rury 300pxPredkladaný článok je zameraný na prehľad produkčného procesu hladkých a drážkovaných rúr. Aplikácia rúr s vnútorne členitým vnútorným povrchom prispieva k významnému zvyšovaniu energetickej efektívnosti energetických zariadení.

 

Článok sumarizuje technológie výroby hladkých a rebrovaných rúr, nástroje používané na tvárnenie rúr a zároveň materiály, ktoré sa používajú na výrobu tvárniaceho náradia. Následne sú uvedené východiskové metódy povlakovania nástrojov na zvyšovanie životnosti a zlepšovanie tribologických vlastnosti nástrojov.

*   *   *
Efektívne a ekonomické hospodárenie s energiami predstavuje budúcnosť odvetvia s ohľadom na znižovanie produkcie emisií. Výroba, transport a odovzdávanie energie v energetickom priemysle predstavujú oblasti, kde je priestor na výskum a vývoj.

*   *   *

Energetický priemysel vo svete v súčasnosti predstavuje jedno z najrýchlejšie sa vyvíjajúcich priemyselných odvetví a je pod výrazným drobnohľadom. Výskumné ústavy, vývojové centrá a zainteresované výrobné spoločnosti sa snažia vývojom nových technológií a zariadení toto odvetvie zdokonaľovať.
Ciele v oblasti výskumu a vývoja sú orientované na zvyšovanie efektívnosti energetických zariadení aj cestou zmeny tvaru vnútorného povrchu rúr používaných pri stavbe výmenníkov tepla. V súčasnosti sa pre výmenníky používajú rúry s hladkým povrchom, a to aj napriek faktu, že rúry s tvarovo členitým vnútorným povrchom pozitívne prispievajú k zvýšeniu výkonu týchto zariadení (ich špeciálny tvar umožňuje lepšiu výmenu tepla medzi médiom a rúrou).
Členitý vnútorný povrch spôsobuje, že v dôsledku odstredivých síl dochádza k oddeleniu pary a tekutiny, pričom tekutá fáza (voda) je vytláčaná smerom k stene rúry. Pri podrobnej analýze rúr s tvarovo členitým vnútorným povrchom je zrejmý ich prínos pre energetický priemysel, ako aj pre procesy prenosov energií. Hlavným problémom a dôvodom, prečo sa stále používajú bezšvíkové rúry s hladkým povrchom, je náročný proces výroby takýchto rúr a s tým súvisiacich tvárniacich nástrojov.

 

Výroba bezšvíkových rúr technologickým postupom ťahania za studena


Rozhodujúcim faktorom pri výrobe bezšvíkových rúr ťahaním za studena je výpočet kalibrácie ťahania a zostavenie technologických listov. Výpočet stanovuje počet ťahov v závislosti na spôsobe ťahania a stanovuje geometrické rozmery rúr po realizovaní jednotlivých ťahov. Medza pevnosti samotného materiálu je limitujúcim faktorom pri prepočte kalibrácie. Správne navrhnutý deformačný režim ťahania zabezpečuje minimálnu spotrebu materiálu pri čo najmenšom počte prechodov [1].
Pri ťahaní sa mení priemer rúry, hrúbka steny a jej celková dĺžka. Proces ťahania sa vykonáva na tzv. ťažných stoliciach. Pri ťahaní dochádza k zmene priemeru, hrúbky steny, dĺžky, tvaru a rozmerov priečneho prierezu, mechanických vlastností, spresneniu, zmenšeniu rozmerových a tvarových odchýlok a k zlepšeniu kvality povrchu.
Príprava rúr pred procesom ťahania (obr. 1) zahŕňa hrotovanie, morenie a povrchovú úpravu. Pre uchytenie rúry do ťažného vozíka je potrebné na jej konci vytvoriť dutý hrot. Dĺžka hrotu je závislá od priemeru rúry a pohybuje sa v rozmedzí 100 – 200 mm. Zahrotovaný koniec musí byť zbavený zvyškov okovín, ostrých hrán a otrepov, aby nedošlo k poškodeniu ťažných nástrojov. Kvôli fosfátovaniu je nevyhnutné, aby zahrotovaný koniec ostal otvorený.

botko 800px

Obr. 1: Technologický proces výroby bezšvíkových rúr ťahaním za studena [2]

 

Výroba rúr ťahaním na valcovom tŕni


Prievlak P, osadený v prievlakovej kocke, je ťahacím nástrojom. Vo vnútri je na tyči upevnený krátky tŕň D. Valcovité plôšky tŕňa a prievlaku musia navzájom súvisieť a pracovná plocha tŕňa neprečnieva cez prievlakovú čelnú plochu. Druhý koniec je pevne spojený s rámom [1].

Prievlaky
Pri ťahaní rúr za studena sú využívané kužeľovité prievlaky s valcovitou hladiacou zónou. Tvar prievlaku sa prispôsobuje spôsobu ťahania a tvaru tŕňa.
Rozdelenie prievlakov [1,5]:
• pri ťahaní s tŕňom – prievlak s krátkou valcovitou hladiacou zónou (obr. 2A)
• pri prievlačnom ťahaní – prievlak s dlhšou valcovitou hladiacou zónou (obr. 2B)

botko 01 800px

Obr. 2: Prievlaky A) s krátkou, B) s dlhou valcovitou zónou [1]

 

Výroba drážkových rúr ťahaním za studena

botko 02 800px

Obr. 3: Schéma ťahania drážkovaných rúr

Drážkové rúry (Obr. 4) sa používajú vo vysoko tlakových kotloch na odstránenie parného filmového efektu na vnútornom povrchu rúrky a na zvýšenie tepelnej účinnosti v peci. Drážky rúrok v konvenčnom poli poskytujú väčšiu mieru bezpečnosti pre prirodzenú cirkuláciu, asistovanie obehu pary, zníženie hmotnosti spádovej rúrky, bubna a spojovacieho potrubia, zníženie výkonu čerpadla a zníženie rámcovej hmotnosti [2, 4].

botko 03 800px

Rúrky sú získavané pri procese ťahania za studena. Po ťahaní a rebrovaní pásov sú spracované tak, aby získali požadované vlastnosti. Pred konečným rezaním sú 100-percentne kontrolované vírivými prúdmi alebo ultrazvukovým testom, podľa požiadaviek zákazníka. [7]

 

Materiály pre výrobu nástrojov na tvárnenie rúr

 

Vanadis 23
Cr – Mo – V – W rýchlorezná oceľ (Tab. 1) je vyrábaná práškovou metalurgiou. Má vysokú odolnosť proti abrazívnemu opotrebovaniu, dobrú odolnosť proti vyštiepavaniu strižných hrán, vysokú pevnosť v tlaku, dobrú stabilitu rozmerov pri tepelnom spracovaní a v prevádzke nástroja, dobrú odolnosť voči popúšťaniu, je vhodná pre povrchové úpravy (nitridovanie, PVD).

Vanadis 60
W – Mo – V – Co rýchlorezná oceľ (Tab. 1), vyrábaná práškovou metalurgiou. Má excelentnú odolnosť proti opotrebovaniu, vysokú pevnosť v tlaku a tvrdosť, dobrú stabilitu rozmerov pri tepelnom spracovaní, vysokú odolnosť voči popúšťaniu, je vhodná na povrchové úpravy.

Tvrdokov GJ11
Používa sa na obrábanie zliatin, pri ktorých sú kladené vysoké požiadavky na húževnatosť, na výrobu jadier prievlakov a tŕňov pre ťahanie kruhových a profilových rúr a tyčí z ocele a neželezných kovov, výrobu vložiek skladaných prievlakov i lisovacích matríc a na výrobu tesniacich krúžkov pre upchávky čerpadiel.

botko 04 600px

Tab. 1: Chemické zloženie PM ocele Vanadis 23, Vanadis 60 a tvrdokovu GJ11

 

Povlakovanie

 

Metóda PVD (obr. 5)
Je ekologicky najšetrnejšou metódou depozície vrstiev. Nepoužívajú sa pri nej žiadne nebezpečné materiály a pri procese depozície sa neuvoľňujú žiadne toxické látky.
Proces sa uskutočňuje v prostredí vysokého vákua (0,1 – 1,0 Pa), pri teplotách v rozmedzí 150 – 500 °C. K povlakovaniu dochádza v dôsledku kondenzácie atómov, prípadne zhluku atómov, uvoľňovaných z tzv. terčov. Takto vyrobené povlaky majú menšiu hrúbku než rovnaké typy povlakov vyrobené metódou CVD. [3,6]

botko 05 600px

Obr. 5: Výhody a nevýhody povlakovania metódou PVD [6]

Metóda CVD (obr. 6)
Metódou je možné vytvárať jednovrstvové i mnohonásobné povlaky. Pri viacnásobných povlakoch sa striedajú aspoň dva druhy vrstiev. Prechody medzi jednotlivými vrstvami zvyšujú odolnosť proti šíreniu porúch, čo následne vedie k zvýšeniu tvrdosti a húževnatosti. Multivrstvy sa vytvárajú cieleným riadením obsahu plynnej zmesi v priebehu depozičného procesu.

botko 06 600px

Obr. 6: Výhody a nevýhody povlakovania metódou CVD [6]

ZÁVER
V rámci riešenia projektu Výskum, výroba a prevádzkové overenie prototypových nástrojov na tvárnenie výmenníkových rúr s tvarovo členitým vnútorným povrchom pre zvyšovanie efektívnosti energetických zariadení v úzkej spolupráci so Železiarňami Podbrezová, a. s., a VVC ŽP je rozbehnutý vývoj tŕňa na tvárnenie rúr s tvarovo členitým vnútorným povrchom. Postupne prebieha navrhovanie geometrie nástroja a simulačné overenie geometrie nástroja z hľadiska geometrie výsledného produktu.
Ďalšie kroky spočívajú v pevnostných analýzach nástroja z viacerých nástrojových materiálov, zamerané na použitie tvrdokovových materiálov (spekané karbidy) a ocele, vyrobené metódou práškovej metalurgie (výrobný proces zaručuje jemnejšiu štruktúru materiálu a menšie sklony k objemovej anizotropii). Následné kroky sú smerované k výberu vhodného povlaku alebo kombinácie povlakov so zreteľom na tribologické vlastnosti, oteruvzdornosť a tvrdosť povlaku. Na základe získaných údajov sa začne výroba prototypových nástrojov a ich prevádzkové overenie.

 

Text/Foto: František Botko a kol.

Ďalší spoluautori: Michal Hatala1, Pavol Beraxa1, 2, Ján Duplák1, Svetlana Radchenko1, Dominika Lehocká1, 3, 1Technická univerzita v Košiciach, Fakulta výrobných technológií so sídlom v Prešove, 2ŽP VVC, s. r. o., Podbrezová, 3Ústav geoniky AV ČR, Ostrava

Literatúra:
[1] POČTA, B.:, Ocelové trubky, jejich výroba a použití, Praha, STNL, 1954
[2] BURDA, J., Výroba ocelových trubek, Praha, SNTL, 1962
[3] HUMAR A., Materiály pro řezné nástroje, Studijní opory VUT-FSI v Brně,
[4] HUMAR A., PÍŠKA M., Materiály pro řezné nástroje, MM Průmyslové spektrum – Speciální vydání, 10/2004
[5] KOLLEROVÁ, ET AL., Valcovanie. Bratislava Alfa, 1991, 576 s. ISBN 80-05-00729-9
[6] ZINDULKA O., Moderní metody povlakování nástrojů [online], Dostupné z: http://www.shm-cz.cz/files/literatura/31.pdf
[7] Výroba drážkových rúr ťahaním za studena [online], Dostupné z: http://www.smp-tubes.com/img/Downloads_Prospekte/Multi_Rifled.pdf