BR112014029007B1

BR112014029007B1 - método de expansão de tubo para fabricar tubo de metal

Info

Publication number: BR112014029007B1
Application number: BR112014029007-5A
Authority: BR
Inventors: Tatsuro Katsumura; Noritsugu Itakura; Seiichiro Nambu; Kazutoshi Ishikawa
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2020-10-27
Also published as: CN104349853B; US20150114073A1; KR20150011836A; EP2857119A1; WO2013179496A1; EP2857119A4; US9707614B2; KR101632137B1; EP2857119B1; BR112014029007A2; CN104349853A

Abstract

MÉTODO DE EXPANSÃO DE TUBO PARA FABRICAR TUBO DE METAL. Na fabricação de expansão de tubo com o uso de somente uma ferramenta interna, leva-se, convencionalmente, um longo tempo e é dispendioso determinar as condições de fabricação. Assim, especificamente através de uma simulação de processamento de expansão de tubo, é avaliado um formato de peça de trabalho em um estado em que uma ponta de uma peça de trabalho (lO)avançou por 1,0 m ou mais após passar através de uma porção de rebordo 3 de uma ferramenta (1). São obtidos um formato de peça oca e um formato de ferramenta de modo que o diâmetro externo esteja dentro de (Mais ou menos )1% do alvo, a espessura esteja dentro de (Mais ou menos)7,5% do alvo e o espaço interno entre a peça oca e a ferramenta seja de 1,0 mm ou menos por cálculo repetido e, dessa forma, são determinadas condições de fabricação de expansão de tubo reais.

Description

Campo da Técnica

[0001] A presente invenção refere-se a um método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal e, mais especificamente, a mesma se refere a um método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal, de modo que quando um tubo de metal fabricado por laminação de tubo ou similar é usado como uma peça oca, a peça oca seja passada através de uma ferramenta de processamento interno e/ou plugue ou barramento de mandril e, dessa forma, um tubo de metal que tem um diâmetro maior do que aquele da peça oca é fabricado, sendo que condições de fabricação adequadas de método de expansão de tubo podem ser vantajosamente determinadas através de simulação.

Antecedentes da Técnica

[0002] Tubos de metal são rigidamente classificados de acordo com o método de fabricação como tubos de solda ou tubos sem costura. Um tubo de solda é fabricado com o uso de uma película de metal como um material, pela formação dessa película de metal em um formato tipo arco por prensa ou laminação e junção de ambas as extremidades do arco por soldagem em um formato tubular. Um tubo sem costura é fabricado pela produção de um esboço de metal sólido ou uma cavidade de tarugo por laminação ou extrusão de modo que o mesmo tenha um tamanho desejado. Qualquer um dos dois é selecionado de acordo com um equipamento como um uso. No entanto, no caso em que é aplicada pressão à superfície interna de um tubo e danos pela quebra do tubo têm uma influência crítica no equipamento, um tubo sem costura é geralmente usado.

[0003] Exemplos de tal equipamento incluem duto de vapor e tubulação de troca de calor em usinas de geração de potência e usinas de potência atômica. Em anos recentes, a temperatura foi aumentada para o fim de melhorar a eficácia de geração de potência, foi exigido que tubos de metal de diâmetro pequeno para troca de calor tivessem maior qualidade e o duto de vapor precisa lidar com alto fluxo (ter um diâmetro grande).

[0004] No presente método para fabricar um tubo sem costura, o limite superior do diâmetro do tubo fabricado é de aproximadamente 400 mm. Por esse motivo, quando é necessário um tubo de metal que tem um diâmetro maior, um tubo já fabricado é expandido novamente por um método tal como laminação.

[0005] Métodos de expansão de tubo incluem um método de modo que a expansão de tubo seja desempenhada pelo uso de uma ferramenta colocada entre uma pluralidade de laminadores de moagem (a que experimentalmente se refere como método A para fins de conveniência). Apesar de esse método se adequado para a fabricação em massa de produtos que têm um tamanho específico, o mesmo tem as desvantagens a seguir. Por exemplo, o custo de equipamento é alto e arranhões são tendentes de serem gerados na superfície exterior do tubo devido ao contato com os laminadores. Assim, esse método não é amplamente usado.

[0006] Métodos de expansão de tubo também incluem um método de modo que uma ferramenta é colocada no lado do diâmetro interno e um tubo é expulso (por exemplo, Documento de Patente n- 1) ou conduzido ao lado do diâmetro grande da ferramenta (a que se refere experimentalmente como método B para fins de conveniência). Esse método de expansão de tubo pode ser desempenhado em ambas as maneiras aquecida e não aquecida. Quando a espessura de um tubo após expansão de tubo deve ser reduzida para aproximadamente 5% do diâmetro externo, o método é desempenhado em uma maneira aquecida do ponto de vista de eficácia de produção. Esse método tem a vantagem de a potência poder ser economizada do ponto de vista de processamento e de o grau de liberdade do tamanho do tubo ser relativamente alto. Por outro lado, um determinado nível de habilidade ou experiência é exigido para fabricação nesse método. O motivo é o que segue. No método A supracitado, o lado do diâmetro externo pode ser fixado com o laminador e o lado do diâmetro interno pode ser fixado com a ferramenta e, assim, o tamanho do produto finalizado pode ser facilmente alcançado. No método B, visto que não há ferramenta do lado do diâmetro externo, a flexibilidade de deformação é alta e não somente o diâmetro externo, mas também a espessura e o diâmetro interno não podem ser determinados. Assim, determinar as condições de formação, tal como formato de ferramenta, é geralmente difícil.

[0007] De modo a eliminar defeitos de produtos causados por tal alta flexibilidade de deformação, foi proposto um formato de ferramenta que pode reduzir a curvabilidade de produtos (por exemplo, Documento de Patente n2 2).

Lista de Citações Documento de Patente

[0008] Documento de Patente n2 1: Publicação de Pedido de Patente Não Examinado JP n2 61-56746

[0009] Documento de Patente n2 2: Publicação de Pedido de Patente Não Examinado JP n2 2001-113329

Sumário da Invenção Problema da Técnica

[0010] Entretanto, no Documento de Patente n2 2, não há revelação técnica do ponto básico, qual seja, como fabricar o produto que tem a dimensão predeterminada do produto. Em outras palavras, na premissa de que condições de formação para um produto de tamanho predeterminado são conhecidas, o Documento de Patente n- 2 somente afirma que é eficaz mudar o formato de ferramenta.

[0011] Assim, no método B (método em que o lado do diâmetro interno de um tubo é passado através de uma ferramenta pressionando-se ou conduzindo-se a extremidade do tubo), determinar as condições de fabricação, tais como um formato de ferramenta e/ou tamanho de peça oca adequados, de acordo com dimensão de produto arbitrária exige muitas produções de verificação e testes e é extremamente difícil e não econômico. Isso é uma grande desvantagem. Por esse motivo, é difícil refletir as necessidades do consumidor e o método B não é amplamente usado.

[0012] A presente invenção é feita com vistas às circunstâncias supracitadas. É um objetivo da presente invenção fornecer um método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal, que inclui passar o lado do diâmetro interno através de uma ferramenta pressionando-se ou conduzindo-se a extremidade do tubo de um tubo de metal, em que de modo a obter um produto finalizado que tem um tamanho arbitrário, fabricar a condição do método de expansão de tubo (formato de ferramenta, tamanho de peça oca) de modo que o resultado da análise que está dentro de uma faixa limitada seja obtido pelo uso de simulação e, dessa forma, um aumento da dimensão do produto, uma redução em tempo de teste e redução de custo que foram problemas de fabricação e industrialização possam ser facilmente alcançados.

[0013] Apesar de o método de fabricação e composição química de um tubo de metal usado no método de expansão de tubo da presente invenção não serem particularmente limitados, o tubo de metal mostrado abaixo é particularmente preferencial.

[0014] (1) Tubo de liga de aço para canalização JISG 3458 (STPA20, STPA22 a 26) (que corresponde a ASTM A335, ASTM A405, BS 3604, DIN 17175, DIN 17177):

[0015] A faixa de composição preferencial é C: de 0,10 a 0,15%, Si: de 0,10 a 1,00%, Mn: de 0,30 a 0,80%, P: 0,035% ou menos, S: 0,035% ou menos, Mo: de 0,40 a 1,10%, Cr: 0% ou de 0,50 a 10,00%. Conforme necessário, Cu: 1% ou menos, Ni: 2% ou menos, Nb: 0,1% ou menos, V: 0,5% ou menos, Ti: 0,2% ou menos, B: 0,005% ou menos, REM: 0,02% ou menos, Ca: 0,01% ou menos pode ser adicionado. Como impurezas inevitáveis, N: 0,010% ou menos, O: 0,006% ou menos são permissíveis. Em termos de método de fabricação, um tubo de aço sem costura fabricado por perfuração tipo Mannesmann é preferencial.

[0016] (2) Tubo de liga de aço para aquecedor e troca de calor JISG 3462 (STBA12 a 13, STBA20, STBA22 a 26) (que correspondem a ISO 9329-2:1997, ISO 9330-2:1997, ASTM A161, A199, A179 A200, A209, A213, A250, A423, BS 3059, DIN 17175, DIN 17177):

[0017] Faixa de composição preferencial é C: de 0,10 a 0,20%, Si: de 0,10 a 1,00%, Mn: de 0,30 a 0,80%, P: 0,035% ou menos, S: 0,035% ou menos, Mo: de 0,40 a 1,10%, Cr: 0% ou de 0,50 a 10,00%. Conforme necessário, Cu: 1% ou menos, Ni: 2% ou menos, Nb: 0,1% ou menos, V: 0,5% ou menos, Ti: 0,2% ou menos, B: 0,005% ou menos, REM: 0,02% ou menos, Ca: 0,01% ou menos podem ser adicionados. Como impurezas inevitáveis, N: 0,010% ou menos e O: 0,006% ou menos são permissíveis. Em termos de método de fabricação, um tubo de aço sem costura fabricado por perfuração tipo Mannesmann ou um Tubo de aço soldado de resistência elétrica fabricado por soldagem de resistência elétrica com o uso de corrente de alta frequência é preferencial.

Solução Para o Problema

[0018] A presente invenção feita de modo a solucionar o problema acima é conforme segue: (1)

[0019] Um método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal de modo que, para uma ferramenta de processamento interno que tem uma porção de afunilamento, uma porção de rebordo, e uma porção paralela que são suavemente conectadas umas às outras nessa ordem formam uma extremidade de início que é a extremidade de diâmetro mínimo da ferramenta para uma extremidade terminal que é a extremidade de diâmetro máximo da ferramenta, um tubo de metal que é uma peça de trabalho cujo diâmetro interno de peça oca é menor do que o diâmetro da porção paralela, isto é, o diâmetro máximo da ferramenta é alimentado, sendo que o lado de extremidade de início da ferramenta é usado como um lado de entrada, sendo que o lado do diâmetro interno do tubo é levado a passar através da ferramenta e, dessa forma, a peça de trabalho se submete ao processamento de expansão de tubo, em que o tamanho da peça oca que é a peça de trabalho antes do processamento de expansão de tubo e o tamanho da ferramenta são determinados pelo procedimento a seguir através de uma simulação de processamento de expansão de tubo com base na análise de elemento finito: (a) um diâmetro externo alvo e uma espessura-alvo de um produto, um comprimento da porção de afunilamento da ferramenta e uma carga superior que é o limite superior de potência de alimentação de um aparelho de processamento de expansão de tubo que deve ser usado são estabelecidos; (b) como parâmetros de tamanho, um diâmetro externo da peça oca, uma espessura da peça oca, um ângulo de afunilamento que é um ângulo de afunilamento da porção de afunilamento da ferramenta, uma porção de rebordo R que é um raio de curvatura da porção de rebordo na seção axial da ferramenta e o diâmetro máximo da ferramenta que é o diâmetro da porção paralela da ferramenta são estabelecidos; (c) a peça de trabalho é dividida em uma pluralidade de elementos; (d) a simulação de processamento de expansão de tubo é desempenhada e uma carga calculada, que é uma potência de alimentação calculada, e um diâmetro externo pós-processamento, uma espessura pós-processamento e um diâmetro interno pós- processamento da peça de trabalho quando uma ponta da peça de trabalho é avançada por 1,0 m ou mais a partir da posição da porção de rebordo na direção de um lado de saída de ferramenta são obtidos; (e) é determinado se a carga calculada é menor ou não do que ou igual à carga superior; se o resultado da determinação for Sim, segue-se à etapa (f); se for Não, a espessura da peça oca ou a espessura da peça oca e o ângulo de afunilamento são mudados e retorna-se à etapa (c); (f) é determinado se o diâmetro externo pós-processamento está na faixa do diâmetro externo alvo de ±1% ou não e se a espessura pós-processamento está em uma faixa da espessura-alvo de ±7,5% ou não; se o resultado da determinação for Sim, segue-se à etapa (g); se for Não, o diâmetro externo da peça oca e/ou a espessura da peça oca são mudados e retorna-se à etapa (c); e (g) é determinado se um espaço interno = o diâmetro interno pós-processamento - o diâmetro máximo da ferramenta é ou não 1 mm ou menos; se o resultado da determinação for Sim, os parâmetros de tamanho nesse momento são determinados como sendo parâmetros de tamanho para fabricação de expansão de tubo real e o procedimento é terminado; se for Não, a porção de rebordo R e/ou o ângulo de afunilamento são mudados e retorna-se às etapas etapa (c) e (d). (2)

[0020] Método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal de acordo com (1), em que enquanto o lado do diâmetro interno do tubo é levado a passar através da ferramenta, a partir de parte da peça de trabalho que passa através da porção de afunilamento à parte correspondente no lado a montante é aquecida a partir do lado do diâmetro externo a uma temperatura predeterminada na posição de porção de afunilamento. (3)

[0021] Método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal de acordo com os pontos (1) ou (2) acima, em que a peça oca é um tubo sem costura. (4)

[0022] Método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal de acordo com qualquer um dos pontos de (1) a (3), em que a simulação de processamento de expansão de tubo é desempenhada com o uso de ABAQUS, que é um código de análise comercial, pelo método de elemento finito bidimensional com o uso do método explícito dinâmico.

Efeitos Vantajosos da Invenção

[0023] De acordo com a presente invenção, uma condição de fabricação adequada de método de expansão de tubo pode ser determinada pelo experimento pensado com base em simulação e lógica concisa e, assim, comparado ao caso do método convencional em que a determinação supracitada é impossível sem grande número de níveis de produção de verificação e testes que dependem da experiência, são alcançados uma significante redução no processo de produção de verificação e uma redução no tempo até a fabricação dos produtos.

Breve Descrição dos Desenhos

[0024] A Figura 1 é uma vista esquemática que mostra um exemplo de um aparelho de fabricação de expansão de tubo usado na presente invenção.

[0025] A Figura 2 é um diagrama que mostra mudanças na carga calculada como um exemplo de resultado de simulação na presente invenção.

[0026] A Figura 3 é um diagrama que mostra o tamanho pós- processamento como um exemplo de resultado de simulação na presente invenção.

[0027] A Figura 4 é um fluxograma que mostra o procedimento de simulação de processamento de expansão de tubo da presente invenção.

Descrição das Modalidades

[0028] A presente invenção será descrita abaixo em detalhes.

[0029] A presente invenção é baseada na premissa de que é um método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal de modo que, para uma ferramenta de processamento interno que tem uma porção de afunilamento, uma porção de rebordo e uma porção paralela que sejam suavemente conectadas umas às outras nessa ordem a partir de uma extremidade de início, que é a extremidade de diâmetro mínimo da ferramenta, a uma extremidade terminal, que é a extremidade de diâmetro máximo da ferramenta, sendo que um tubo de metal que é uma peça de trabalho cujo diâmetro interno de peça oca é menor do que o diâmetro da porção paralela, isto é, o diâmetro máximo da ferramenta é alimentado ao lado de extremidade de início da ferramenta, sendo que o lado do diâmetro interno do tubo é levado a passar através da ferramenta e, dessa forma, a peça de trabalho se submete a processamento de expansão de tubo. Essa própria premissa é conhecida.

[0030] Essa premissa também inclui um caso em que, enquanto o lado do diâmetro interno do tubo é levado a passar através da ferramenta, parte da peça de trabalho que passa através da porção de afunilamento é aquecida a partir do lado do diâmetro externo.

[0031] A Figura 1 mostra um exemplo de um aparelho de processamento de expansão de tubo usado no processamento de expansão de tubo supracitado. Conforme mostrado na Figura 1 (b), uma ferramenta (ferramenta de processamento interno) 1 tem uma porção de afunilamento 2, uma porção de rebordo 3 e uma porção paralela 4 que são suavemente conectadas umas às outras nessa ordem a partir de uma extremidade de início que é a extremidade de diâmetro mínimo a uma extremidade terminal que é a extremidade de diâmetro máximo. Conforme mostrado na Figura 1 (a), a ferramenta 1 é sustentada por um meio de sustentação de ferramenta 12 com um mandril 5 conectado ao lado de extremidade de início entre os mesmos sendo que a posição do mesmo é fixada. Uma peça de trabalho (tubo de metal) 10 tem, no caso de uma peça oca antes de processamento, um diâmetro interno menor do que o diâmetro máximo da ferramenta, que é o diâmetro externo da porção paralela da ferramenta 1, e é alimentado à ferramenta 1 a partir do lado de extremidade de início da ferramenta 1 como o lado de entrada. Como o meio de alimentação, neste exemplo, é fornecido um impulsor 11 que pressiona o tubo a partir do lado de entrada da ferramenta. Isso leva o lado do diâmetro interno da peça de trabalho 10 a passar através da ferramenta 1. Em vez de o impulsor 11 desse exemplo que pressiona o tubo a partir do lado de entrada da ferramenta, um coletor (não mostrado) que leva o tubo do lado de saída da ferramenta pode ser usado como um meio de alimentação.

[0032] Este exemplo mostra um caso em que o aquecimento supracitado é desempenhado. Na posição de porção de afunilamento, uma bobina de indução 13 que serve como um dispositivo de aquecimento é colocada de modo a circundar a passagem da peça de trabalho 10 e isso aquece a porção material que passa através da posição de porção de afunilamento a partir do lado do diâmetro externo. O dispositivo de aquecimento não é limitado a uma bobina de indução 13 e pode ser um queimador. Em vez do aquecimento supracitado, a peça oca pode ser preaquecida em um forno ou similar. Desnecessário mencionar que o aquecimento pode ser desempenhado no lado a montante da posição de aquecimento citada anteriormente de modo a assegurar uma temperatura predeterminada na posição de porção de afunilamento.

[0033] Em um processamento de expansão de tubo real, o aquecimento supracitado é geralmente desempenhado. A localização do dispositivo de aquecimento é uma região que inclui a ferramenta 1 e o comprimento desejável da região é pelo menos de aproximadamente 500 mm e idealmente de aproximadamente 2.000 mm.

[0034] Na presente invenção, ao contrário do método convencional, o tamanho de uma peça oca que é uma peça de trabalho antes de processamento de expansão de tubo e o tamanho da ferramenta supracitada são determinados por um procedimento particular através de uma simulação de processamento de expansão de tubo com base na análise de elemento finito. Esse procedimento será descrito abaixo com referência à Figura 4. Na descrição a seguir, um caso em que a peça oca é um tubo sem costura e o aquecimento supracitado é desempenhado durante o processamento de expansão de tubo é suposto. Aqui, tubo sem costura significa um corpo de cavidade feito a partir de um tarugo ou bloco que é circular ou quadrado em seção transversal por um método de laminação ou método de extrusão, ou um corpo de cavidade que foi adicionalmente submetido à laminação de tubo.

[0035] Primeiro, na etapa (a), são estabelecidos o diâmetro externo alvo, a espessura-alvo e o diâmetro interno alvo do produto, o comprimento da porção de afunilamento da ferramenta e a carga superior que é o limite superior da potência de alimentação do aparelho de processamento de expansão de tubo que deve ser usado.

(Estabelecimento Preferencial)

[0036] O diâmetro externo alvo, a espessura-alvo e a carga superior do aparelho de processamento de expansão de tubo = valores predeterminados.

[0037] O comprimento da porção de afunilamento da ferramenta « o comprimento região do dispositivo de aquecimento supracitado.

[0038] Em seguida, na etapa (b), são estabelecidos como parâmetros de tamanho, o diâmetro externo da peça oca, a espessura da peça oca, o ângulo de afunilamento que é o ângulo de afunilamento da porção de afunilamento da ferramenta, a porção de rebordo R, que é o raio de curvatura da porção de rebordo na seção axial da ferramenta, e o diâmetro máximo da ferramenta, que é o diâmetro da porção paralela da ferramenta. Isto é, valores iniciais são designados a esses parâmetros de tamanho.

(Estabelecimento Preferencial)

[0039] O diâmetro externo da peça oca « 400 mm, que é geralmente o limite superior de diâmetro externo de tubos sem costura. No entanto, de modo a reduzir a diferença entre os diâmetros esternos antes e após o processamento, o diâmetro externo da peça oca pode ser menor do que 400 mm.

[0040] A espessura da peça oca « a solução condizente entre a área de seção transversal do produto e a área de seção transversal da peça oca (solução de modo que a área de seção transversal do produto seja igual à área de seção transversal da peça oca).

[0041] O ângulo de afunilamento ® tangente do arco (((o diâmetro interno do produto - o diâmetro interno da peça oca) / 2) / o comprimento da porção de afunilamento). Nesta expressão, o diâmetro máximo da ferramenta pode ser substituído pelo diâmetro interno do produto.

[0042] O diâmetro máximo da ferramenta « o diâmetro interno do produto + a quantidade de expansão térmica devido ao aquecimento supracitado.

[0043] O diâmetro interno do produto = diâmetro externo alvo - 2 * espessura-alvo.

[0044] A porção de rebordo R ® o diâmetro externo da peça oca a duas vezes o mesmo.

[0045] Em seguida, na etapa (c), a peça de trabalho é dividida em uma pluralidade de elementos. Nesse momento, do ponto de vista de precisão de análise, cada elemento na parte processada (parte que passa através da porção de afunilamento) é preferencialmente um elemento retangular de modo que em uma seção transversal ao longo da direção longitudinal do tubo, o tamanho Δd ao longo da direção da espessura do tubo seja 5 mm ou menos e o tamanho ΔL ao longo da direção longitudinal do tubo seja igual a ou menor do que duas vezes Δd. A partir da perspectiva de economia de tempo, Δd é preferencialmente 1 mm ou mais e ΔL é preferencialmente 0,5 vezes Δd ou mais. As partes além da parte processada são preferencialmente divididas da mesma maneira que a parte processada. No entanto, se o tempo de cálculo for muito longo, a número de divisão pode ser reduzido (o tamanho do elemento pode ser aumentado). A análise pelo método de elemento finito tridimensional é demorado e dispendioso, mas altamente preciso e, assim, o mesmo pode ser usado.

[0046] Em seguida, na etapa (d), é desempenhada simulação de processamento de expansão de tubo e são obtidos a carga calculada, que é a potência de alimentação calculada, e o diâmetro externo pós- processamento, a espessura pós-processamento e o diâmetro interno pós-processamento da peça de trabalho no momento quando a ponta da peça de trabalho avançou pela distância de 1,0 m ou mais a partir da posição da porção de rebordo na direção do lado de saída de ferramenta.

[0047] Simulação com base em análise de elemento finito é desempenhar análise sólida ou análise de não estabilidade. Na análise sólida, os formatos antes e após a deformação são experimentalmente determinados e os formatos são bem ajustados de modo a alcançar estabilidade de cálculo. Na análise de não estabilidade, a ponta da peça de trabalho é completamente expandida. Por exemplo, a simulação pelo método de elemento finito bidimensional com o uso do método explícito dinâmico pode ser preferencialmente usada. Como um código necessário para a análise, por exemplo, ABAQUS, que é um código de análise comercial, pode ser preferencialmente usado. No entanto, o método de estatística implícita não é negado.

[0048] Na presente invenção, em ambas a análise sólida e a análise de não estabilidade, a avaliação é desempenhada na base do resultado quando a ponta da peça de trabalho tiver avançado 1,0 m ou mais após passar através da porção de rebordo adjacente à porção de afunilamento da ferramenta. O motive é que, em cálculo, o processamento por si só não é estável até que um determinado comprimento tenha passado através da ferramenta. No processamento real, quando o processamento de expansão de tubo é desempenhado a partir da ponta, não há parte restritiva nas proximidades da ponta na direção em que o material avança e, assim, os valores do diâmetro externo e espessura são diferentes daqueles da parte mediana. Isto posto, as condições supracitadas devem ser usadas. No entanto, dependendo das condições de análise, a avaliação não necessariamente tem que ser desempenhada na base do formato após a ponta ter avançado pela distância de 1,0 m ou mais ou após um tempo que corresponde a isso ter decorrido. A distância de 1,0 m ou mais é uma limitação que pode ser universalmente aplicada a muitas condições. Preferencialmente, a distância é de 1,4 m ou mais.

[0049] Nessa etapa, como um resultado, a carga calculada, o diâmetro externo pós-processamento, a espessura pós- processamento e o diâmetro interno pós-processamento são obtidos.

[0050] Em seguida, na etapa (e), é determinado se a carga calculada é menor ou igual à carga superior ou não. Se o resultado da determinação for Sim, segue-se à etapa (f). Se for Não, a espessura da peça oca ou a espessura da peça oca e o ângulo da porção de afunilamento da ferramenta são mudados e retorna-se à etapa (c).

[0051] É necessário que a carga calculada não exceda a carga superior (capacidade de maquinabilidade do equipamento). Se a carga calculada exceder substancialmente a capacidade de maquinabilidade do equipamento, uma mudança em que a espessura da peça oca é reduzida e, então, o ângulo de afunilamento é reduzido é desempenhada nessa ordem e, então, a simulação é desempenhada novamente. Visto que a redução da espessura reduz a área de seção transversal, a carga calculada necessária para processamento pode ser reduzida. Reduzir o ângulo de afunilamento reduz a resistência durante o processamento. Se as exigências de tal equipamento forem satisfeitas, segue-se à etapa (f).

[0052] Na etapa (f), é determinado se o diâmetro externo pós- processamento está dentro da faixa do diâmetro externo alvo de ±1% ou não e se a espessura pós-processamento está dentro da faixa da espessura-alvo de ±7,5% ou não. Se o resultado da determinação for Sim, segue-se à etapa (g). Se for Não, o diâmetro externo da peça oca e/ou a espessura da peça oca são mudados e retorna-se à etapa (c).

[0053] Aqui na etapa (f), é determinado se o desvio do tamanho alvo do produto (= (o tamanho pós-processamento - o tamanho alvo)/o tamanho alvo * 100(%)) está dentro do valor limiar ou não. O valor limiar do diâmetro externo é de ±1 % e o valor limiar da espessura é de ±7,5%. Os valores limiares (±1%, ±7,5%) do desvio de diâmetro externo e o desvio de espessura foram determinados em consideração da tolerância de tamanho do produto real. Se o resultado da determinação for Sim, procede-se à etapa (g). Se for Não, de modo que o desvio esteja dentro do valor limiar, o diâmetro externo da peça oca e/ou a espessura da peça oca são mudados e simulação é repetida.

[0054] Finalmente, na etapa (g), é determinado se o espaço interno = o diâmetro interno pós-processamento - o diâmetro máximo da ferramenta é ou não de 1 mm ou menos. Se o resultado da determinação for Sim, os parâmetros de tamanho nesse momento são determinados para serem parâmetros de tamanho para fabricação de expansão de tubo real e a procedimento é terminado. Se for Não, a porção de rebordo R e/ou o ângulo de afunilamento é mudado e retorna-se à etapa (d).

[0055] No caso em que o resultado da determinação for Não, o formato final pode ser obtido mais facilmente pelo desempenho de mudanças conforme segue. Se a espessura pós-processamento for quase igual à espessura-alvo, a porção de rebordo R é preferencialmente mudada. Se a espessura pós-processamento for grande e o diâmetro interno pós-processamento for grande, o ângulo da porção de afunilamento é mudado. Se a porção de rebordo R for aumentada, a porção de afunilamento é gradualmente contínua com a porção paralela (a porção de diâmetro máximo da ferramenta). Então, a peça de trabalho pode ser deformada de modo a conformar à ferramenta, mesmo quando a peça de trabalho for processada enquanto é pressionada para dentro (ou conduzida para fora). Assim, o diâmetro interno pode ser mudado com pouca mudança na espessura e similares. É claro, se ambos a espessura e o diâmetro interno forem grandes, o ângulo da porção de afunilamento é levemente reduzido e a simulação é desempenhada novamente e o cálculo é repetido pelo procedimento supracitado.

EXEMPLOS EXEMPLO 1

[0056] Como um produto objeto de análise, foi usado o STPA24 (aço aquecedor de liga leve; Tubo de aço sem costura) que tem um diâmetro externo de 609,6 mm e uma espessura de 24,1 mm.

[0057] Visto que o diâmetro externo do produto foi de aproximadamente 600 mm, o valor inicial do diâmetro externo da peça oca foi de 406,4 mm, que foi o diâmetro externo de um Tubo de aço sem costura de diâmetro grande facilmente disponível e o valor inicial da espessura da peça oca foi de 25 mm, que foi quase igual à espessura do produto. Assumindo-se que de modo a reduzir a energia de fabricação, o aquecimento foi desempenhado a aproximadamente 900°C pelo aquecimento por indução nas proximidades da parte processada (a porção de afunilamento da ferramenta), sendo que o diâmetro máximo da ferramenta foi estabelecido para 562 mm considerando o diâmetro externo do produto e a espessura do produto. O coeficiente de fricção entre a ferramenta e a superfície interna do tubo foi estabelecido para 0,1 na premissa de que o agente lubrificante ou a lubrificação foram aplicados antes do processamento. A carga superior que é o limite superior de potência de alimentação do aparelho de processamento de expansão de tubo a ser usado foi assumido como sendo 800 tonf.

[0058] Aqui, o comprimento da porção de afunilamento foi 1.200 mm e o ângulo de afunilamento = tangente do arco (((o diâmetro máximo da ferramenta - o diâmetro interno da peça oca)/2)/o comprimento da porção de afunilamento) ® 6 graus. O diâmetro interno da peça oca = o diâmetro externo da peça oca - 2 * a espessura da peça oca. O ângulo de afunilamento pode ser estabelecido para um valor maior. No entanto, quanto maior o ângulo de afunilamento, maior, por assim dizer, a resistência à peça de trabalho e é claro que mais energia de fabricação é exigida. Assim, considerando a especificação de máquina da máquina de processamento, iniciou-se uma análise a partir do valor baixo do ângulo de afunilamento. O valor inicial da porção de rebordo R foi de R200, que é de aproximadamente 1/2 do diâmetro externo da peça oca.

[0059] Conforme mencionado acima, a espessura da peça oca foi estabelecida para 25 mm. Assim, de modo a dividir a peça de trabalho em elementos cujo tamanho na direção da espessura é de 5 mm ou menos, a divisão em pelo menos cinco é necessária. Visto que há uma possibilidade de que uma espessura menor seja assumida, sendo que a espessura da peça de trabalho foi dividida em nova. Conforme mencionado acima, o comprimento da parte processada (porção de afunilamento) fio de 1.200 mm. Assim, de modo a tornar o tamanho do elemento nessa direção de comprimento igual a ou aproximadamente duas vezes aquela na direção da espessura, o comprimento da parte processada foi dividido em 300. As partes além da parte processada são divididas da mesma maneira que a parte processada.

[0060] Simulação de expansão de tubo foi desempenhada na assunção de que a direção circunferencial do tubo foi uniforme. O formato foi estabelecido na assunção de que no estágio anterior o tubo foi deformado levemente maior do que a ferramenta. A simulação de expansão de tubo foi desempenhada na assunção de que a deformação progrediu a partir daqui, pelo método de elemento finito bidimensional com o uso do método explícito dinâmico. O ABAQUS, que é um código de análise comercial, foi usado como um código necessário para análise.

[0061] A simulação foi iniciada. Em um estado em que a ponta da peça de trabalho foi considerada como tendo avançado 1,0 m ou mais após passar através da porção de rebordo, sendo que a carga calculada e o estado deformado (o tamanho pós-processamento) foram avaliados. Conforme mostrado na Figura 2, após o comprimento a partir da porção de rebordo à ponta da peça de trabalho ter se tornado 1,0 m ou mais, a carga se estabilizou gradualmente e quando o comprimento era de 1,4 m ou mais, a carga estava estável em aproximadamente 480 tonf. Visto que esse valor é suficiente menor do que a carga superior de 800 tonf, o processamento de expansão de tubo pode ser desempenhado sem problemas. O tamanho pós- processamento obtido aqui é de: diâmetro externo = 612,6 mm e espessura = 22,75 mm. Em comparação ao tamanho alvo, o diâmetro externo é grande e a espessura é pequena.

[0062] Então, a espessura da peça oca foi gradualmente mudada e a simulação foi realizada em diversos dias. O resultado é mostrado na Figura 3. Na Figura, são mostradas uma faixa aceitável de diâmetro externo em que o diâmetro externo está dentro do valor limiar (±1%) do desvio do diâmetro externo e uma faixa aceitável da espessura em que a espessura está dentro do valor limiar (±7,5%) do desvio da espessura. Isso mostra que a espessura adequada da peça oca é de 25,5 a 27,5 mm. Em seguida, nessa região, o resultado de simulação foi avaliado no espaço interno. Aqui, a porção de rebordo R foi mudada para R = 800 mm, que é quase duas vezes o diâmetro externo da peça oca. Como um resultado, foi confirmado que quando R = 300 mm, o espaço interno foi de 2,01 mm; quando R = 400 mm, o espaço interno foi de 1,62 mm; e quando R = 600 mm ou mais, um espaço interno de 1,0 mm ou menos foi possível de ser alcançado.

[0063] Conforme mencionado acima, foi confirmado que condições de processamento de expansão de tubo que tem muitos níveis puderam ser apropriadamente estabelecidas sob relativamente poucas condições de simulação.

[0064] Isso é tabulado na Tabela 1.

EXEMPLO 2

[0065] Foram conduzidos experimentos para comparar o resultado de simulação obtido no EXEMPLO 1 como o caso de processamento de expansão de tubo real e verificar a eficácia da presente invenção. Nos experimentos, um aparelho de extrusão pequeno foi usado e a razão modelo do mesmo foi de 1/5. De modo a evitar perturbação tal como de temperatura, um tubo-guia fio usado como uma peça de trabalho e o processamento de expansão de tubo foi desempenhado sem o uso de aquecimento. Os tamanhos da peça de trabalho e da ferramenta são 1/5 daqueles do EXEMPLO 1.

[0066] Resultado experimental é mostrado no Caso A da Tabela 2 e o resultado de simulação é mostrado no Caso B da tabela. A partir da Tabela 2, o resultado experimental geralmente mostra valores similares ao resultado de simulação e a eficácia da presente invenção foi verificada. LISTAGEM DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 1 ferramenta (ferramenta de processamento interno) 2 porção de afunilamento 3 porção de rebordo 4 porção paralela 5 mandril 10 peça de trabalho (tubo de metal) 11 meio de impulso de Tubo 12 meio de sustentação de ferramenta 13 bobina de indução

Claims

1. Método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal, emque para uma ferramenta de processamento interno (1) que tem uma porção de afunilamento (2), uma porção de rebordo (3), e uma porção paralela (4) que são suavemente conectadas umas às outras nessa ordem formam uma extremidade de início que é a extremidade de diâmetro mínimo da ferramenta (1) para uma extremidade terminal que é a extremidade de diâmetro máximo da ferramenta (1), um tubo de metal que é uma peça de trabalho (10) cujo diâmetro interno de peça oca é menor do que o diâmetro da porção paralela (4), isto é, o diâmetro máximo da ferramenta (1) é alimentado, sendo que o lado de extremidade de início da ferramenta (1) é usado como um lado de entrada, sendo que o lado do diâmetro interno do tubo é levado a passar através da ferramenta (1) e, dessa forma, a peça de trabalho (10) se submete ao processamento de expansão de tubo, o método caracterizado pelo fato de que o tamanho da peça oca, que é a peça de trabalho (10) antes do processamento de expansão de tubo, e tamanho da ferramenta (1) são determinados pelo procedimento a seguir através de uma simulação de processamento de expansão de tubo com base na análise de elemento finito: (a) um diâmetro externo alvo e uma espessura-alvo de um produto, um comprimento da porção de afunilamento (2) da ferramenta (1) e uma carga superior que é o limite superior de potência de alimentação de um aparelho de processamento de expansão de tubo que deve ser usado são estabelecidos; (b) como parâmetros de tamanho, um diâmetro externo da peça oca, uma espessura da peça oca, um ângulo de afunilamento que é um ângulo de afunilamento da porção de afunilamento (2) da ferramenta (1), uma porção de rebordo R que é um raio de curvatura da porção de rebordo (3) na seção axial da ferramenta (1) e o diâmetro máximo da ferramenta (1) que é o diâmetro da porção paralela (4) da ferramenta (1) são estabelecidos; (c) a peça de trabalho (10) é dividida em uma pluralidade de elementos; (d) a simulação de processamento de expansão de tubo é desempenhada e uma carga calculada, que é uma potência de alimentação calculada, e um diâmetro externo pós-processamento, uma espessura pós-processamento e um diâmetro interno pós- processamento da peça de trabalho (10) quando uma ponta da peça de trabalho (10) é avançada por 1,0 m ou mais a partir da posição da porção (3) de rebordo na direção de um lado de saída de ferramenta são obtidos; (e) é determinado se a carga calculada é menor ou não do que ou igual à carga superior; se o resultado da determinação for Sim, segue-se à etapa (f); se for Não, a espessura da peça oca ou a espessura da peça oca e o ângulo de afunilamento são mudados e retorna-se à etapa (c); (f) é determinado se o diâmetro externo pós-processamento está na faixa do diâmetro externo alvo de ±1% ou não e se a espessura pós-processamento está em uma faixa da espessura-alvo de ±7,5% ou não; se o resultado da determinação for Sim, segue-se à etapa (g); se for Não, o diâmetro externo da peça oca e/ou a espessura da peça oca são mudados e retorna-se à etapa (c); e (g) é determinado se um espaço interno = o diâmetro interno pós-processamento - o diâmetro máximo da ferramenta (1) é ou não 1 mm ou menos; se o resultado da determinação for Sim, os parâmetros de tamanho nesse momento são determinados como sendo parâmetros de tamanho para fabricação de expansão de tubo real e o procedimento é terminado; se for Não, a porção de rebordo R e/ou o ângulo de afunilamento são mudados e retorna-se às etapas etapa (c) e (d).

2. Método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que embora o lado do diâmetro interno do tubo seja levado a passar através da ferramenta (1), sendo que a partir de parte da peça de trabalho (10) que passa através da porção de afunilamento (2) é aquecida a partir do lado do diâmetro externo.

3. Método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a peça oca é um tubo sem costura.

4. Método de expansão de tubo para fabricar um tubo de metal, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a simulação de processamento de expansão de tubo é desempenhada pelo método de elemento finito bidimensional com o uso do método explícito dinâmico.