Вальцовка труб. Вальцевание листового металла на заводе ИнТехПром.

Завальцовка как метод уменьшения сечения

Вальцовка, или же вальцевание, труб – это технологический процесс деформации изделия для получения заданной формы. Такая деформация позволяет сохранить материал, в отличие от операций токарной или фрезеровочной обработки. Само определение вальцевания включает в себя следующие операции:

  • изменение поперечного сечения трубы;
  • изгиб заготовки под углом или по радиусу;
  • создание трубы из плоской или круглой заготовки;
  • привальцовка – процесс исключения зазора между расширяемым краем заготовки и трубогибом;
  • развальцовка – это увеличение одного конца трубки, выполняется для соединения двух труб телескопическим способом или для крепления к другому изделию;
  • завальцовка – обратная операция с целью создания герметичного соединения двух труб;
  • резка металла.

При монтаже сборных конструкций очень часто требуется достичь прочного соединения двух соседних фрагментов труб с разным диаметром. Чтобы плотно и без зазоров вставить одну трубу в другую, нужно либо расширить конец одного трубного отрезка, либо сузить конец другого. В вальцевании это называется «раздача торца наружу» и «торцевой обжим». После такой обработки изделий качество состыковки приближается к идеальному, что особенно важно при изготовлении котельного оборудования и трубопроводов различного назначения.

Еще одно широко распространенное применение развальцовки — это установка кондиционера, при которой приходиться сочленять одну медную трубу с другой без пайки, а затем присоединять полученную сборную конструкцию к внутреннему и внешнему блокам кондиционера. Для этого надо расширить конец одной трубы в виде «юбки».

Простейшие инструменты–вальцовки состоят из струбцины со стандартными отверстиями для зажима трубы и упора в виде конуса, который при ввинчивании расширяет конец трубы, создавая так называемую «юбку». Существует несколько типов ручных вальцовок для труб из меди:

  • вальцовка с конусом без эксцентрики и струбциной с одним универсальным держателем под все типоразмеры труб и без трещотки;
  • вальцовка без трещотки и конусом без эксцентрики и струбциной с набором отверстий под стандартные сечения трубы;
  • вальцовка с конусом–эксцентриком, с трещоткой и струбциной с набором отверстий под стандартные сечения труб.

Наилучший результат производит реверсивная вальцовка труб с эксцентричным конусом и трещоточным механизмом (рис. 3).

Станок для реверсивной вальцовки труб

Рис. 3

Конус такой вальцовки устанавливается эксцентрично и действует по принципу валка, распределяя давление при прокатке равномерно по всей плоскости материала, давая на выходе практически зеркальную поверхность. Это позволяет по максимуму пригнать развальцованный фрагмент к отверстию штуцера или соединительной гайки, обеспечивая наивысшее качество соединения.

Стоит отметить, что благодаря эксцентричному конусу и наличию трещотки снижаются затраты на усилие при вальцовке, что облегчает и ускоряет работу мастера. Такой инструмент для обработки труб из меди рассчитан на диаметры 4–22 мм (или в дюймовом исчислении — от 3/16 до 3/4 дюйма). Применение этого устройства возможно и для тонкостенных алюминиевых и стальных труб, которые можно увидеть в спортинвентаре, в мебельных конструкциях и т. д.

Внешний вид экстендера

Рис. 4

С помощью еще одного приспособления (экстендера) можно расширить диаметр в одно действие. Это рычажный инструмент со сменными расширительными насадками различного диаметра (рис. 4). Это как патрон у дрели, только лапки такой головки расширяются, а не сжимаются. Усилие создается с помощью рычагов со значительным плечом.

Развальцовка широко используется в качестве способа сочленения труб с решетками теплообменных устройств, обеспечивая высокую прочность и герметичность соединений.

Конусообразные валики

Рис. 5

Инструмент, применяемый для этой операции, представляет собой полноценные вальцы — конусообразные валики, которые, катаясь по внутренней плоскости заготовки, проход за проходом, увеличивают ее сечение (рис. 5).

Приводом служат реверсивные машины. В них контроль крутящего момента автоматизирован, чтобы обеспечить стабильность качества соединений. Глубина вальцевания может быть фиксированной или регулируемой, в зависимости от исполнения вальцовки.

Необходимость уменьшать сечение требуется при изготовлении элементов трубопровода с целью их дальнейшего соединения. В этом случае приходится обжимать конец трубы, который вставляется в гильзу. Уменьшить диаметр концевой части бывает нужно перед тем, как ручным способом нарезать на ней резьбу, или создать неразъемное плотное соединение трубы со штуцером. Для этого могут применяться обыкновенные клещи, хотя нередко используются специальные тиски, сконструированные особым образом (рис. 6).

Клещи для завальцовки труб

Рис. 6

В качестве ручного инструмента для завальцовки труб из мягких металлов могут выступать клещи с увеличенным рычажным плечом или малоразмерные вальцы, сочлененные с винтовой подачей. Стоит отметить, что для завальцовки водопроводной трубы из стали до сих пор нередко используют уникальное по простоте устройство — обыкновенный молоток.

Изгиб трубы вальцеванием

Вальцовка труб является одним из способов холодной гибки. Один из самых распространенных типов профилегибочных станков, работающих по данному принципу — это классический трехроликовый вальцевый трубогиб, который способен управляться с профилями из любого материала:

  • жесть;
  • сталь, в том числе и коррозионностойкая (нержавеющая);
  • цветные металлы;
  • сплавы;
  • полимеры.
Трехроликовый вальцевый трубогиб

Рис. 1

Основным действующим механизмом вальцовочного станка такого типа служит конструктивный узел из трех вращающихся роликов (валков). Из них ведущим может быть один средний, либо два крайних ролика. Цилиндрическая или профильная заготовка, заправленная в станок для вальцовки труб, последовательно прокатывается между валками и изгибается для получения необходимого радиуса кривизны (рис.1).

В ходе прокатки заготовки на таком станке можно согнуть небольшой отрезок трубы, а можно изготовить и длинный гнутый профиль, протяженностью 5 и более метров, что востребовано, например, в строительной отрасли. Путем перемещения через валки заготовка изгибается под определенным углом по всей заданной длине. Еще одним важным достоинством такого станка является возможность гнуть трубу на полный круг, то есть на угол 360 градусов.

Во время вальцовки трубы происходит процесс ее механического деформирования, который можно разделить на две стадии:

  1. Сначала создается предварительный натяг для придания необходимого радиуса изгиба. Это реализуется созданием усилия центральным двигающимся роликом на трубу, упирающуюся в два других ролика, либо посредством прикладывания усилия к двум боковым двигающимся роликам на трубу, упирающуюся в неподвижный центральный ролик.
  2. Собственно изгиб трубы происходит благодаря силе трения, возникающей между крутящими роликами станка и обрабатываемой трубой. Изделие, захватываемое усилием трения по ходу вращения крутящих роликов, гнется на величину предварительно установленного радиуса натяга трубы.

Если необходимый радиус изгиба не удается сформировать за один ход, то действия обеих стадий производятся повторно — до получения необходимой кривизны изгиба. Чем больше толщина стенки, тем большую кривизну изгиба можно реализовать. Для таких станков наименьший радиус гиба в единицах, кратных диаметру трубы, составляет:

  • для очень толстой стенки — 6;
  • для толстой стенки — 10;
  • для тонкой стенки — более 10.

Вальцовка профильной трубы — это, в сущности, ее деформация, при которой производится изгиб материала по некоторому направлению.

Вальцы для профильной трубы

Рис. 2

По этому признаку такую технологическую операцию можно отнести к одному из видов гибки металла. Поэтому отдельные специалисты заменяют словосочетание «вальцевание труб» термином «вальцевая гибка». Вальцы для профильной трубы при использовании данного типа профилегибов отличаются только формой (калибром) роликов или валков (рис.2).

Промышленные гибочные станки для труб по способу управления делятся на четыре группы:

  • ручные;
  • гидравлические;
  • электрические с механикой;
  • электрические с гидравликой.

Их выбор определяется производственными задачами, объемом серийно выпускаемой продукции и финансовым состоянием предприятия.

Зачем и где используется?

Профильной отраслью, использующей процесс вальцевания, смело можно назвать металлообрабатывающую промышленность. Следующими в списке стоят все сферы, в которых применяются трубы и трубные соединения. Вальцевание используется как при создании трубок кондиционера, гофрированных труб из нержавеющей стали или трубок теплообменника, так и для весьма сложных конструкций (типа барабана парового котла).

Вальцевание применяется не только в промышленности, но и в повседневной жизни. Данная процедура актуальна в следующих случаях:

  • соединение блоков кондиционера при установке;
  • прокладка газовых и сантехнических труб;
  • при пайке медных трубок холодильных установок;
  • замена трубок тормозной системы автомобиля.

Развальцовка с целью увеличения сечения трубы

В зависимости от температуры заготовки процесс вальцовки труб можно разделить на две большие группы.

  • Горячее вальцевание. Используется при работе с материалами, обладающими высоким сопротивлением к деформации. Например, нагрев используется при вальцовке пластиковых труб по радиусу.
  • Холодное вальцевание. Применяется для мягких материалов, таких как медь, алюминий, низкокачественная сталь и им подобные.

Оба типа обработки применяются как при ручном, так и при промышленном способе вальцовки труб. Для самостоятельной работы потребуется приобрести экспандер или специальный набор, в который входят следующие предметы: труборез, штампы с отверстиями различного диаметра, зажим и сам труборасширитель. Он оснащается конусным расширителем. Если конус черный и необработанный, то набор предназначен для сантехнических труб, в противном случае комплект можно применять при работе с кондиционерами.

При развальцовке различают три основных типа воронки.

  • Обычная воронка. Самый просто вариант, встречается повсеместно.
  • Евростандартный грибок. Подобный тип часто встречается на автомобилях европейского производства. Внешне напоминает автомобильную покрышку.
  • Воронка с двойным сложением окраины. Воронки такого типа распространены в автомобилях американского производства.

Часто для расширения трубы собственными силами используется коническая заготовка с необходимым углом. Но при таком подходе велика вероятность, что материал трубы деформируется неравномерно, а возможно, произойдет разрыв трубы или ее загиб.

Станок для реверсивной вальцовки труб

Рис. 3

Внешний вид экстендера

Рис. 4

Конусообразные валики

Рис. 5

Клещи для завальцовки труб

Рис. 6

Технология

Как и любая другая технологическая операция, вальцевание имеет свои ГОСТы и ОСТы, регулирующие и регламентирующие процесс и его параметры, например: контроль герметичности, калибровку, допуски на толщину стенок трубы. Также на предприятиях имеются собственные СТО для этих целей. Представим краткий список данных документов.

  • ГОСТ 13954-74 (переиздан в январе 1988 г. с Изменениями №1, 2). Концы труб, развальцованные для соединений трубопроводов по наружному конусу. Конструкция и размеры.
  • ГОСТ Р 55601-2013. Аппараты теплообменные и аппараты воздушного охлаждения. Крепление труб в трубных решетках.
  • ГОСТ 28941.12-91. Соединения трубопроводов с развальцовкой трубы. Концы труб развальцованные.
  • ОСТ 26-02-1015-85. Отраслевой стандарт. Крепление труб в трубных решетках. Министерство химического и нефтяного машиностроения.
  • СТО 002203680014-2009. Крепление труб в трубных решетках кожухотрубчатых теплообменных аппаратов и АВО.

Инструменты и оборудование

В производстве процесс вальцевания выполняется не только с помощью обычных или пневматических ручных инструментов – для этого также применяют токарный станок, вальцовый трубогиб или прокатный станок. Использование подобных специализированных станков и инструментов обуславливается размерами заготовок и материалами, из которых они сделаны.

Именно от свойств и параметров материала заготовки зависит, какой категории будет использоваться инструмент при обработке.

  • Категория Т – используется при обработке трубок с внутренним диаметром от 5,6 до 12.5 мм. Глубина вальцевания ограничена.
  • Категория СТ – применяется при вальцевании сварных изделий, внутренний диаметр которых равняется 6-11 мм. Так же, как и у инструментов группы Т, у СТ ограничена глубина использования.
  • Категория Р – предназначена для изделий диаметром от 1,2 до 4 см. Максимальное значение развальцовки равняется 4,87см.
  • Категория РТ – используется для видов с внутренним диаметром 0,55-1,29 мм.
  • Категория СР – применяется для толстых трубных решеток, глубина развальцовки равняется 3,23 см.
  • Категория 5Р – предназначена для трубок из нержавеющей стали с тонкими стенами.
  • Категория К и КО – подходят для развальцовки котельных труб.

В свою очередь, прокатные станы по изготовлению бесшовных труб также имеют свое разделение.

  • Непрерывно-удлинительные. Предназначены для производства изделий диаметром до 110 мм.
  • Коротконаправочные. Используются при изготовлении изделий диаметром от 60 до 450 мм.
  • Трехвалковые. Применяются для создания толстостенных труб сечением от 35 до 200 мм.
  • Пилигримовые. Предназначены для получения бесшовных изделий диаметром от 400 до 700 мм.

Валковые трубогибы представляют собой систему, состоящую из нескольких валков, их количество варьируется от 2 до 3 (реже 4) штук. Два вращающихся нижних валка в такой системе прижимают заготовку к третьему, упорному, вокруг которого изгибается изделие. В результате такой прокатки изменяется профиль внутреннего сечения трубы. Регулировка радиуса получаемого изделия осуществляется подбором диаметра валков и расстояния между нижними элементами. В процессе обработки валки станка должны выдерживать высокие механические нагрузки, поэтому их изготавливают из высокопрочных сплавов стали.

Подобные трубогибы являются довольно универсальным оборудованием и позволяют выполнять вальцевание уголков. Также при помощи вальцов различного вида создаются профильные трубы. Наибольшей популярностью пользуются профильные трубы квадратного (прямоугольного) и овального сечений.

Подводя итоги, стоит еще раз отметить, что термин «вальцевание» включает в себя довольно объемный список технологических процессов. Для получения необходимого результата необходимо грамотно выбрать подходящий инструмент, оборудование и соблюдать условия технологического процесса.

Вальцовка К-45-47 и КО-45-47 представлена далее.