплообменных труб с профилированными внешними законцовками, включающий обжим конца трубы, установку его в отверстие разъемной матрицы, выполненной с кольцевой канавкой, последующее приложение к торцу трубы осевого сжимающего усилия с обеспечением пластического течения ее материала в кольцевую канавку матрицы и формирование внешнего кольцевого выступа трубы ((RU, 2160175, С2, 10.12.2000, МПК В 21 D 39/06 - прототип ).

Недостатком известного способа является то, что при обработке толстостенных труб необходимо использовать гидравлические прессы с относительно большими номинальными усилиями, так как формирование кольцевых выступов осуществляется пластическим течением материала трубы от прикладываемого к ее торцу осевого деформирующего усилия.

Задачей изобретения является разработка такого способа получения теплообменных труб с профилированными внешними законцовками, который бы реализовывался на толстостенных трубах относительно небольшими по величине деформирующими усилиями.

Технический результат достигается тем, что в способе получения теплообменных труб с профилированными внешними законцовками, включающем обжим конца трубы, установку его в отверстие разъемной матрицы, выполненной с кольцевой канавкой, последующее приложение к торцу трубы осевого сжимающего усилия с обеспечением пластического течения ее материала в кольцевую канавку матрицы и формирование внешнего кольцевого выступа трубы, согласно изобретению внешний кольцевой выступ формируют перед установкой конца трубы в отверстие разъемной матрицы путем последовательно осуществляемых раздачи конца трубы и его обжима, установку конца трубы в отверстие разъемной матрицы производят с размещением внешнего кольцевого выступа трубы напротив кольцевой канавки матрицы, после чего осуществляют фиксирование трубы матрицей с приложением к поверхности кольцевого выступа трубы сжимающего усилия, а в процессе приложения к торцу трубы осевого сжимающего усилия осуществляют калибровку кольцевого выступа конца трубы.

Осуществление предлагаемого способа позволяет получать теплообменные трубы с профилированными законцовками в условиях, когда не требуется использование гидравлических прессов с относительно большими по величине деформирующими усилиями.

Это объясняется тем, что в предлагаемом способе получения труб с профилированными законцовками кольцевой выступ на трубе получают посредством формоизменяющих операций, а именно раздачей и обжимом, которые, как известно, не требуют для своей реализации больших по величине усилий. Устанавливая же трубу в матрицу, кольцевой выступ располагают напротив кольцевой ее канавки, что позволяет, уменьшая диаметр матрицы, обеспечить контактные давления между поверхностями кольцевого выступа и кольцевой канавки. Тем самым снимается одна из острейших проблем по удержанию трубы от осевого перемещения. Кроме того, последующее приложение осевого усилия к торцу трубы направлено на перемещение весьма малых ее деформируемых объемов. Последнее сопровождается необходимостью приложения больших по величине усилий.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана теплообменная труба с кольцевым внешним выступом, установленная в отверстие разъемной матрицы (состоящей из трех сегментов), имеющее кольцевую канавку трапециевидного поперечного сечения; на фиг.2 - стадия фиксирования трубы от возможных перемещений посредством матрицы; на фиг.3 - начальная стадия калибровки кольцевого выступа; на фиг.4 - окончание стадии калибровки кольцевого выступа; на фиг.5 - теплообменная труба с профилированной внешней законцовкой.

Вариант осуществления изобретения состоит в следующем.

Теплообменная труба 1, например, из стали 10 перед профилированием внешней поверхности ее концов подвергается подготовительным операциям: правке, зачистке внешней поверхности концов до металлического блеска и резке в меру. Далее трубу подвергают формоизменяющим операциям в такой последовательности: раздача конца трубы с образованием калиброванного участка, последующий его обжим на длине, меньшей, чем исходная. Обжатый участок вновь раздают, после чего его обжимают на меньшей длине. Конечным результатом таких операций является кольцевой выступ на внешней поверхности законцовки трубы при наличии внутренней кольцевой выемки.

Затем трубу 1 предварительно профилированной законцовкой устанавливают в отверстие разъемной матрицы 2, совмещая кольцевой выступ законцовки с кольцевой канавкой отверстия разъемной матрицы (фиг.1).

Производят смыкание сегментов матрицы, что вызывает расположение кольцевого выступа трубы в кольцевой канавке отверстия разъемной матрицы. При этом на контактных поверхностях элементов сборки создаются сжимающие давления, величина которых превышает предел текучести материала трубы (фиг.2).

В отверстие трубы вводят ступенчатый пуансон 3, малая ступень которого выполнена, например, с минимальным зазором по отношению к диаметру отверстия в законцовке трубы (фиг.3) Прикладывая сжимающее усилие к торцу профилированной законцовки трубы, осуществляют пластическое течение ее материала в осевом направлении, заполняя объем кольцевой выемки (фиг.4).

Полученная труба (фиг.5) отличается высокой точностью геометрических размеров как кольцевого выступа, так и ее отверстия, утолщенной стенкой полотна трубы.

Описанные операции выполняют на втором конце трубы.

Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при профилировании внешних поверхностей концов труб из стали 10.

Подготовленные к профилированию трубы с исходными геометрическими размерами поперечного сечения 24,9 х 19,8 мм профилировались жестким пуансоном с коническим заходным конусом длиной, равной 10 мм, до внешнего диаметра калиброванного участка трубы 25, 4 мм. Длина калиброванного участка при этом составляла 30 мм.

Затем калиброванный участок трубы на длине в 20 мм обжимался в матрице, что вызывало деформацию трубы до внешнего диаметра 24,4 мм. Затем обжатый участок раздавали до диаметра 25,4 мм на длине 13 мм от торца трубы. После чего производили обжим конца трубы на длине в 9 мм. Таким образом, формировался кольцевой выступ с трапециевидным поперечным сечением.

При фиксировании трубы в разъемной матрице кольцевой выступ трубы обжимался с диаметра 25,4 мм до диаметра 25,3 мм.

В качестве технологического оборудования использовался гидравлический горизонтальный пресс двойного действия конструкции ООО "Ремонтно-механический завод "нефтяной компании "ЮКОС".

Профилированные законцовки имели внешний диаметр кольцевого выступа 25,3 мм, внешний диаметр полотна трубы 24,3 мм, диаметр отверстия 18,7 мм. Высота кольцевого выступа равнялась 0,5 мм, его большое основание 4,0 мм, малое основание 2,0 мм.

Технологическая оснастка изготавливалась из инструментальной стали У8А с твердостью HRC после закалки не менее 56 единиц и точностью исполнительных размеров по 9-му квалитету. Трапециевидные кольцевые канавки в матрице технологической оснастки выполняли со следующими геометрическими размерами: малым основанием 2 мм; большим основанием 4 мм; глубиной 0,5 мм.

Ступенчатый пуансон имел диаметр малой ступени 18,7 мм, диметр большой ступени 24,3 мм.

Калибровка кольцевых выступов на трубе проводилось на гидравлическом горизонтальном прессе двойного действия конструкции ООО "Ремонтно-механический завод "нефтяной компании "ЮКОС" при усилиях, не превышающих 0,3 Мн, что обеспечивало полное воспроизведение требуемых геометрических размеров кольцевых выступов трапециевидного поперечного сечения.

Установлено, что операция формирования внешнего кольцевого выступа трапециевидного поперечного сечения формоизменяющими операциями (раздача и обжим) и осевого сжатия трубы при операции калибровки кольцевого выступа обеспечивает гарантированные технологической оснасткой их геометрические размеры, стабильность исполнения для любых сталей и сплавов при относительно небольших деформирующих усилиях.

Изобретение применимо при изготовлении трубных пучков теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности.

Формула изобретения

Способ получения теплообменных труб с профилированными внешними законцовками, включающий обжим конца трубы, установку его в отверстие разъемной матрицы, выполненной с кольцевой канавкой, последующее приложение к торцу трубы осевого сжимающего усилия с обеспечением пластического течения ее материала в кольцевую канавку матрицы и формирование внешнего кольцевого выступа трубы, отличающийся тем, что внешний кольцевой выступ формируют перед установкой конца трубы в отверстие разъемной матрицы путем последовательно осуществляемых раздачи конца трубы и его обжима, установку конца трубы в отверстие разъемной матрицы производят с размещением внешнего кольцевого выступа трубы напротив кольцевой канавки матрицы, после чего осуществляют фиксирование трубы матрицей с приложением к поверхности внешнего кольцевого выступа трубы сжимающего усилия, а в процессе приложения к торцу трубы осевого сжимающего усилия осуществляют калибровку внешнего кольцевого выступа конца трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5