УСТРОЙСТВО КЛЕТИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ С МНОГОЗАХОДНЫМИ ВИНТОВЫМИ ГОФРАМИ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением и предназначена для получения гофрированных труб с полыми винтообразными сквозными спирально-профильными гофрами, используемыми в сепараторах, сильфонах и теплообменных аппаратах химического, энергетического и космического машиностроения.
Известно устройство для изготовления труб с винтовыми гофрами, содержащее формующие элементы, выполненные в виде роликов, расположенных вокруг оси устройства в количестве, равном числу заходов гофров, и приводные механизмы радиального перемещения и поворота, а также фиксации каждого ролика относительно продольной оси трубы, оснащенные корпусом, при этом ролики размещены в корпусе упомянутых механизмов с возможностью вращения на осях (FR 2116270, 17.07.1972, B21D 15/00).
Недостатком известного устройства являются ограниченные технологические возможности, выражающиеся в невозможности изготовления на трубе винтовых гофров разной высоты и с разными углами подъема их винтовой линии за один проход трубы между формующими элементами.
Известно устройство для изготовления труб с многозаходными винтовыми гофрами, включающее формующие элементы в количестве, не меньшем числа заходов гофр, размещенные с возможностью вращения на осях, установленных в механизмах радиального перемещения, поворота и фиксации угла относительно оси устройства, размещенных в корпусе (Патент Франции N 2116270, кл. B21D 15/00, 1970).
Недостатком известного устройства является ограниченные технологические возможности, выражающиеся в том, что длина гофрируемого участка трубы ограничена длиной оправки и требуются большие затраты труда и времени при переналадке устройства для получения труб с разными числами, углами и высотой гофр.
Наиболее близким является устройство для изготовления труб с многозаходными винтовыми гофрами, содержащее корпус, закрепленные на корпусе механизмы радиального регулируемого перемещения, поворота и фиксации угла относительно оси устройства с осями и приводами радиального перемещения, установленные на упомянутых осях с возможностью вращения формующие элементы по числу заходов гофр, размещенные вокруг оси устройства, отличающееся тем, что каждый из формующих элементов выполнен в виде диска, рабочая поверхность которого повторяет форму впадин гофр, механизм поворота, угловой фиксации и радиального перемещения каждого диска выполнен в виде штифта, радиально установленной в корпусе с возможностью поворота вокруг своей оси и фиксации от перемещения в осевом направлении втулки, размещенного во втулке с возможностью радиального перемещения стержня, на торце которого со стороны оси устройства размещена ось диска, ограничителей радиального перемещения, смонтированных с противоположного торца стержня с возможностью взаимодействия с втулкой, при этом в корпусе и втулке выполнены разнесенные вдоль оси втулки и расположенные перпендикулярно к ней отверстия под штифт, отверстия втулки смещены на величины, равные углам поворота диска относительно оси устройства, с возможностью приведения в соосное положение с одним из отверстий корпуса при повороте втулки вокруг своей оси (Патент №2 147 477, заявка №98122879/02 от 23.12.1998. Опубл.: 20.04.2000. Бюл. №11).
Недостатком известного устройства является ограниченные технологические возможности, выражающиеся в невозможности регулирования высоты и формы гофров в процессе профилирования трубной заготовки.
Техническим результатом полезной модели является расширение технологических возможностей прокатно-волочильного стана за счет расширения номенклатуры изделий и сокращения трудозатрат путем применения модуля управления системой ЧПУ для автоматизированного регулирования высоты гофров в процессе профилирования труб в широком диапазоне диаметров.
Для достижения технических результатов предложено устройство клети для изготовления труб с многозаходными винтовыми гофрами, содержащее корпус, механизм радиального перемещения держателей роликов, размещенных вокруг продольной оси клети по числу требуемого количества гофров, механизм радиального перемещения роликов относительно продольной оси клети состоит из ведущей и ведомой шестерен, контактирующих между собой с одной стороны зубчатым соединением, с другой стороны каждая шестерня контактирует с вертикальным участком держателей роликов, расположенных в корпусе, выполненном из двух сборно-разборных, скрепленных винтовым соединением половин, имеющих отверстия под оси шестерен, при этом на каждой оси ведущей шестерни за пределом корпуса размещены малые колеса-шестерни, контактирующие между собой зубчатым соединением и одновременно с большим колесом-шестерней, приводимой в движение от мотор-редуктора по программе системы ЧПУ, регулирующей одновременное приближение или удаление рабочих частей роликов к продольной оси клети на равные от нее расстояния.
Сущность заявленной полезной модели иллюстрируется графическими материалами:
- на фигуре 1 - Схема прокатно-волочильного стана:
1 - клеть, 2 - задняя станина, 3 - передняя станина, 18 - мотор-редуктор, 24 - гидроцилиндр, 25 - каретка продольной подачи трубной заготовки, 26 - центрирующее устройство, 27 - шток гидроцилиндра, 28 - оправка профильная;
- на фигуре 2 - Схема 12-ти заходной клети:
6 - держатель ролика, 7 - ролик, 8 - ведущая шестеренка держателя, 9 - ось ведущей шестерни, 10 - ведомая шестерня держателя, 11 - ось ведомой шестерни, 12 - малое колесо-шестерня, 13 - большое колесо, 19 - винт, 23 - штифт;
- на фигуре 3 - Схема сборного-разборного корпуса:
4 - левая боковина корпуса, 5 - правая боковина корпуса, 8 - ведущая шестерня держателя, 10 - ведомая шестерня держателя, 23 - штифт;
- на фигуре 4 - Схема держателя ролика вид спереди, сверху и сбоку:
6 - держатель ролика, 7 - ролик, 14 - трапецеидальная резьба, 15 - оправка, 16 - крышка, 17 - ось ролика, 21 - паз для угла закрутки α°=45 град, 22 - паз для угла закрутки α°=30 град.
Устройство клети (1) для изготовления труб с многозаходными винтовыми гофрами располагается на прокатно-волочильном стане между задней (2) и передней (3) станинами. Корпус клети состоит из двух сборных-разборных левой (4) и правой (5) половин.
Левая половина корпуса (4), обращенная к задней станине (2), выполнена в виде конуса, контактирующего с механизмами подачи трубной заготовки (20): кареткой продольной подачи трубной заготовки, узлом загрузки профильной оправки, выполненной с возможностью ее перемещения по внутренней полости трубной заготовки (на фиг. не обозначена). В левой половине корпуса (4), обращенной к передней станине (3), выполнены радиально расположенные полукруглые каналы и цилиндрические полости для размещения в них блока шестеренок (8, 10), а также сквозные отверстия для размещения осей (9) ведущих шестеренок (8) и осей (11) ведомых шестеренок (10).
На правой половине корпуса (5), обращенной к задней станине (2) и левой половине корпуса (4), также выполнены радиально расположенные полукруглые каналы и цилиндрические полости для размещения в них блока шестеренок (8, 10), а также сквозные отверстия для размещения осей (9) ведущих шестеренок (8) и осей (11) ведомых шестеренок (10).
Кроме этого, на наружной стороне правой половины корпуса (5), обращенной к тянущему устройству (24), на осях ведущих шестеренок (8) размещены малые колеса-шестерни (12), контактирующие между собой зубчатым соединением и одновременно с большим колесом-шестерней (13), приводимой в движение от мотор-редуктора (18) по программе системы ЧПУ, регулирующей одновременное приближение или удаление рабочих частей роликов (7) к продольной оси клети (1) на равные от нее расстояния.
Правая половина корпуса (5), обращенная к передней станине (3) и к гидроцилиндрам (24) тянущего устройства, также как и левая половина корпуса (4) включает, радиально расположенные полукруглые каналы, цилиндрические полости и сквозные отверстия для размещения держателей роликов (6), ведущих и ведомых шестерней (8, 10) и их осей (9, 11).
При объединении обеих половин (4 и 5) происходит состыковка полукруглых каналов с образованием в замкнутой цилиндрической полости для расположения державки (6) роликов (7).
На державках (6) и вдоль цилиндрического радиального канала корпуса (4, 5) выполнены шлицевые пазы (21, 22), фиг. 4 - для установки шпонок (23), фиг. 2 - под заданными углами α° по отношению к осям торцевой плоскости державок (6) роликов (7).
Величина угла α° определяет угол подъема винтовой линии гофр обрабатываемой трубы (20) и выбирается в диапазоне от 0 до±45°, дискретных угловых величин α° исходя из проектируемых задач.
Ролик (7) вставляется в паз держателя (6) и центрируется оправкой (15), контролируемые крышкой 16.
Шестереночный механизм клети (1) управляется системой ЧПУ, которая приводит в движение мотор-редуктор (18), гидроцилиндры (24), каретку подачи трубной заготовки в зону профилирования и из нее, механизмы вращения трубы и силового подпора (на фиг. не показаны, так как не являются предметом изобретения).
Модуль управления прокатно-волочильного стана состоит из мотор-редуктора (18) приводов, электродвигателей и других устройств электроавтоматики.
ЧПУ построено по двухуровневому принципу:
- верхний (оперативный) блок отвечает за управление операционной системой WINDOWS NT/2000/XP, что позволяет наиболее полно использовать преимущества данной системы без привлечения дорогих программных средств;
- нижний (исполнительный) блок отвечает за реализацию технологического процесса (интерполяции, управлении приводами и другими устройствами электроавтоматики) и управляется оперативной системой реального времени.
Система ЧПУ адаптируется к станку с помощью программы электроавтоматики, разветвленной системы параметров, а также поставки дополнительных программных модулей, учитывающих специфику и тип прокатно-волочильного стана.
Модуль управления (МУ) прокатно-волочильного стана имеет базовое программно-математическое обеспечение (ПМО) с открытой архитектурой на основе СОМ-технологии, что позволяет ускорить процесс разработки и модификации ПМО МУ за счет использования уже готовых отработанных решений, а также расширить технологические возможности МУ непосредственно заказчиком, не прибегая к услугам разработчика.
Система электрооборудования и ЧПУ универсального прокатно-волочильного стана обеспечивают включение исполнительных механизмов для профилировании труб с многозаходными винтовыми гофрами по заданной программе.
Деформирование трубы может производиться как с размещением внутри нее оправки с винтовыми выступами и впадинами, так и без оправки.
Наличие оправки или ее отсутствие определяется технологическими режимами обработки конкретных трубных изделий. Принцип работы 12-ти заходной клети.
При сборке клети (1) ролики (7) предварительно поворачивают относительно ее продольной оси на требуемый угол α°, определяемый углом подъема винтовой линии гофр обрабатываемой трубы (20). В качестве примера примем угол α°, равный 30° и 45°.
При сборке корпуса (4, 5) каждую державку ролика (6) поворачивают на требуемый угол α° (30° или 45°), приводя в соосное положение пазы 21 или 22, выполненные соответственно в держателе ролика (6) и корпусе (4), и фиксируют штифтами (23).
После сборки клети ее устанавливают на лонжероны прокатно-волочильного стана, соединяют большое колесо (13) с шестерней, установленной на мотор-редукторе (18) и закрепляют для создания единой конструкции.
В начале работы приближают ролики (7) к продольной оси трубной заготовки (20) и вминают часть стенки трубной заготовки внутрь, формируя начало гофров.
Трубную заготовку (20) устанавливают на каретку продольной подачи (25), расположенной на задней станине (2), и вводят в рабочую часть клети (1), фиг. 2, при этом передний конец трубной заготовки (20) выводят за пределы рабочей части клети (1) и закрепляют в центрирующем устройстве (26), контактирующим со штоком (27) силового гидроцилиндра (24), фиг. 1. Гидростанция, управляющая гидроцилиндрами (24) на фиг. не показана.
С целью получения симметричного профиля внутрь трубной заготовки (20) можно вставить оправку (28), имеющую как профильный, так и цилиндрический участки в зависимости от поставленных проектировщиками задач. Сборка завершается настройкой системы ЧПУ на заданную программу профилирования.
Работа клети (1) начинается с перемещения роликов (7) на заданную глубину внедрения в стенку трубной заготовки (20). После чего приводят в движение гидроцилиндры (24), которые для увеличения длины хода можно устанавливать по высоте в параллельные ряды с горизонтальным смещением, фиг. 1.
Процесс скручивания трубы происходит самопроизвольно, за счет внедрения роликов под заданным углом в стенку трубной заготовки. При движении трубной заготовки в осевом направлении ролики (7) имеют возможность вращаться на осях (17), взаимодействуя с трубной заготовкой (20) с образованием на ее стенке винтообразных гофров.
Для повышения устойчивости тонкостенной трубной заготовки к ее концу со стороны тянущего устройства (24) прилагают крутящий момент, совпадающий с направлением вращения трубы.
Скорость осевого перемещения трубы V согласуют с угловой скоростью ее вращения ω и углом подъема гофров, исходя из соотношения:
где V - скорость осевого перемещения трубы, R - радиус описанной окружности трубы, tg - тригонометрическая функция, θ - угол подъема гофров на профильной части трубы, ω - угловая скорость.
В указанное выражение подставляем известное соотношение между угловой скоростью и числом оборотов трубы в единицу времени:
где π=3,1416;  - число оборотов трубы в единицу времени.
В результате получаем выражение, связывающее число оборотов трубы вокруг своей оси и угол подъема гофров с линейной скоростью осевого перемещения трубы:
После получения заданной длины и высоты гофр на участке трубной заготовки (20) держатели (6) роликов (7) отводятся или приближаются к оси трубной заготовки (20) мотор-редуктором 18, управляемым системой ЧПУ по заданной программе.
Особое внимание требуется уделить приложению дополнительного крутящего момента к участкам трубной заготовки и профилированной ее части как со стороны приближающийся к роликам, так и со стороны удаляющийся от роликов.
Приложение осевого усилия и крутящего момента к участку трубной заготовки, приближающемуся к роликам, дополнительно увеличивает осевую устойчивость системы «труба - оправка», так как оправка при этом подвергается осевому растяжению, а труба - сжатию, т.е. дополнительно увеличиваются допустимые отношения длины профилирующего участка к наружному диаметру трубы.
ис
ис
ис
ис
Приложение крутящего момента к участку трубной заготовки, удаляющемуся от роликов, позволяет снизить прикладываемое к трубе осевое усилие и, следовательно, увеличить допустимые отношения L/D, h/D и уменьшить отношение s/D, где L - длина исходной трубной заготовки, h - высота гофров, s - толщина стенки трубы, D - исходный диаметр трубной заготовки.
Предложенная клеть для изготовления труб с многозаходными винтовыми гофрами позволяет расширить технологические возможности прокатно-волочильного стана за счет увеличения номенклатуры изделий и сокращение трудозатрат путем применения модуля управления системой ЧПУ для автоматизированного регулирования высоты гофров в процессе профилирования труб в широком диапазоне диаметров.
Расширение технологических возможностей включает: - получение на одном участке трубы гофр разной формы, например по высоте и сечению, а также получение гофрируемых и гладких участков на трубе в необходимой последовательности;
- получение гофрируемых участков с разным количеством гофров от одной до двенадцати;
- повышение геометрической точности гофров на трубах различных типоразмеров.
Снижение затрат труда и времени при переналадке устройства для изготовления гофр с различными углами подъема винтовой линии обеспечивает расширение номенклатуры изготавливаемых труб за фиксированное время.
Клеть для изготовления труб с многозаходными винтовыми гофрами может быть установлена на прокатно-волочильном стане, токарно-винторезном станке или на другом оборудовании, имеющим устройство осевого продольного перемещения трубной заготовки.