RU2709076C1

RU2709076C1 - Method of making pipes in the form of a truncated cone and a device for realizing the method

Info

Publication number: RU2709076C1
Application number: RU2019124373A
Authority: RU
Inventors: Лут Бурганович Низамиев; Ильнур Лутович Низамиев; Саркан Абузарович Танрыверди; Виктор Михайлович Гуреев; Михаил Викторович Гуреев; Денис Анатольевич Малышкин; Юрий Федорович Гортышов; Риннат Галеевич Нуруллин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Татарский центр катализа Эрэфен" (ЗАО "ТЦК Эрэфен")
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2019-12-13

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to power, chemical and petrochemical machine building, particularly, to production of pipes for machine building in form of truncated cone. Billet of cylindrical shape is drawn through round hole formed between inner wall of die and mandrel. Die consists of elements fixed on cams of the lathe chuck. Drawing elements form a circle with a hole in the center aligned with the through hole of the cartridge. Self-aligning mandrel in the form of solid body of revolution of curvilinear line around its axis is connected by flexible rod through freely rotating around its axis hinge with mechanism to regulate its movement.

EFFECT: enlarging manufacturing capabilities of pipes in the form of a truncated cone in a wide range of lengths and diameters.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способу получения холоднодеформируеых труб различного поперечного сечения волочением и устройству для осуществления этого способа.The invention relates to the field of metal forming, in particular to a method for producing cold-deformed pipes of various cross-sections by drawing and a device for implementing this method.

Известен способ изготовления труб постоянного, с наружными утолщениями сечения, согласно которому трубы производили на вертикальном гидравлическом экструдент-прессе. Хотя наружная поверхность получаемых труб имели разного рода утолщения, зависящие от формы подвижной иглы, внутренняя поверхность имели постоянный диаметр по длине готовой трубы. (Патент РФ 2168382, МПК D21С 3/08, опубл. 10.06.2001).A known method of manufacturing pipes of constant, with an external thickening of the cross section, according to which the pipes were produced on a vertical hydraulic extruder press. Although the outer surface of the pipes obtained had various thickenings, depending on the shape of the movable needle, the inner surface had a constant diameter along the length of the finished pipe. (RF patent 2168382, IPC D21C 3/08, publ. 06/10/2001).

Известен способ изготовления трубы волочением на оправке из коррозионностойкой стали 08X18H10Т размером 12×1,2 мм. по маршрутуA known method of manufacturing a pipe by drawing on a mandrel of stainless steel 08X18H10T size 12 × 1.2 mm along the route

16×1,5→12×1,2 мм. с коэффициентам вытяжки, равным 1,68. (Патент 2399448, МПК В21С 1/22, опубликован 20.09.2010). Этот способ применим при изготовлении труб только однотипного, цилиндрического сечения по всей длине трубы.16 × 1.5 → 12 × 1.2 mm. with hood ratios of 1.68. (Patent 2399448, IPC B21C 1/22, published September 20, 2010). This method is applicable in the manufacture of pipes of only the same type, a cylindrical section along the entire length of the pipe.

Известно волочение труб на монолитной самоустанавливающейся оправке, заключающееся в формировании головки на трубной заготовке, нанесении технологической смазке, установке и перемещении оправки посредством стержня в полости до основания головки и последующим волочением. Между оправкой, закрепленной на стержне в определенном положении и волоки образуется кольцевой зазор. При прохождении через такой кольцевой зазор, заготовка-труба обжимается как по диаметру, так и по толщины стенки. Если даже использовать для удержания оправки в очаге деформации силы трения, качественное изделие трудно получать без повторных вытяжек. При волочении оправка жестко закреплена на гибком стержне, что позволяет сократить долю ручного труда. (А.С. СССР №988397, МПК В2С 3/16, В2С 45/00, опубл. 15.01.1983).It is known to draw pipes on a monolithic self-aligning mandrel, which consists in forming the head on the pipe billet, applying technological lubricant, installing and moving the mandrel through the rod in the cavity to the base of the head and subsequent drawing. An annular gap is formed between the mandrel mounted on the rod in a certain position and the die. When passing through such an annular gap, the billet-pipe is crimped both in diameter and in wall thickness. Even if you use friction forces to hold the mandrel in the deformation zone, it is difficult to obtain a high-quality product without repeated hoods. When dragging the mandrel is rigidly fixed to a flexible rod, which reduces the share of manual labor. (A.S. USSR No. 988397, IPC B2C 3/16, B2C 45/00, publ. 15.01.1983).

Известен способ изготовления трубы с переменными диаметрами, который может быть использован при изготовлении кожухотрубных теплообменников и реакторов. Развертку трубы, получаемую из листовой стали (ленты) подвергают воздействию гибочного и формирующего многосекционного пуансона. Матрица выполнена в виде углубления и впрессована в станину. Секции пуансонов имеют плавно меняющиеся поперечные сечения и разные длины, соответствующие переменным по длине и ширине участкам матрицы. Формирование трубы завершается термосваркой продольного шва. (Патент РФ 2516334, МПК B21D 5/10, опубл. 20.05.2014). Поскольку материал, особенно сталь, вблизи шва меняет свою структуру, следовательно, материал трубы будет иметь неоднородные свойства. Поэтому трубы, изготовленные данным способом, не подходят для изготовления многотрубных теплообменников и реакторов, работающих при высоких температурах и давлениях.A known method of manufacturing pipes with variable diameters, which can be used in the manufacture of shell-and-tube heat exchangers and reactors. The pipe reamer obtained from sheet steel (tape) is subjected to a bending and forming multi-sectional punch. The matrix is made in the form of a depression and is pressed into the bed. Sections of punches have smoothly changing cross sections and different lengths corresponding to sections of the matrix that are variable in length and width. The formation of the pipe is completed by heat sealing of the longitudinal seam. (RF patent 2516334, IPC B21D 5/10, publ. 05.20.2014). Since the material, especially steel, changes its structure near the weld, therefore, the pipe material will have inhomogeneous properties. Therefore, pipes made by this method are not suitable for the manufacture of multi-tube heat exchangers and reactors operating at high temperatures and pressures.

Наиболее близким способом к заявляемому является способ, согласно которому наружную поверхность заготовки обрабатывают, пропуская через фильеру и, одновременно, воздействуя через внутреннюю поверхность «плавающей», самоустанавливающейся оправкой. При этом, система снабжена усовершенствованиями, позволяющими достигать оптимальную смазку. (Патент РФ 2593062, МПК В 21С 1/22, опубл. 27.07.2016).The closest way to the claimed one is the method according to which the outer surface of the workpiece is processed by passing through a die and, simultaneously, acting through the inner surface of a "floating", self-aligning mandrel. At the same time, the system is equipped with improvements to achieve optimal lubrication. (RF patent 2593062, IPC В 21С 1/22, publ. 07.27.2016).

Технической проблемой является изготовление различной длины бесшовных труб из трудно деформируемых металлов с постоянным и переменным сечением по всей длине, в частности, в форме усеченного конуса.A technical problem is the manufacture of various lengths of seamless pipes from difficultly deformed metals with constant and variable cross-section along the entire length, in particular in the form of a truncated cone.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение заключается в расширении технических и технологических возможностей в машиностроении за счет изготовления труб в форме усеченного конуса в широком диапазоне длин и диаметров при бесшовном выполнении. Это приведет к увеличению возможности обновления парка кожухотрубных теплообменников и реакторов для работы в жестких условиях - при высоких температурах, давлениях и в условиях высокой коррозии.The technical result, the achievement of which the invention is directed, is to expand the technical and technological capabilities in mechanical engineering by manufacturing pipes in the form of a truncated cone in a wide range of lengths and diameters with seamless execution. This will increase the possibility of updating the fleet of shell-and-tube heat exchangers and reactors for operation in harsh conditions - at high temperatures, pressures and in conditions of high corrosion.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления труб в форме усеченного конуса включает волочение полой, преимущественно цилиндрической формы заготовку через кольцевой зазор между волокой и оправкой, закрепленной на гибком стержне новым является то, что волочение осуществляют при одновременном радиальном перемещении составных элементов волоки, имеющей внутреннюю конусность и поступательном перемещении самоустанавливающейся оправки, при постоянном кольцевом зазоре.The technical result is achieved by the fact that the method of manufacturing pipes in the form of a truncated cone involves drawing a hollow, predominantly cylindrical-shaped workpiece through an annular gap between the die and the mandrel mounted on a flexible rod, new is that drawing is carried out while radially moving the components of the fiber having an internal taper and translational movement of the self-aligning mandrel, with a constant annular gap.

Технический результат достигается тем, что устройство для осуществления способа содержит волоку и оправку, закрепленную на гибком стержне, установленные с образованием между собой кольцевого зазора, при этом новым является то, что волока состоит из элементов, неподвижно закрепленных на обратных кулачках патрона токарного станка и подвижно связанных между собой боковыми поверхностями соединением «щип - паз», образующих отверстие, внутри которого находится самоустанавливающаяся оправка, закрепленная на гибком стержне, выполненная в виде тела вращения криволинейной линии вокруг продольной оси, гибкий стержень соединяет оправку с механизмом регулирования ее поступательного движения через свободно вращающийся вокруг своей оси шарнир.The technical result is achieved by the fact that the device for implementing the method comprises a die and a mandrel mounted on a flexible rod, installed with the formation of an annular gap between them, while the new one is that the die consists of elements fixedly mounted on the reverse cams of the lathe chuck and movably interconnected by lateral surfaces by a “pinch-groove” connection, forming a hole, inside of which there is a self-aligning mandrel mounted on a flexible rod, made in e curvilinear line of rotation of the body about the longitudinal axis of the flexible rod connects the mandrel to the mechanism of regulation of its forward movement through freely rotating around its hinge axis.

На фиг. 1 показан разрез, образованный вертикальной плоскостью, проходящей через оси двух противоположных кулачков с неподвижно закрепленными элементами волоки, а также через центр. Видно, что кулачки немного выступают за круг корпуса патрона, что означает начальное расположение волоки, оправки и заготовки.In FIG. 1 shows a section formed by a vertical plane passing through the axis of two opposing cams with fixed elements of the die, as well as through the center. It can be seen that the cams protrude slightly beyond the circle of the cartridge body, which means the initial location of the die, mandrel and workpiece.

На фиг. 2 показан вид сверху по направлению А, обозначенный на фиг.1. Положение составной волоки, представляющей собой неподвижно закрепленные на кулачки элементы волоки (пластины в виде секторов круга), фиксировано в середине процесса волочения. Это видно по выступающим частям кулачков за пределы корпуса патрона. В центре виден запасной шарнир, неподвижно прикрепленный на оправке.In FIG. 2 shows a top view in the direction A indicated in FIG. 1. The position of the composite die, which is the die elements fixed to the cams (plates in the form of circle sectors), is fixed in the middle of the drawing process. This is evident from the protruding parts of the cams beyond the cartridge housing. A spare hinge fixedly mounted on the mandrel is visible in the center.

На фиг. 3 показана взаимосвязь между элементами волоки на примере двух элементов. Элементы волоки (пластины в форме секторов круга), боковыми поверхностями объединены соединением «щип - паз» в круг с отверстием в центре или проходной диаметр волоки, который может меняться в пределах от 2,0 до 24,0 d (где, d - минимальный диаметр в мм. начального отверстия волоки).In FIG. 3 shows the relationship between the elements of the die on the example of two elements. The die elements (plates in the form of circle sectors), the lateral surfaces are connected by a tongue-and-groove connection in a circle with a hole in the center or through diameter of the die, which can vary from 2.0 to 24.0 d (where, d is the minimum diameter in mm. of the initial hole of the die).

На фиг. 4 показано сечение оправки по любой из вертикальных осей. Оправка представляет собой сплошное симметричное тело вращений сложной криволинейной фигуры вокруг собственной вертикальной оси. Ее возвратно - поступательное движение происходит в пределах от 2,0 до 100,0 мм. и более.In FIG. 4 shows a cross-section of a mandrel along any of the vertical axes. The mandrel is a continuous symmetrical body of rotations of a complex curved shape around its own vertical axis. Its reciprocating - translational movement occurs in the range from 2.0 to 100.0 mm. and more.

На фиг. 5 показан момент начала загрузки заготовки и положение волоки, оправки и заготовки. Для корректировки точного положения относительно волоки имеется стержень, связанный через свободно вращающийся вокруг своей оси шарнир одним концом, другим концом -исполнительным механизмом (на схемах не показан) для поддержания возвратно поступательных перемещений.In FIG. 5 shows the start time of loading the workpiece and the position of the die, mandrel and workpiece. To adjust the exact position relative to the die, there is a rod connected through a hinge freely rotating around its axis at one end and the other end with an actuating mechanism (not shown in the diagrams) to maintain reciprocating movements.

Сущность способа заключается в том, что при волочении одновременно меняют положение волоки и оправки с сохранением неизменной величину кольцевого зазора при определенной скорости протягивания заготовки.The essence of the method lies in the fact that during drawing, the position of the die and the mandrel are simultaneously changed while maintaining the annular gap at a certain speed of drawing the billet.

Устройство для осуществления способа изготовления труб в форме усеченного конуса содержит: трех - или - шести кулачковый самоцентрирующийся спирально - реечный патрон токарного станка. Корпус патрона токарного станка 1 класса А по ТУ РБ 500047867 со стальными кулачками 2, исполнительный механизм для движения кулачков 3; волоку 4, собранную из одинаковых составляющих подобных секторам, вырезанных из стальной круглой пластины, толщиной, равной высоте уступов кулачков 2, широкие торцы сохранили дугу радиусом исходного круга, а острые торцы срезаны на длину не менее одного мм. от острого конца под тупым углом относительно горизонтальной поверхности и по дугообразной линии, при этом узкие торцы, вместе острого угла, ограничены поверхностью, образованную из двух дуг и стягивающих эти дуги, двух линий; секторы, боковыми поверхностями соединением «щип - паз», объединены в круг с отверстием в центре, при этом узкими торцами секторов образовался цилиндр с внутренней конусностью (это образование называем составной волокой, а составляющие секторы - элементами волоки); элементы волоки неподвижно закреплены на однотипных уступах кулачков 2, известными способами, в частности, электросваркой 5; оправку 7, выполненная в соответствии с формой внутренней поверхности волоки 4 как сплошное тело вращения криволинейной линии вокруг своей оси, при этом, обе половины симметричны, вершинами соединены гибкими стержнями 8 посредством свободно вращающимися вокруг своей оси шарнирами 9, с механизмом обеспечения (на схемах не показан) поступательными движениями оправки 7); трубу 10 с известными захватными элементами; узел управления 11 может быть расположен в некотором отдалении от установки.A device for implementing a method of manufacturing pipes in the form of a truncated cone contains: three - or - six cam self-centering spiral-racked lathe chuck. The case of the cartridge of a lathe of class 1 class A according to TU RB 500047867 with steel cams 2, an actuator for the movement of cams 3; a die 4 assembled from identical sectors-like components cut from a steel round plate with a thickness equal to the height of the ledges of the cams 2, the wide ends kept the arc with the radius of the original circle, and the sharp ends were cut to a length of at least one mm. from the sharp end at an obtuse angle with respect to a horizontal surface and along an arcuate line, while the narrow ends, together of an acute angle, are bounded by a surface formed of two arcs and constricting these arcs of two lines; sectors, the lateral surfaces of the tongue-and-groove connection, are combined in a circle with a hole in the center, while with the narrow ends of the sectors a cylinder with an internal taper is formed (this formation is called a composite die, and the constituent sectors are called die elements); the die elements are fixedly mounted on the same ledges of the cams 2, by known methods, in particular, by electric welding 5; the mandrel 7, made in accordance with the shape of the inner surface of the die 4 as a solid body of rotation of a curved line around its axis, while both halves are symmetrical, vertices are connected by flexible rods 8 through hinges 9 freely rotating around its axis, with a support mechanism (not shown in the diagrams shown) by translational movements of the mandrel 7); a pipe 10 with known gripping elements; the control unit 11 may be located at some distance from the installation.

Устройство для изготовления труб в форме усеченного конуса работает следующим образом. Предварительно подготовленную полую металлическую заготовку 6, преимущественно цилиндрической формы, продвигают через волоку 4 в обратном волочению направлении так, чтобы оправка 7 оставалась внутри заготовки 6. При этом исполнительным механизмом 3 раздвигают волоку до наружного диаметра заготовки и более. Перед началом основных действий производят проверку смазки, состояние рабочих поверхностей волоки 4, оправки 7, стержня 8, надежность шарнира 9. Конец стержня 8 оправки 7 соединяют с исполнительным механизмом (на схемах не показан) в целях установления исходного положения оправки относительно волоки 4. Заготовку закрепляют к известному протягивающему механизму (на схемах не показано). Участок захвата заготовки известным механизмом захвата перед началом волочения пропускают через расширенное отверстие волоки в направлении волочения, минуя действия волоки 4 и оправки 7. Необходимый размер толщины стенки будущей трубы в форме усеченного конуса устанавливают в результате некоторой предварительной протяжки регулированием величину отверстия волоки 4 и положением оправки 7. По мере сжатия волокой 4, механизмом 3, оправка 7 за счет специальной поверхности, стремится выйти из зоны сжатия. Тогда срабатывает механизм регулирования через стержень 8 и шарнир 9 ограничивая перемещение оправки 7. При необходимости их взаимные положение подкорректируют, вносят изменения в параметры процесса, одновременно включают протягивающий механизм, волоку 4, и оправку 7. Возможны два направления волочения. В первом случае волочение начинают с формирования толстого конца трубы 10 в форме усеченного конуса. Волочение ведут с толстого конца к тонкому концу получаемой трубы 10. При этом площади поперечных сечений заготовки 6 (получаемой трубы 10) по мере удлинения трубы 10 убывают, что вызывает уменьшения тянущего усилия. Во втором случае, когда волочение ведут с формирования тонкого конца получаемой трубы 10, площади поперечных сечений увеличиваются, тянущие усилия в основном возрастают.A device for the manufacture of pipes in the form of a truncated cone works as follows. The pre-prepared hollow metal billet 6, mainly of cylindrical shape, is advanced through the die 4 in the opposite direction so that the mandrel 7 remains inside the workpiece 6. In this case, the actuator 3 extends the die to the outer diameter of the workpiece or more. Before starting the main steps, the lubricant is checked, the condition of the working surfaces of the die 4, the mandrel 7, the rod 8, the reliability of the hinge 9. The end of the rod 8 of the mandrel 7 is connected to the actuator (not shown in the diagrams) in order to establish the initial position of the mandrel relative to the die 4. The workpiece fasten to a known pulling mechanism (not shown in the diagrams). Before the start of drawing, the preform gripping section is passed through the expanded die hole in the drawing direction, bypassing the action of the die 4 and the mandrel 7. The required wall thickness of the future pipe in the form of a truncated cone is set as a result of some preliminary drawing by adjusting the size of the die 4 and the position of the mandrel 7. As compression by the wire 4, mechanism 3, the mandrel 7, due to the special surface, tends to leave the compression zone. Then the control mechanism is activated through the rod 8 and the hinge 9 restricting the movement of the mandrel 7. If necessary, their relative positions are corrected, changes are made to the process parameters, at the same time include the pulling mechanism, draw 4, and the mandrel 7. Two drawing directions are possible. In the first case, the drawing begins with the formation of the thick end of the pipe 10 in the form of a truncated cone. The drawing leads from the thick end to the thin end of the resulting pipe 10. In this case, the cross-sectional areas of the workpiece 6 (of the obtained pipe 10) decrease with the elongation of the pipe 10, which causes a decrease in the pulling force. In the second case, when the drawing is conducted from the formation of the thin end of the resulting pipe 10, the cross-sectional areas increase, pulling forces generally increase.

Для достижения качественных труб 10, осуществляют не одну, а несколько вытяжек. Устройство работает циклически. Волочение можно вести как вручную, так и полуавтоматически. При некоторой доработке, процесс можно перевести в непрерывный режим. Устройство можно монтировать в вертикальном или горизонтальном положении.To achieve high-quality pipes 10, carry out not one, but several hoods. The device operates cyclically. Drawing can be carried out both manually and semi-automatically. With some refinement, the process can be switched to continuous mode. The device can be mounted in a vertical or horizontal position.

Трубы в форме усеченного конуса используют для изготовления эффективных аппаратов в химической, нефтехимической и в ряде других отраслей. Особенно кожухотрубных прямотрубных аппаратов и реакторов, которые в Российской Федерации установлены более 100000 единиц [1]. Почти все выполнены с использованием теплообменных цилиндрических трубок, длиной 2-10 метров и более, у которых истекли сроки эксплуатации.Trumpet-shaped tubes are used for the manufacture of efficient apparatuses in the chemical, petrochemical, and a number of other industries. Especially shell-and-tube straight tube apparatus and reactors, which in the Russian Federation have installed more than 100,000 units [1]. Almost all were made using heat-exchange cylindrical tubes with a length of 2-10 meters or more, which have expired.

В предлагаемом способе изготовления труб в форме усеченного конуса и устройство для его осуществления несмотря на сложность, согласно предварительных расчетов, выявлены малые эксплуатационные расходы. Установка легко модернизируется, может подвергаться автоматизации при эксплуатации. Кожухотрубные аппараты, изготовленные с использованием труб в форме усеченных конусов, удовлетворяют технологические требования эксплуатационников в большей степени, чем классические цилиндрические аппараты с цилиндрическими трубами. Например, подача сырья может осуществляться как с конца малых диаметров, так и больших диаметров. Эта особенность играет весьма существенную роль при строительстве и монтаже крупнотоннажных промышленных установок.In the proposed method for the manufacture of pipes in the form of a truncated cone and a device for its implementation, despite the complexity, according to preliminary calculations, low operating costs are revealed. The installation is easily upgraded, can be automated during operation. Shell-and-tube apparatuses made using truncated cone-shaped tubes satisfy the technological requirements of operators more than classical cylindrical apparatuses with cylindrical tubes. For example, the supply of raw materials can be carried out both from the end of small diameters and large diameters. This feature plays a very significant role in the construction and installation of large-capacity industrial plants.

1. Попов И.А., Байрамов Ш.В., Бурдиков В.П. Состояние и перспективы развития рынка теплообменного оборудования в Республике Татарстан. // «Труды Шестого Международного симпозиума Ресурсоэффективность и энергосбережение», 2005, Казань, Татарстан, Россия, стр. 253-26.1. Popov I.A., Bayramov Sh.V., Burdikov V.P. Status and development prospects of the heat exchange equipment market in the Republic of Tatarstan. // "Proceedings of the Sixth International Symposium Resource Efficiency and Energy Saving", 2005, Kazan, Tatarstan, Russia, pp. 253-26.

Claims

1. A method of manufacturing pipes in the form of a truncated cone, including dragging a hollow billet through an annular gap between the die and the mandrel mounted on a flexible rod, characterized in that the drawing is carried out while radially moving the components of the fiber having an internal taper and translational movement of the mandrel, made self-aligning, with a constant annular gap between the die and the mandrel.

2. A device for the manufacture of pipes in the form of a truncated cone, containing a die and a mandrel mounted on a flexible rod, installed to form an annular gap between them, characterized in that the die contains elements that can be fixedly mounted on the cams of a lathe chuck, movably connected between the lateral surfaces with a tongue-and-groove connection and forming an opening for placement of a mandrel in it, which is made as a self-aligning curved line around a body of revolution the longitudinal axis and connected to the mechanism for regulating its movement by means of a flexible rod through a hinge freely rotating around its axis.

3. The device according to p. 2, characterized in that the die elements are fixed on 3 or 6 cams of the lathe chuck.