Устройство для пневмоабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок

Полезная модель относится к механической обработке глубоких отверстий в трубных заготовках, в частности к обработке трубных заготовок пневмоабразивной средой. Может использоваться при осуществлении процессов шлифования наружных и внутренних поверхностей длинномерных труб.
Известно устройство для струйно-абразивной обработки тел вращения, содержащее цилиндрический элемент для реализации эффекта Коанда, рабочую камеру с местом установки вращающейся обрабатываемой детали, в нижней части которой смонтировано плоское питающее сопло, на противоположной цилиндрическому элементу стенке которого установлен патрубок для подачи в питающую струю под действием собственного веса возвратного абразива (Пат. RU 11128, МПК В24С 3/22, опубл. 16.09.1999).
Недостатком данного устройства является невозможность совмещения обработки наружных и внутренних поверхностей, что снижает его производительность.
Другим недостатком установки является невозможность ее использования в известном виде для одновременной подачи пересекающихся потоков струй воздуха и порций сухого абразива и невозможность отражения смешанного пневмоабразивного потока при его перемещении в зазоре между трубами и образования завихрения потока между витками шнека при совмещенной обработке наружных и внутренних поверхностей одновременно нескольких соосно установленных трубных заготовок. Отсутствие такой возможности у известного устройства, даже в случае его усовершенствования и встраивания в известные устройства, снижает его производительность.
Известна установка для струйной обработки внутренней поверхности трубных заготовок, содержащая накопительно-расходный узел, состоящий из двух отдельно расположенных бункеров, струйных аппаратов внутри бункеров и системы трубопроводов рабочего тела с выведенными на боковые поверхности форсунками струйных аппаратов, с последовательно прикрепленными к ним обрабатываемыми заготовками, и трубопроводы рабочего тела, соединенные с внутренней полостью противоположного бункера (Пат. RU 2274540, МПК В24С 3/16, опубл. 20.04.2006).
Недостатком установки является невозможность ее использования в известном виде для подачи потока абразива под нужным углом при перемещении его сжатым воздухом в зазоре между трубами и образования направленного движения без завихрения потока при совмещения обработки наружных и внутренних поверхностей одновременно нескольких соосно установленных трубных заготовок. Отсутствие такой возможности у известного устройства снижает его производительность.
Известно автоматическое устройство для струйной гидроабразивной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей, являющихся телами вращения, выполненное виде нескольких изолированных камер обработки с проходящим через них штанговым транспортером с П-образными захватами, снабженное набором форсунок, резервуаром для пульпы, фиксирующими и прижимными элементами, позволяющее одновременно устанавливать и обрабатывать несколько деталей (А.с. SU 180109, МПК В24С 3/12, опубл. 28.11.1966).
Недостатком установки является невозможность ее использования в известном виде для отражения потока гидроабразивной жидкости при его перемещении в зазоре между трубами и образования завихрения потока при совмещения обработки наружных и внутренних поверхностей одновременно нескольких соосно установленных трубных заготовок.
Другим недостатком данного устройства является невозможность обеспечения завихрения потока абразивной среды, перемещаемой под давление воздуха на значительные расстояния (до 12 м). Отсутствие такой возможности у известного устройства снижает его технологические возможности.
Известно устройство для обработки внутренней поверхности труб, содержащее сопловую насадку, элементы подвода рабочего вещества и энергоносителя и завихритель потока, выполненный в виде втулки с конусным и криволинейным участками на наружной ее поверхности, снабженное осевым установочным стержнем, фланцем, элементами подвода рабочего вещества и элемента подвода энергоносителя, при этом на внутренней поверхности сопловой насадки выполнен расширяющийся в сторону выхода криволинейный участок (Пат. RU 2108903, МПК В24С 5/04, В24С 3/16, опубл. 20.04.1998).
Недостатком данного устройства является невозможность совмещения обработки наружных и внутренних поверхностей, что снижает его производительность, а также сложность создания отклонения питающей струи на всей длине камеры и сложность выполнения разгонного канала в случае необходимости обработки протяженных поверхностей, например длинномерных труб. Поскольку длинномерные трубы, например трубы по ГОСТ 8731, 23270, ГОСТ Р 53383, могут иметь длину до 9 м, то при обработке их необходимо иметь достаточно протяженную камеру для движения обрабатывающей наружную и внутреннюю поверхности абразивной среды для создания завихряющегося потока и движения его под различными углами к обрабатываемой поверхности.
Недостатком установки является невозможность ее использования в известном виде для отражения потока гидроабразивной жидкости при его перемещении в зазоре между трубами и образования завихрения потока при совмещения обработки наружных и внутренних поверхностей одновременно нескольких соосно установленных трубных заготовок. Отсутствие такой технологической возможности у известного устройства, в случае его встраивания в известные устройства, снижает его технологические возможности.
Известно устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащее резервуар для гидроабразивной среды, напорный и сливной трубопроводы, установленные на основании левый и правый фланцы с зеркально расположенными центрирующими выточками для базирования трубных заготовок и сквозными отверстиями цилиндрической формы, выполненные с возможностью фиксации между ними трубных заготовок разного диаметра, установленных соосно одна в другой (Пат. RU 152429, МПК В24С 3/02, В24С 9/00, опубл. 27.05.2015).
Недостатком установки является применение гидроабразивной среды, содержащей воду, что неприемлемо для обработки труб, подлежащих покрытию полимерами и другими защитными веществами.
Кроме того, простая замена в известном устройстве гидроабразивной жидкости (рабочей среды) на воздушную смесь экономически нецелесообразна, т.к. для достижения удовлетворительной производительности придется создавать слишком большие параметры скорости абразивных частиц и давления воздуха. Отсутствие перечисленных возможностей у данного устройства снижает его экономические и технологические возможности.
Наиболее близким конструктивно является устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащее резервуар для рабочей среды, напорный трубопровод и установленные на основании левый и правый фланцы, выполненные составными из соосно размещенных наружной, промежуточной и внутренней втулок, снабженных зажимными цангами и центрирующими выточками для базирования и фиксации трубных заготовок и спирального шнека, установленных соосно, снабженное механизмами вращения с возможностью реверсивного движения, установленным между трубными заготовками и соосно с ними полым спиральным шнеком с внутренней спиралью, выполненным из эластичного материала с выступами на наружной и внутренней спирали, снабжеными абразивными элементами (Пат. RU 159213, МПК В24С 3/02, В24С 9/00, опубл. 10.02.2016).
Недостатком данного устройства является использование гидроабразивной среды: так как остаточная влага мешает дальнейшему нанесению покрытий на поверхности трубных заготовок, полученная после обработки поверхность должна быть подвергнута дополнительной сушке.
Задача технического решения заключается в разработке нового высокопроизводительного устройства для сухой обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок
Техническим результатом является повышение производительности и качества обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок.
Технический результат достигается при использовании устройства для пневмоабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащего резервуар для рабочей среды, напорный трубопровод, составные левый и правый фланцы, выполненные из соосно размещенных наружной, внутренней и промежуточной втулок и установленные на основании, шнек с корпусом и наружной и внутренней спиралями, выполненный с возможностью установки между трубными заготовками соосно с ними, и механизмы вращения, выполненные с возможностью реверсивного движения шнека, при этом наружная и внутренняя втулки выполнены с центрирующими выточками для базирования трубных заготовок, а промежуточная втулка содержит зажимные цанги для фиксации шнека, при этом корпус шнека выполнен двутельным в виде наружной трубы и внутренней трубы, соосно установленных одна в другой с зазором, сообщающимся с напорным трубопроводом, при этом наружная и внутренняя спирали шнека содержат сопла, расположенные на их наклонных плоскостях, а наружная труба и
внутренняя труба корпуса шнека содержат радиальные сопла, расположенные между витками упомянутых наружной и внутренней спиралей, причем в наружной и внутренней трубах корпуса шнека выполнены закрытые винтовые каналы, сообщенные с соплами спиралей шнека и с резервуаром для рабочей среды.
Сущность технического решения заключается в направлении рабочей среды под нужным углом к обрабатываемой поверхности за счет создания механизма воздухораспределения и распределения сухого абразива по всей длине обрабатываемых поверхностей путем раздельной подачи абразива и сжатого воздуха к нужной точке контакта с обрабатываемой поверхностью и их смешивания вблизи обрабатываемой поверхности при пнемоабразивной обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей соосно установленных длинномерных трубных заготовок. При этом повышается производительность и качество обработки поверхностей трубных заготовок. Кроме этого, смешивание струй сжатого и абразивного материала, за пределами сопла является предпочтительным, так как прохождение уже объединенных струй через сопло, как правило, приводит к быстрому его износу.
Шнек устройства состоит из двутельного корпуса, наружной и внутренней спиралей. Корпус шнека состоит из наружной и внутренней труб, соосно установленных одна в другую с зазором. При этом наружная спираль шнека распложена на наружной трубе корпуса шнека, а внутренняя спираль шнека расположена на внутренней трубе корпуса шнека. Обе трубы снабжены радиальными соплами, расположенными между витками спиралей и обращенными в сторону соответствующих обрабатываемых поверхностей трубных заготовок, а зазор между трубами корпуса шнека сообщается с напорным трубопроводом, подающим воздушную струю под давлением, что обеспечивает подачу сжатого воздуха.
Кроме этого, на встречных поверхностях наружной и внутренней труб корпуса шнека выполняются закрытые винтовые каналы для подвода сухого абразива, а наклонные плоскости внутренней и наружной спиралей шнека снабжаются соплами. Закрытые винтовые каналы сообщаются резервуаром для рабочей среды и с соплами спиралей шнека, что обеспечивает подачу абразива обрабатываемым поверхностям.
Таким образом, при пневмоабразивной обработке трубных заготовок раздельная подача абразива и сжатого воздуха непосредственно к точке контакта с обрабатываемой поверхностью в результате их смешивания вблизи обрабатываемой поверхности позволяет создать эффективное воздухораспределение и распределение сухого абразива по всей длине обрабатываемых поверхностей, что в свою очередь ведет к повышению производительности и качества обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок.
На фиг. 1 показано продольное сечение устройства для пневмоабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок. На фиг. 2 показано продольное сечение шнека.
Устройство для пневмоабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок состоит из основания 1 и установленных на нем составным левым фланцем 2 и составным правым фланцем 3, каждый из которых состоит из соосно установленных одна в другой по скользящей посадке наружной 4, промежуточной 5 и внутренней 6 втулок соответственно. На наружных 4 и внутренних 6 втулках левого 2 и правого 3 фланцев выполнены центрирующие выточки 7 для базирования трубных заготовок 8 (трубная заготовка с меньшим диаметром), 9 (трубная заготовка с большим диаметром). В каждой центрирующей выточке 7 наружной 4 и внутренней 6 втулках левого фланца 2 равномерно по окружности расположено не менее трех подпружиненных сухарей 10.
Промежуточные втулки 5 левого 2 и правого фланцев 3 снабжены зажимными цангами 11 для зажима и вращения шнека, двутельный корпус которого выполнен в виде наружной трубы 12 и внутренней трубы 13, соосно установленных одна в другой с зазором 14. Наружная труба 12 корпуса шнека снабжена наружной спиралью 15, а внутренняя труба 13 корпуса шнека снабжена внутренней спиралью 16. Зазор 14 между трубами 12 и 13 корпуса шнека сообщается с напорным воздушным трубопроводом (на фиг. не показан), с помощью компрессора подающим воздушную струю под давлением. Наружная труба 12 и внутренняя труба 13 корпуса шнека снабжены радиальными соплами 17, расположенными между витками наружной 15 и внутренней 16 спиралей и обращенными в сторону соответствующих обрабатываемых поверхностей трубных заготовок. Сопла 17 сообщаются с зазором 14 через отверстия 18 в наружной 12 и внутренней 13 трубах корпуса шнека.
Наружная 15 и внутренняя 16 спирали снабжены соплами 19, расположенными на их наклонных плоскостях. На встречных поверхностях наружной 12 и внутренней 13 труб корпуса шнека выполнены закрытые винтовые каналы 20, сообщающиеся с соплами 19 спиралей шнека и с резервуаром 21 для рабочей среды. Сопла 19 сообщаются с закрытыми винтовыми каналами 20 через дополнительные промежуточные каналы (на фиг. не показаны), которые выполняют в спиралях шнека или вставляют в полые спирали.
Закрытые винтовые каналы 20 формируются из винтовых пазов, выполненных на встречных поверхностях наружной 12 и внутренней 13 труб корпуса шнека, закрытых прочным эластичным материалом.
Сопла 19 спиралей шнека расположены под углом к наклонным плоскостям спиралей, обеспечивающим схождение и смешение абразива и сжатого воздуха из радиальных сопел 17 в нужной точке контакта на обрабатываемой поверхности.
В наружной 4 и внутренней 6 втулках левого фланца 2 выполнены сквозные отверстия 22, сообщающиеся через трубопровод 23 с резервуаром 21 для рабочей среды.
На левом фланце 2 и правом фланце 3 установлены механизмы вращения шнека с реверсивными электродвигателями 24.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом пневмоабразивной обработки левый фланец 2 и правый фланец 3 раздвинуты на длину, превышающую максимальную длину трубных заготовок 8 и 9, а также длину корпуса шнека, которую принимаем равной длине трубных заготовок.
Одновременно трубные заготовки 8 и 9 базируют в центрирующих выточках 7, а корпус шнека - в цангах 11 правого фланца 3. Далее включают привод зажима труб (не показан), при этом левый фланец 2 смещается до величины длины трубных заготовок 8 и 9. Сухари 10 под действием пружин фиксируют трубные заготовки.
После этого включают электродвигатели 24, запускающие механизмы вращения шнека. В процессе вращения наружной 12 и внутренней 13 труб корпуса шнека осуществляется одновременная подача абразива и воздуха под давлением.
При включении компрессора воздух под давлением подается по напорному трубопроводу в зазор 14, откуда через отверстия 18 и радиальные сопла 17 - соответственно на обрабатываемые поверхности трубных заготовок 8 и 9. Абразив подается на обрабатываемые поверхности трубных заготовок 8 и 9 из резервуара с помощью соответствующего компрессора через винтовые каналы 20 и сопла 19 на спиралях шнека. Поток абразива и воздух под давлением смешиваются вблизи обрабатываемой поверхности и осуществляют обработку в точке контакта с обрабатываемой поверхностью.
В результате вращения наружной 12 и внутренней 13 труб корпуса шнека механическое воздействие абразивных частиц в смеси с воздушным потоком на обрабатываемые поверхности трубных заготовок 8 и 9 осуществляется равномерно и на протяжении всей их длины.
Далее воздушный поток в смеси с абразивом удаляется через сквозные отверстия 22.
По окончании пневмоабразивной обработки поверхностей компрессоры подачи абразива и воздуха, и электродвигатели 24 отключают и извлекают обработанные трубные заготовки 8 и 9.
Далее процесс обработки повторяют с новыми трубными заготовками.
n
Параметры обработки: абразивный материал электрокорунд 24 А зернистости М20; М40; М63; 8; 10; К=20%; р*=0,1…0,5 МПа; L=50…150 мм; α=15…90°; Т=0…300 с.
Абразивная обработка установленных соосно в один пакет трубных заготовок осуществляется одновременно многосопловым двутельным шнеком (корпус шнека состоит из наружной трубы 12 с наружной спиралью 15 и внутренней трубы 13 с внутренней спиралью 16) так, что абразивная масса имеет возможность подачи на обрабатываемую поверхность под давлением воздуха путем совместной подачи абразива и сжатого воздуха по соплам к нужной точке контакта у обрабатываемой поверхности и под нужным углом на обрабатываемые наружнюю и внутренюю поверхности трубных заготовок 8 и 9 соответственно, что позволяет осуществить принцип сухой (безводной) очистки.
Кроме того, раздельная подача абразива и сжатого воздуха позволяет осуществить пристенное проскальзывание абразива, т.е. вести обработку с помощью струй сжатого воздуха, затопленной абразивной суспензией, что обеспечивает повышение качества обработки.
Таким образом, предлагаемое устройство для пневмоабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок сухим абразивом под воздействием распределенных по обрабатываемым поверхностям струй смешанной смеси, образованной в точке контакта с упомянутыми поверхностями, обеспечивает при вращении шнека повышение производительности устройства и качества обработки наружных и внутренних поверхностей трубных заготовок.