способ получения труб с профилированными внешними законцовками

Формула изобретения

Способ получения теплообменных труб с профилированными внешними законцовками, включающий размещение трубы в разъемной матрице, фиксацию ее от возможного перемещения и последующее формирование кольцевого выступа путем приложения осевого сжимающего усилия к торцу трубы, отличающийся тем, что предварительно на конце трубы путем раздачи формируют калиброванный участок с внешним диаметром, превышающим диаметр отверстия в разъемной матрице в ее сомкнутом состоянии, после чего производят двухступенчатый обжим калиброванного участка на длине, меньшей его исходной длины, с образованием опорного участка трубы, и участка, имеющего первую ступень, расположенную на конце трубы, и вторую ступень, фиксацию трубы от возможного перемещения осуществляют путем обжима ее опорного участка приложением к нему радиального усилия, после чего производят раздачу полости участка трубы на его первой ступени до диаметра, равного диаметру полости второй ступени.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и, в частности, к процессам получения теплообменных 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 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, 10.12.2000, МПК В 21 D 39/06 - прототип).

Недостатком известного способа является необходимость использования гидравлических прессов 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 относительно небольшими по величине деформирующими трубу усилиями.

Технический результат достигается тем, что в способе получения теплообменных труб с профилированными внешними законцовками, включающем размещение конца трубы в разъемной матрице, фиксацию ее от возможного перемещения и последующее формирование кольцевого выступа путем приложения осевого сжимающего усилия к торцу трубы, согласно изобретению предварительно на конце трубы путем раздачи формируют калиброванный участок с внешним диаметром, превышающим диаметр отверстия в разъемной матрице в ее сомкнутом состоянии, после чего производят двухступенчатый обжим калиброванного участка на длине, меньшей его исходной длины, с образованием опорного участка трубы, и участка, имеющего первую ступень, расположенную на конце трубы, и вторую ступень, фиксацию трубы от возможного перемещения осуществляют путем обжима ее опорного участка приложением к нему радиального усилия, после чего производят раздачу полости участка трубы на его первой ступени до диаметра, равного диаметру полости второй ступени.

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 вводится операция по формированию кольцевой жесткости, впоследствии располагаемой в пределах кольцевой канавки матрицы, и предусматривается раздача трубы коническим пуансоном минимального поперечного сечения трубы. Последнее обуславливает пластический продольный изгиб образующей трубы с заполнением в основном свободного объема кольцевой канавки матрицы. Последующая калибровка кольцевого выступа трубы при ее нагружении по торцу устраняет какое-либо несоответствие геометрических размеров кольцевого выступа трубы по отношению к геометрическим размерам кольцевой канавки матрицы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано исходное положение технологической оснастки и конца трубы с кольцевой жесткостью (выделена точками) перед выполнением операции по раздаче трубы конусным пуансоном, на фиг.2 - стадия раздачи трубы с образованием конического раструба, на фиг. 3 - окончание стадии раздачи трубы коническим пуансоном, на фиг. 4 - стадия калибровки кольцевого выступа осевым деформирующим усилием, прикладываемым к торцу трубы, 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.

Затем трубу фиксируют от возможного перемещения и, внедряя в ее отверстие пуансон с заходным коническим участком, раздают до диаметра, превышающего диаметр разъемной матрицы в ее сомкнутом состоянии, формируя калиброванный участок. Далее производят двухступенчатый каскадный обжим калиброванного участка трубы на длине меньшей, чем его исходная длина, образуя тем самым опорный участок. При этом на переходе обжатых участков трубы создается кольцевая жесткость в виде усеченного конуса (выделена точками).

После чего трубу 1 устанавливают (фиг.1) профилированным концом в отверстие разъемной матрицы 2, содержащей три сегмента. В полости матрицы выполнена кольцевая канавка трапециевидного поперечного сечения. Отметим, что наибольший диаметр полости матрицы меньше, чем внешний диаметр опорного участка трубы. Контроль правильности установки трубы производится по размещению ее торца в торцовой плоскости матрицы.

Трубу фиксируют от возможного перемещения посредством смыкания сегментов матрицы обоймой 3, сообщая при этом матрице необходимую жесткость (на фиг.1 - выделено стрелками). Смыкание сегментов матрицы приводит к уменьшению внешнего диаметра опорного участка трубы операцией обжима и объясняет появление сил осевого подпора, что позволит устранить деформацию трубы за пределами матрицы в процессе формирования кольцевого выступа.

В отверстие трубы вводят коническим заходным участком ступенчатый пуансон 4. Перемещая пуансон в осевом направлении, первоначально раздают конец трубы на длине в пределах от торца до кольцевой жесткости (фиг.2). Оформляется раструб с некоторым углом конусности, практически равным углу конусности заходного участка. Как показывает практика, на данной стадии можно пренебречь деформацией кольцевой жесткости в радиальном направлении. Последующее движение пуансона в осевом направлении приводит к внеконтактной деформации трубы с продольным изгибом образующей трубы относительно внутренней кромки кольцевой канавки. Последнее обуславливает заполнение кольцевой жесткостью свободного объема кольцевой канавки (фиг.3). К данному моменту большая ступень пуансона достигает торца трубы и начинается стадия калибровки кольцевого выступа, когда устраняются какие-либо отклонения геометрических размеров кольцевого выступа от геометрических размеров кольцевой канавки (фиг.4).

Извлеченная из технологической оснастки труба имеет на внешней поверхности кольцевой выступ трапециевидного (или любой произвольной формы) поперечного сечения с внешним диаметром, равным диаметру обжатого калиброванного участка. Пластическое течение трубы в кольцевой канавке матрицы приводит к упрочнению обрабатываемого материала, что нашло отражение в выделении упрочненной зоны точками. Профилированная законцовка имеет и калиброванный диаметр отверстия, что очень важно на этапе закрепления трубы в отверстии трубной решетки.

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: 24,99,8 мм раздавались 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 каскадно обжимался в двухступенчатой матрице, что вызывало деформацию трубы на первой ступени до внешнего диаметра - 24,3 мм, на второй ступени до внешнего диаметра - 23,8 мм. Ширина кольцевой жесткости при этом равнялась 2 мм.

При фиксировании трубы в разъемной 3 - сегментной матрице калиброванный участок трубы обжимался с диаметра 25,4 мм до диаметра 25,3 мм. В качестве технологического оборудования использовался гидравлический горизонтальный пресс двойного действия конструкции OOO "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 во второй ступени - 18,4 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 - 18,4 мм, диметр большой ступени - 24,3 мм.

Формирование 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 внешних кольцевых выступов трапециевидного поперечного сечения сочетанием изгибной деформации трубы и осевого ее сжатия с операцией калибровки обеспечивает гарантированные технологической оснасткой их геометрические размеры, стабильность исполнения для любых сталей и сплавов.

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