RU2009746C1

RU2009746C1 - Tools for tubes expansion

Info

Publication number: RU2009746C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Ермаков
Original assignee: Канер Вадим Фроимович
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: a stem and means of fixation of a sleeve on the stem are positioned inside of the sleeve, that is made of material with memory of a form. The sleeve has an outside diameter exceeding initial inside diameter of tube by value of cold tube elastic response. The sleeve butt, contacting with means of fixation, has grooves. The parts of the sleeve with the grooves are slanted to its axis. EFFECT: tools facilitate process of tubes expansion. 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для закрепления труб в отверстиях способом механической развальцовки, используемым на предприятиях энергетического, транспортного, химического, пищевого машиностроения и судостроения, изготавливающих кожухотрубные теплообменные аппараты. The invention relates to a device for securing pipes in holes by a mechanical flaring method used at enterprises of power, transport, chemical, food engineering and shipbuilding, making shell-and-tube heat exchangers.

Известен инструмент для развальцовки труб [1] , содержащий сопряженные между собой рабочую часть и хвостовик. Рабочая часть инструмента изготовлена из материала, обладающего обратимым эффектом запоминания формы при многократном термоциклировании за счет обратимых пластических деформаций в материале, претерпевающим обратимое мартенситное превращение в упорядоченных фазах, при нагреве и охлаждении соответственно выше и ниже интервала мартенситного превращения, например из сплава титан-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 размер поперечного сечения. A known tool for flaring pipes [1], containing a conjugated working part and a shank. The working part of the tool is made of a material with a reversible shape memory effect during repeated thermal cycling due to reversible plastic deformations in the material that undergoes reversible martensitic transformation in ordered phases when heated and cooled, respectively, above and below the martensitic transformation interval, for example, from a titanium-nickel alloy, and has in a heated state at a temperature above the beginning, and in a cold state at a temperature below the end of the martensitic transformation in the material whose tool part respectively greater and lesser cross-sectional dimension.

Этот инструмент для развальцовки труб обладает узким диапазоном используемых материалов, способных к многократно обратимой памяти формы, превышающей 5 - 10% , а также обладает высокой трудоемкостью изготовления из-за необходимости проведения термомеханической тренировки в течение 10 - 20 циклов. This tool for expanding pipes has a narrow range of materials used, capable of repeatedly reversible shape memory in excess of 5 - 10%, and also has a high manufacturing complexity due to the need for thermomechanical training for 10 - 20 cycles.

Известен также инструмент для развальцовки труб [2] , являющийся усовершенствованием инструмента, описанного выше. Этот инструмент для расширения технологических возможностей 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 находящегося в процессе работы в состоянии проявления эффекта сверхупругости. Also known is a tool for flaring pipes [2], which is an improvement of the tool described above. This tool to expand technological capabilities by increasing the range of sizes of the processed pipes is equipped with a sleeve installed on the working part of the tool and made of the same material as the working part, but which is in the process of manifestation of the effect of superelasticity.

Однако и этот инструмент обладает указанными выше недостатками из-за использования при его изготовлении материалов с большими степенями деформации многократно обратимой памяти формы. However, this tool also has the above drawbacks due to the use of materials with large degrees of deformation of the repeatedly reversible shape memory during its manufacture.

Известен принятый в качестве прототипа инструмент для развальцовки труб [3] , являющийся усовершенствованием инструмента, описанного выше. В этом инструменте для расширения технологических возможностей гильза выполнена в виде контактирующих один с другим торцовыми поверхностями набора дисков с противофазным направлением редукции своих поперечных сечений в диапазоне температур проявления эффектов памяти формы в их материалах. Known adopted as a prototype tool for flaring pipes [3], which is an improvement of the tool described above. In this tool for expanding technological capabilities, the sleeve is made in the form of a set of disks in contact with each other end surfaces with an antiphase direction of reduction of their cross sections in the temperature range of manifestation of shape memory effects in their materials.

Это техническое решение позволяет значительно расширить технологические возможности. Однако и оно не позволяет получить технический результат и решить техническую задачу, на которые направлено данное изобретение: максимально снизить трудоемкость изготовления инструмента за счет использования простейшей формы заготовки, а также упростить установку внутрь вальцуемой трубы путем запрессовки инструмента при продольном ударном растяжении за счет минимальной величины ударной нагрузки при максимальном использовании степени деформации инструмента при рабочем нагреве (без предварительной выборки зазора), что особенно важно при развальцовке труб больших диаметров и на большой длине, когда поля допусков достаточно велики. This technical solution allows you to significantly expand technological capabilities. However, it does not allow to obtain a technical result and solve the technical problem that this invention is aimed at: to minimize the complexity of manufacturing the tool by using the simplest form of the workpiece, and also to simplify the installation inside the roll pipe by pressing the tool with longitudinal impact tension due to the minimum size of the impact loads at maximum use of the degree of deformation of the tool during working heating (without preliminary sampling of the gap), which is especially important about during the flaring pipes of large diameter and great length when tolerances are large enough.

Цель изобретения - снижение трудоемкости изготовления и использования инструмента. The purpose of the invention is to reduce the complexity of manufacturing and using the tool.

Сущность изобретения заключается в том, что в инструменте для развальцовки труб, содержащем гильзу из материала с памятью формы и размещенный внутри нее хвостовик, а также средства крепления гильзы на хвостовике, гильза выполнена с наружным диаметром, превышающим начальный внутренний диаметр трубы на величину упругой отдачи в холодном состоянии, при этом на торце гильзы, контактирующем со средствами крепления, выполнены пазы, а образованные ими участки гильзы наклонены к ее оси. The essence of the invention lies in the fact that in a tool for expanding pipes containing a sleeve of material with shape memory and a liner located inside it, as well as means for attaching the sleeve to the shank, the sleeve is made with an outer diameter exceeding the initial inner diameter of the pipe by the amount of elastic recoil in cold state, while at the end of the sleeve in contact with the fastening means, grooves are made, and the sections of the sleeve formed by them are inclined to its axis.

Такое техническое решение направлено на снижение трудоемкости изготовления инструмента для развальцовки труб за счет использования простых операций выполнения гильзы: резка трубы на участки нужной длины, фрезерование торцовых пазов, одновременная гибка лепестков, образуемых ими, наклонно к оси с образованием дна гильзы с центральным отверстием для крепления расположенного внутри хвостовика. Все эти операции могут быть автоматизированы, например выполняться на роторной линии. Кроме того, изобретение позволяет упростить запрессовку инструмента внутрь вальцуемой трубы на продольном ударном растяжении за счет уменьшения разницы между диаметром отверстия трубы до развальцовки и диаметром гильзы инструмента до 20% от общей деформации (1 - 1,5% деформации по отношению к диаметру - упругая отдача), т. к. остальные 80% от общей деформации памяти формы (4,5 - 5% деформации по отношению к диаметру - термовозвращаемая деформация) выполняются еще на стадии изготовления трубы-заготовки, например, из холоднотянутой или холоднокатаной трубы по калибру, равному начальному внутреннему диаметру вальцуемой трубы, с суммарной (общей) деформацией после последнего отжима не более 5 - 6% . Such a technical solution is aimed at reducing the complexity of manufacturing a tool for expanding pipes by using simple operations to perform the sleeve: cutting the pipe into sections of the desired length, milling the end grooves, bending the petals formed by them, obliquely to the axis with the formation of the bottom of the sleeve with a central hole for mounting located inside the shank. All these operations can be automated, for example, performed on a rotor line. In addition, the invention allows to simplify the pressing of the tool inside the roll pipe in longitudinal impact tension by reducing the difference between the diameter of the pipe hole before expansion and the diameter of the tool sleeve to 20% of the total deformation (1 - 1.5% deformation in relation to the diameter - elastic recoil ), since the remaining 80% of the total deformation of the shape memory (4.5 - 5% deformation in relation to the diameter is thermally reversible deformation) is carried out even at the stage of manufacturing the billet pipe, for example, from cold drawn or cold rolled th pipe caliber equal to the inner diameter of the initial pipe shreddability, with the total (overall) deformation after last spin no more than 5 - 6%.

Таким образом, заявляемый инструмент для развальцовки труб по сравнению с прототипом более эффективен без снижения характеристик самой операции развальцовки; он обладает существенными отличиями, т. к. приведенная совокупность существенных признаков как в полном объеме, так и в отдельности в научно-технической и патентной литературе не обнаружена. Thus, the inventive tool for flaring pipes in comparison with the prototype is more effective without reducing the characteristics of the flaring operation itself; it has significant differences, because the given set of essential features both in full and separately in the scientific, technical and patent literature is not found.

На фиг. 1 изображено положение инструмента в процессе его запрессовки в трубу, подлежащую развальцовке; на фиг. 2 - положение инструмента в процессе развальцовки; на фиг. 3 - положение инструмента после развальцовки. In FIG. 1 shows the position of the tool in the process of pressing it into the pipe to be expanded; in FIG. 2 - the position of the tool in the process of flaring; in FIG. 3 - tool position after flaring.

Инструмент для развальцовки труб содержит цилиндрическую гильзу 1 из материала с памятью формы и размещенный внутри нее хвостовик 2. Цилиндрическая гильза 1 выполнена из сплава никелида титана марок ТН-1, ТН-М3 или ТН-20 в виде отрезка трубы предварительно холоднодеформированной с уменьшением диаметра на 5 - 6% с торцовыми пазами 3, участки стенки трубы между которыми отогнуты наклонно к оси, образуя дно 4 с центральным отверстием 5 под резьбовой конец 6 хвостовика 2, соединяющий с помощью резьбовых деталей 7 (гайка с шайбой) его с дном 4. При этом использована труба с наружным диаметром, превышающим начальный внутренний диаметр вальцуемой трубы 8 на величину упругой отдачи после холодной деформации, т. е. на 1 - 1,5% , что может быть достигнуто получением холоднотянутой или холоднокатанной трубы по калибру, равному внутреннему диаметру вальцуемой трубы 8. Толщина стенок цилиндрической гильзы 1 (для указанных материалов) может быть равной толщине стенки вальцуемой трубы 8, а хвостовик 2 выполнен в виде стержня из стали с конусной частью, контактирующей с дном 4, диаметр которого обеспечивает наличие зазора между стержнем и внутренним диаметром гильзы 1. The tool for expanding pipes contains a cylindrical sleeve 1 made of a material with shape memory and a shank 2 located inside it. Cylindrical sleeve 1 is made of titanium nickelide alloy of grades ТН-1, ТН-М3 or ТН-20 in the form of a pipe segment previously cold-formed with decreasing diameter by 5 - 6% with end grooves 3, pipe wall sections between which are bent obliquely to the axis, forming a bottom 4 with a central hole 5 under the threaded end 6 of the shank 2, connecting it with the threaded parts 7 (nut with washer) to the bottom 4. When this is a pipe was used with an outer diameter exceeding the initial inner diameter of the rolled pipe 8 by the amount of elastic recoil after cold deformation, i.e., by 1 - 1.5%, which can be achieved by obtaining a cold drawn or cold rolled pipe in caliber equal to the inner diameter of the rolled pipe 8. The wall thickness of the cylindrical sleeve 1 (for these materials) can be equal to the wall thickness of the rolled pipe 8, and the shank 2 is made in the form of a steel rod with a conical part in contact with the bottom 4, the diameter of which provides the presence of a gap between the rod and the inner diameter of the sleeve 1.

Инструмент работает следующим образом. The tool works as follows.

Для закрепления (развальцовки) трубы 8 в отверстии 9 трубной решетки 10 цилиндрическую гильзу 1 инструмента при комнатной температуре одним или несколькими ударами молотка (на фиг. 1 направление удара показано стрелкой) по заднему концу 11 хвостовика 2 запрессовывают внутрь трубы 8. При этом гильза 1 уменьшается в диаметре до величины диаметра трубы 8 благодаря малым напряжением (до 3 - 7 кгс/мм²), необходимым для этого в диапазоне упругости материала с памятью формы в холодном состоянии, т. к. снимается отдача - упругое последействие 1 - 1,5% от общей деформации. Это приводит также к незначительному (не более 0,1 - 0,2% ) увеличению наружного диаметра трубы 8, т. к. малые напряжения со стороны запрессовываемой гильзы 1 не создают в материале обрабатываемой трубы 8 напряжений, превышающих предел упругости.To fix (flaring) the pipe 8 in the hole 9 of the tube sheet 10, the cylindrical sleeve 1 of the tool at room temperature with one or more hammer blows (in Fig. 1 the direction of impact is shown by an arrow) along the rear end 11 of the shank 2 is pressed into the pipe 8. In this case, the sleeve 1 decreases in diameter to the diameter of the pipe 8 due to the low voltage (up to 3 - 7 kgf / mm ² ) necessary for this in the elastic range of the material with shape memory in the cold state, since the recoil is removed - the elastic aftereffect 1 - 1.5 % of the total Reformation. This also leads to a slight (not more than 0.1 - 0.2%) increase in the outer diameter of the pipe 8, since small stresses from the side of the pressed sleeve 1 do not create stresses in the material of the processed pipe 8 that exceed the elastic limit.

После этого гильзу 1 нагревают любым источников тепла до температуры 105 - 135^оС. Вследствие проявления эффекта памяти формы диаметр гильзы 1 увеличивается на 4,5 - 5% (т. е. 80, % первоначального диаметра перед холодной деформацией заготовки гильзы 1), с реактивными напряжениями до 15 - 30 кгс/мм² воздействует на трубу 8 изнутри, что приводит к ее расширению и надежному закреплению в отверстии 9 трубной решетки 10 (фиг. 2).Thereafter, the sleeve 1 is heated by any heat source to a temperature of 105 - 135 ^C. Because of the shape memory effect manifestation diameter of the sleeve 1 is increased by 4.5 - 5% (ie, 80% of the original diameter before cold deformation of the sleeve blank 1..) with reactive voltages up to 15-30 kgf / mm ² acts on the pipe 8 from the inside, which leads to its expansion and reliable fastening in the hole 9 of the tube sheet 10 (Fig. 2).

Затем гильза 1 охлаждается до комнатной температуры, что приводит к незначительному уменьшению ее диаметра (фиг. 3) под воздействием упругих напряжений, после чего за задний конец 11 хвостовика 2 гильза 1 инструмента легко извлекается из развальцованной трубы 8. Then the sleeve 1 is cooled to room temperature, which leads to a slight decrease in its diameter (Fig. 3) under the influence of elastic stresses, after which the tool sleeve 1 is easily removed from the expanded pipe 8 over the rear end 11 of the shank 2.

На этом развальцовка одной трубы 8 заканчивается, а инструмент может быть аналогичным образом использован для развальцовки других труб. Дальнейшее использование заявляемого инструмента для развальцовки труб (более 10 раз) приводит к незначительной обратимой памяти гильзы 1 (1 - 1,5% ), что в совокупности с постоянно используемой для развальцовки упругой деформацией (1 - 1,5% ) ввиду увеличения модуля упругости при нагреве материалов с памятью формы (для некоторых сплавов от 4 до 25 раз), а также с приобретаемой каждый раз однократной памятью формы (при запрессовке способом продольного ударного растяжения гильзы 1) обеспечивает надежную степень развальцовки и закрепление труб 8 в трубной решетке 10 (до 5% ) с обеспечение натяга до 15 - 30 кгс/мм² в конце хода развальцовки.On this, the flaring of one pipe 8 ends, and the tool can be similarly used for flaring other pipes. Further use of the inventive tool for flaring pipes (more than 10 times) leads to insignificant reversible memory of the sleeve 1 (1 - 1.5%), which, in combination with constantly used for flaring elastic deformation (1 - 1.5%) due to an increase in the elastic modulus when heating materials with a shape memory (for some alloys from 4 to 25 times), as well as with a single-time shape memory acquired each time (when pressed using the method of longitudinal shock extension of the sleeve 1), it provides a reliable degree of expansion and fastening of pipes 8 to the pipe hydrochloric arrays 10 (to 5%) to ensure tightness to 15 - 30 kgf / mm ² at the end of stroke flaring.

Использование изобретения позволит снизить трудоемкость изготовления инструментов для развальцовки труб, облегчить и упростить работу инструментом, установку которого можно производить как до, так и после установки вальцуемых труб в трубные решетки, коллекторы, аппараты. The use of the invention will reduce the complexity of manufacturing tools for flaring pipes, to facilitate and simplify the work of the tool, the installation of which can be done both before and after installing the rolled pipes in the tube sheets, collectors, devices.

Все это в совокупности с возможностью ремонта теплобменных аппаратов, когда часть отверстий и труб в трубной решетке уже деформированы и не соответствуют параметрам и полям допусков, на которые рассчитаны инструменты с многократно обратимой памятью формы их специальных сплавов с большой (до 10 - 15% ) степень деформации, позволит резко снизить простои оборудования, что даст значительный экономический эффект в народном хозяйстве. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 647041, кл. B 21 D 39/06, опублик. 1979. All this combined with the possibility of repair of heat exchangers, when some of the holes and pipes in the tube sheet are already deformed and do not correspond to the parameters and tolerance fields for which tools with repeatedly reversible shape memory of their special alloys with a large (up to 10 - 15%) degree are designed deformation will dramatically reduce equipment downtime, which will give a significant economic effect in the national economy. (56) 1. USSR Copyright Certificate N 647041, cl. B 21 D 39/06, published. 1979.

2. Авторское свидетельство СССР N 893334, кл. B 21 D 39/06, опублик. 1981. 2. USSR author's certificate N 893334, cl. B 21 D 39/06, published. 1981.

3. Авторское свидетельство СССР N 1282944, кл. B 21 D 39/06, опублик. 1987. 3. Copyright certificate of the USSR N 1282944, cl. B 21 D 39/06, published. 1987.

Claims

TOOL FOR PIPE FOLDING, containing a sleeve made of a material with a shape memory and a liner located inside it, as well as means for fastening the sleeve on the shank, characterized in that the sleeve is made with an outer diameter exceeding the initial inner surface In this case, grooves are made on the end face of the sleeve in contact with the means of fastening, and the sections of the sleeve formed by them are inclined to its axis.