RU2196017C2

RU2196017C2 - Method for making heat exchange tubes with shaped ends

Info

Publication number: RU2196017C2
Application number: RU2001100890/02A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Батраев; С.И. Козий; С.С. Козий
Original assignee: Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П.Королева; Общество с ограниченной ответственностью "Ремонтно-механический завод"
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2003-01-10

Abstract

FIELD: plastic metal working, namely processes for making thick wall tubes with shaped ends. SUBSTANCE: method comprises steps of forming outer annular protrusion on end of tube by successively performing operations of tube end expansion and crimping; then placing tube end into opening of detachable lower die while arranging outer annular protrusion opposite relative to annular groove of lower die; fixing tube by means of lower die at applying compression effort to surface of outer annular protrusion of tube; then applying to tube end axial compression effort and providing plastic yielding of tube material into annular groove of lower die; at applying axial effort calibrating outer annular protrusion of tube. EFFECT: possibility for making shaped ends of thick-wall tubes at applying relatively small deforming efforts. 5 dwg

Description

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. The invention relates to the field of metal forming, in particular to processes for producing thick-walled pipes with profiled external ends, using the effect of localized directed plastic flow of pipe material.

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). A known method of producing heat exchange tubes with profiled endings, including installing the end of the pipe in the hole of a detachable matrix having annular grooves, fixing it from possible movement and the subsequent formation of annular protrusions on the outer surface of the pipe by applying compressive forces to its inner surface with mechanical rolling rollers (see RF patent for the invention 2160174, RU, C2, IPC B 21 D 39/06, Bull. 34 from 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. The main disadvantage of the known method for producing pipes with profiled external ends is the fact that the annular protrusions on the outer surface of the pipe end are performed by reducing the wall thickness of the latter. Therefore, to avoid this drawback, before forming a profiled tip, in practice, a set of pipe wall thickness is carried out, which lengthens the process.

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 ). There is also known a method of producing heat exchange pipes with profiled external tips, including crimping the end of the pipe, installing it in the hole of a detachable matrix made with an annular groove, then applying axial compressive force to the pipe end with providing plastic flow of its material into the annular groove of the matrix and forming an external annular the protrusion of the pipe ((RU, 2160175, C2, 10.12.2000, IPC B 21 D 39/06 - prototype).

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. The disadvantage of this method is that when processing thick-walled pipes, it is necessary to use hydraulic presses with relatively large nominal forces, since the formation of annular protrusions is carried out by the plastic flow of pipe material from the axial deforming force applied to its end.

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. The objective of the invention is to develop such a method for producing heat exchange tubes with profiled external tips, which would be implemented on thick-walled pipes with relatively small deforming forces.

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. The technical result is achieved by the fact that in the method for producing heat exchange pipes with profiled external tips, including crimping the end of the pipe, installing it in the hole of a detachable matrix made with an annular groove, then applying axial compressive force to the pipe end to ensure plastic flow of its material into the annular groove matrices and the formation of the outer annular protrusion of the pipe, according to the invention, the outer annular protrusion is formed before installing the end of the pipe into the hole of the split mat By successively distributing the pipe end and crimping it, installing the pipe end in the hole of the detachable matrix is done by placing the outer annular protrusion of the pipe opposite the annular groove of the matrix, after which the pipe is fixed by applying a compressive force to the surface of the annular protrusion of the pipe, and during application to the end of the pipe axial compressive forces calibrate the annular protrusion of the end of the pipe.

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. The implementation of the proposed method allows to obtain heat transfer pipes with shaped ends in conditions where the use of hydraulic presses with relatively large deforming forces is not required.

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. This is due to the fact that in the proposed method for producing pipes with profiled endings, an annular protrusion on the pipe is obtained by means of shape-changing operations, namely, distribution and crimping, which, as is known, do not require large efforts for their implementation. By installing the pipe in the matrix, the annular protrusion is placed opposite its annular grooves, which allows, by reducing the diameter of the matrix, to provide contact pressures between the surfaces of the annular protrusion and the annular groove. This eliminates one of the most acute problems in holding the pipe from axial movement. In addition, the subsequent application of axial force to the end of the pipe is aimed at moving its very small deformable volumes. The latter is accompanied by the need for large-scale efforts.

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. The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a heat exchange tube with an annular external protrusion mounted in an opening of a detachable matrix (consisting of three segments) having an annular groove of a trapezoidal cross section; figure 2 - stage fixation of the pipe from possible movements by means of a matrix; figure 3 is the initial stage of calibration of the annular protrusion; figure 4 - the end of the calibration stage of the annular protrusion; figure 5 - heat transfer pipe with a profiled outer tip.

Вариант осуществления изобретения состоит в следующем. An embodiment of the invention is as follows.

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. The heat exchange pipe 1, for example, of steel 10, before profiling the outer surface of its ends is subjected to preparatory operations: dressing, cleaning the outer surface of the ends to a metallic sheen and cutting to the best. Next, the pipe is subjected to shaping operations in the following sequence: distribution of the pipe end to form a calibrated section, its subsequent crimping over a length shorter than the initial one. The crimped section is again distributed, after which it is crimped to a shorter length. The end result of such operations is an annular protrusion on the outer surface of the pipe end in the presence of an inner annular recess.

Затем трубу 1 предварительно профилированной законцовкой устанавливают в отверстие разъемной матрицы 2, совмещая кольцевой выступ законцовки с кольцевой канавкой отверстия разъемной матрицы (фиг.1). Then the pipe 1 with a pre-shaped tip is installed in the hole of the split matrix 2, combining the annular protrusion of the tip with the ring groove of the hole of the split matrix (Fig. 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). The segments of the matrix are closed, which causes the location of the annular protrusion of the pipe in the annular groove of the hole of the detachable matrix. In this case, compressive pressures are created on the contact surfaces of the assembly elements, the magnitude of which exceeds the yield strength of the pipe material (figure 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).A stepped punch 3 is introduced into the hole of the pipe, the small step of which is made, for example, with a minimum clearance with respect to the diameter of the hole in the pipe end (Fig. 3)
Applying a compressive force to the end face of the shaped end of the pipe, carry out the plastic flow of its material in the axial direction, filling the volume of the annular recess (figure 4).

Полученная труба (фиг.5) отличается высокой точностью геометрических размеров как кольцевого выступа, так и ее отверстия, утолщенной стенкой полотна трубы. The resulting pipe (figure 5) is characterized by high accuracy of the geometric dimensions of both the annular protrusion and its hole, thickened by the wall of the pipe web.

Описанные операции выполняют на втором конце трубы. The described operations are performed at the second end of the pipe.

Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при профилировании внешних поверхностей концов труб из стали 10. A pilot test of the developed method took place when profiling the outer surfaces of the ends of the pipes of steel 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. Pipes prepared for profiling with initial geometric cross-sectional dimensions of 24.9 x 19.8 mm were profiled with a rigid punch with a conical inlet cone 10 mm long to an external diameter of the calibrated pipe section of 25.4 mm. The length of the calibrated section was 30 mm.

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. Then, the calibrated section of the pipe over a length of 20 mm was crimped in the matrix, which caused the pipe to deform to an external diameter of 24.4 mm. Then the compressed section was distributed to a diameter of 25.4 mm at a length of 13 mm from the end of the pipe. After that, the end of the pipe was crimped at a length of 9 mm. Thus, an annular protrusion with a trapezoidal cross section was formed.

При фиксировании трубы в разъемной матрице кольцевой выступ трубы обжимался с диаметра 25,4 мм до диаметра 25,3 мм. When fixing the pipe in a detachable matrix, the annular ledge of the pipe was crimped from a diameter of 25.4 mm to a diameter of 25.3 mm.

В качестве технологического оборудования использовался гидравлический горизонтальный пресс двойного действия конструкции ООО "Ремонтно-механический завод "нефтяной компании "ЮКОС". As the technological equipment, a hydraulic horizontal double-acting press of the design of OOO Mechanical Repair Plant of the Yukos oil company was used.

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. The shaped ends had an outer diameter of the annular protrusion of 25.3 mm, an outer diameter of the pipe web of 24.3 mm, and a hole diameter of 18.7 mm. The height of the annular projection was 0.5 mm, its large base was 4.0 mm, and the small base was 2.0 mm.

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. The tooling was made of U8A tool steel with a hardness of HRC after hardening of at least 56 units and with precision of executive dimensions according to the 9th grade. The trapezoidal annular grooves in the tooling matrix were made with the following geometric dimensions: small base 2 mm; large base 4 mm; 0.5 mm deep.

Ступенчатый пуансон имел диаметр малой ступени 18,7 мм, диметр большой ступени 24,3 мм. The step punch had a diameter of a small step of 18.7 mm, a diameter of a large step of 24.3 mm.

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. Calibration of the annular protrusions on the pipe was carried out on a double-acting hydraulic horizontal press designed by the Repair and Mechanical Plant LLC of the Yukos oil company with forces not exceeding 0.3 Mn, which ensured full reproduction of the required geometric dimensions of the annular protrusions of the trapezoidal cross section.

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. It has been established that the operation of forming an external annular protrusion of a trapezoidal cross-section by shaping operations (distribution and crimping) and axial compression of the pipe during the calibration of the annular protrusion ensures their geometric dimensions guaranteed by technological equipment, performance stability for any steels and alloys with relatively small deforming forces.

Изобретение применимо при изготовлении трубных пучков теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности. The invention is applicable in the manufacture of tube bundles of heat exchangers for oil refining, petrochemical, gas and other industries.

Claims

A method of producing heat exchange pipes with profiled external tips, including crimping the end of the pipe, installing it in the hole of a detachable matrix made with an annular groove, then applying axial compressive force to the pipe end to ensure plastic flow of its material into the annular groove of the matrix and forming an external ring protrusion of the pipe characterized in that the outer annular protrusion is formed before installing the end of the pipe into the hole of the split matrix by sequentially performed sections After the end of the pipe and its crimping, the end of the pipe is installed in the hole of the detachable matrix with the placement of the outer annular protrusion of the pipe opposite the annular groove of the matrix, after which the pipe is fixed by the matrix with a compressive force applied to the surface of the outer annular protrusion of the pipe, and during the application to the end of the pipe axial compressive forces calibrate the outer annular protrusion of the end of the pipe.