УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ И НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК

Полезная модель относится к механической обработке глубоких отверстий в трубных заготовках, в частности к обработке трубных заготовок гидроабразивной 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 B24C 3/22, опубл. 16.09.1999).
Недостатком данного устройства является невозможность совмещения обработки наружных и внутренних поверхностей, что снижает его производительность.
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 B24C 5/04, B24C 3/16, опубл. 20.04.1998).
Недостатком установки является невозможность совмещения обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей труб.
Известна установка для струйной обработки внутренней поверхности трубных заготовок, содержащая накопительно-расходный узел, состоящая 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 B24C 3/16, опубл. 20.04.2006).
Недостатком установки является невозможность совмещения обработки наружных и цилиндрических внутренних поверхностей трубных заготовок, что снижает его производительность.
Известно устройство для абразивоструйной обработки внутренних поверхностей деталей типа труб, выполненное в виде корпуса с патрубком для подвода абразива, соплами для подачи сжатого воздуха, на входном конце которого установлен узел вращения конусного наконечника с радиальными направляющими для абразива, выполненный в виде рассекателя, поверхность которого имеет винтовые каналы (А.с. SU 596427, МКИ B24C 3/16, опубл. 05.03.1978).
Недостатком данного устройства является ограниченность использования, а именно обеспечение завихрения потока гидроабразивной среды только при струйной обработке и возможность обработки только внутренних поверхностей труб. Использование конструкции создает сложность в случае необходимости обработки протяженных поверхностей, например длинномерных труб.
Наиболее близким является 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, снабженное набором форсунок, резервуаром для пульпы, фиксирующими и прижимными элементами, позволяющее одновременно устанавливать и обрабатывать несколько деталей (А.с. SU 180109, МПК B24C 3/12, опубл. 28.11.1966).
Недостатком устройства является сложность конструкции и не возможность его использования при обработке поверхностей длинномерных трубных заготовок.
Задачей полезной модели является разработка высокопроизводительного устройства для гидроабразивной обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей трубных заготовок.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение производительности устройства для гидроабразивной обработки наружных и внутренних поверхностей трубных заготовок.
Технический результат достигается в устройстве для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащем резервуар для гидроабразивной среды, при этом оно снабжено напорным трубопроводом, сливным трубопроводом и установленными на основании левым и правым фланцами, которые выполнены с зеркально расположенными центрирующими выточками для базирования трубных заготовок и сквозными отверстиями, при этом фланцы выполнены с возможностью фиксации между ними не менее двух трубных заготовок разного диаметра, установленных соосно одна в другой, с возможностью образования полостей, в которых соосно с трубными заготовками установлены спиральные шнеки, выполненные из эластичного материала, причем образованные полости сообщаются с упомянутыми сквозными отверстиями, выполненными во фланцах, сквозные отверстия правого фланца, выполнены в виде сужающихся к полости конических сопел и соединены с напорным трубопроводом, сквозные отверстия левого фланца снабжены обратными клапанами и соединены со сливным трубопроводом, а в центрирующих выточках левого фланца расположены подпружиненные сухари.
Устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок характеризуется тем, что количество центрирующих выточек на каждом фланце равно количеству обрабатываемых трубных заготовок.
Устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок характеризуется тем, что количество сквозных отверстий каждого фланца не меньше количества обрабатываемых трубных заготовок.
Устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок характеризуется тем, что количество установленных спиральных шнеков соответствует количеству образованных полостей.
Устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок характеризуется тем, что спиральные шнеки выполнены с наружными выступами и с внутренними выступами.
Сущностью полезной модели является такая конструкция устройства, при которой установка нескольких (не менее двух) трубных заготовок осуществляется соосно в один пакет так, что в каждая полость между соседними трубными заготовками через не менее чем одно сквозное отверстие каждого фланца сообщается с напорным и сливным трубопроводами. При этом в каждой полости между трубными заготовками соосно с ними установлен спиральный шнек, выполненный из эластичного материала. Такая установка позволяет одновременно обрабатывать внутренние и наружные поверхности нескольких трубных заготовок, гидроабразивная среда при движении отражается от наклонных поверхностей шнеков, что приводит к завихрению потока и улучшению процесса резания материала трубных заготовок частицами абразива. На каждом шнеке выполнены наружные и внутренние выступы, которые за счет меньшего сечения обладают повышенной эластичностью и обеспечивают дополнительное ускорение потока гидроабразивной среды вблизи обрабатываемых поверхностей. В результате взаимодействия указанных факторов происходит повышение производительности устройства.
Наличие обратных клапанов в сквозных отверстиях левого фланца обеспечивает защиту от противотока гидроабразивной среды.
На чертеже показано продольное сечение устройства для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок.
Устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных цилиндрических поверхностей трубных заготовок состоит из основания 1 и установленных на нем левого подвижного фланца 2 и неподвижного правого фланца 3. Левый фланец 2 снабжен центрирующими выточками 4, а правый фланец 3 снабжен зеркальными выточкам 4 центрирующими выточками 5 для базирования и закрепления трубных заготовок (не менее двух): внутренней трубы 6, промежуточной трубы 7 и наружной трубы 8. Центрирующие выточки 4 и 5 предназначены для базирования трубных заготовок с образованием радиальных зазоров.
При этом в каждой центрирующей выточке 4 равномерно расположено не менее трех сухарей 9, подпружиненных пружинами 10 - для фиксации трубных заготовок: внутренней трубы 6 (трубная заготовка с минимальным диаметром), промежуточной трубы 7 (трубная заготовка с промежуточным диаметром (может отсутствовать)) и наружной трубы 8 (трубная заготовка с максимальным диаметром), при силовом перемещении левого фланца 2 вправо, например, под действием привода зажима труб (привод не показан, направления движения показаны двойной стрелкой). В результате базирования трубных заготовок формируется камера гидроабразивной обработки, состоящая из полостей 11. Каждая полость 11 через сквозные отверстия 12 правого фланца 3 сообщается с напорным трубопроводом 13 посредством подводов 14, а со сливным трубопроводом 15 через сквозные отверстия 16, снабженные обратными клапанами 17. В каждой полости 11 между трубными заготовками 6-8, соосно с ними, с зазором установлен спиральный шнек 18.
Сквозные отверстия 12 правого фланца 3 выполнены в виде сужающихся к полости 11 конических сопел.
Напорный трубопровод 13, снабжен насосом 19, и сообщается со сливным трубопроводом 15 через резервуар 20 для гидроабразивной среды 21.
Спиральные шнеки 18 выполнены из эластичного материала. Все шнеки 18 выполнены с наружными выступами 22 и внутренними выступами 23 для повышения возможности индивидуальной радиальной и осевой деформации (вследствие повышения эластичности выступов).
Устройство работает следующим образом.
Перед гидроабразивной обработкой (ГАО) левый фланец 2 и правый фланец 3 раздвинуты на длину, превышающую максимальную длину трубных заготовок. После этого трубные заготовки 6-8 базируют в центрирующих выточках 5. Между трубными заготовками устанавливают спиральные шнеки 18. Далее включают привод зажима труб (не показан), при этом левый фланец 2 смещается так, что расстояние между фланцами 2, 3 сокращается до величины, обеспечивающей установку трубных заготовок в центрирующих выточках 4 и 5. Сухари 9 под действием пружин 10 фиксируют трубные заготовки с образованием камеры гидроабразивной обработки, состоящей из полостей 11. При включении насоса 19 гидроабразивная среда 21 из резервуара 20 под давлением подается по напорному трубопроводу 13 и подводам 14, через выполненные в виде сопел, сквозные отверстия 12 правого фланца 3 подается в полости 11.
При этом происходит гидроабразивная обработка внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок минимального и промежуточных диаметров (внутренняя труба 6 и промежуточная труба 7) и обработка внутренней поверхности трубной заготовки максимального диаметра (наружная труба 8).
При движении гидроабразивной среды она отражается от наклонных поверхностей шнеков 18, что приводит к завихрению потока и улучшению процесса резания материала трубных заготовок частицами абразива. Щели между шнеками 18 и поверхностями трубных заготовок 6-8, обеспечивают ускорение потока гидроабразивной среды вблизи обрабатываемых поверхностей (пристенное ускоренное проскальзывание), что также приводит к увеличению эффективности процесса гидроабразивной обработки и, таким образом к повышению его производительности.
Под действием давления гидроабразивной среды, которая подается в полости, происходит вращение спиральных шнеков 18. Вектор такого давления на наклонную поверхность шнека разлагается на нормальную силу и тангенсальную силу, последняя и обеспечивает вращение шнеков. За счет этого происходит предотвращение долговременного касания обрабатываемых поверхностей выступами шнеков 22, 23, то есть препятствует образованию пятен контакта.
Обратные клапаны 17 препятствуют проникновению гидроабразивной среды 21 из сливного трубопровода 15 в полости 11.
По окончании гидроабразивной обработки поверхностей, насос 19 отключают и извлекают обработанные трубные заготовки.
Выполнение сквозных отверстий 12 правого фланца 3 в виде конических сопел, сужающихся к полости 11 (по направлению потока гидроабразивной среды 21) способствует увеличению давления и скорости гидроабразивной среды 21 при подаче.
Параметры обработки: абразивный материал электрокорунд 24А зернистости М20; М40; М63; 8; 10; К=20%; ; L=50…150 мм; α=15…90°; T=0…300 с.
Интенсивность формирования микрорельефа поверхности при струйной ГАО зависит от количества абразивных частиц, воздействующих на единицу обрабатываемой площади в единицу времени. При прочих равных условиях увеличение площади будет приводить к увеличению времени, необходимого для достижения заданного значения шероховатости. Поэтому для сопоставимости результатов во всех экспериментах площадь обрабатываемой поверхности была постоянной при любых сочетаниях варьированных параметров обработки.
Из равенства
i+1
i
i+1
i
D=D+2S+2A,
i
i+1
i+1
i
где D - диаметр трубной заготовки меньшего диаметра, D - диаметр трубной заготовки большего диаметра, S - толщина стенки трубной заготовки большего диаметра, A - расстояние между смежными поверхностями соседних трубных заготовок, куда во время обработки закачивается гидроабразивная среда, находим
i+l
Согласно стандартам на трубы, параметр S может принимать определенные значения согласно неравенству:
min
i+1
max
S≤S≤S, т.е. толщина стенки изменяется от минимальной до максимальной.
i
max
Следовательно, в конструируемой установке важно найти минимальное значение параметра A (при максимальной ширине стенки - S), при котором гидроабразивная обработка была бы возможной. Значения минимальных расстояний между смежными поверхностями соседних трубных заготовок при использовании трубных заготовок с параметрами по ГОСТ 8696-74 приведены в таблице.
i+1
i
i+1
Принципиальным ограничением данной установки является то, что можно в пакетном режиме обрабатывать лишь такой сортамент труб, У которого D-D>S, чтобы обеспечить возможность «вкладывания» смежных трубных заготовок друг в друга. Например, трубы по ГОСТ 8731, 23270, ГОСТ Р 53383, поставляемые по внутреннему диаметру имеют предельные отклонения внутреннего диаметра трубы ±1% от величины наружного диаметра трубы. Номенклатура данных труб включает диаметры от 40 до 130 мм, соответственно отклонения находиться в интервале (±0,4÷±1,3) мм.
Номенклатура стандартных труб позволяет осуществить их пакетирование путем «вкладывания» их друг в друга с обеспечением достаточного образующегося зазора (полости) для прохождения между гидроабразивной среды между обрабатываемыми ею поверхностями.
Кроме того, из анализа таблицы можно сделать вывод, что зазоры между соседними обрабатываемыми поверхностями достаточны для размещения в них шнеков, при недостаточности величин зазоров можно пакет комплектовать следующим размером трубы.
Таким образом, заявленная конструкция устройства для гидроабразивной обработки трубных заготовок, за счет обработки независимой подачей потока гидроабразивной среды в каждую полость, с обеспечением его завихрения и ускорения вблизи обрабатываемых поверхностей (пристенное ускоренное), приводит к увеличению эффективности процесса гидроабразивной обработки, что позволяет повысить производительность устройства для гидроабразивной обработки наружных и внутренних поверхностей трубных заготовок.