УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГОФРИРОВАННЫХ ТРУБ
DEVICE FOR OBTAINING CORRUGATED PIPES

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к производству профильных труб.
Известно устройство для гофрирования обечаек по патенту РФ 2121406 C1, описывающее решение, позволяющее профилировать гофрированные трубы на давильно-обкатных станках. Устройство осуществляет профилирование при помощи торообразных роликов на разъемной оправке с волнистым наружным профилем.
Недостатком устройства является относительно низкая скорость профилирования (т.к. каждая из гофр профиля формуется за один оборот устройства), кроме того, получение некоторых видов профиля, например прерывистого, является затруднительным, а регулировка глубины профилирования требует замены оправки.
Известно также устройство для формования радиально-гофрированных труб сильфонного типа, приведенное в патенте РФ 2176941 C2 от 20.12.2001. Устройство содержит разъемную по оси матрицу, на внутренней поверхности которой выполнены выступы и впадины, повторяющие профиль сильфона, и пуансон, в боковых поверхностях которого выполнены кольцевые пазы с эластичными формующими элементами, расположенными в них и связанными радиальными и осевым каналами с источником давления. При этом количество эластичных формующих элементов равно количеству впадин на матрице.
Недостатком устройства является наличие упругих элементов, имеющих малую стойкость и прочность, что ограничивает применимость устройства получением труб с гофрами небольшой высоты и плавного профиля. Кроме того, низкая прочность упругих элементов из резины приводит к повышенной стоимости профилирования из-за необходимости относительно частой замены упругих элементов, имеющих сложную конфигурацию. Получение труб большой протяженности затруднительно или невозможно.
Известно устройство для гофрирования труб по патенту РФ 2148458 от 17.08.1998, содержащее оправку для установки трубной заготовки и формующий узел, включающий эластичный пуансон, силовой цилиндр для создания рабочего усилия на пуансоне, профильную разъемную матрицу, механизм последовательной подачи трубной заготовки с силовым цилиндром, гидросистему с элементами управления и ряд вспомогательных механизмов.
К недостаткам устройства относится сложность механизма, имеющего отдельные узлы для получения предварительного и окончательного профиля, что снижает надежность устройства в целом. Кроме того, предварительное профилирование осуществляется упругим элементом при значительных его деформациях, что позволяет предположить его низкую стойкость при многократных операциях профилирования.
В качестве прототипа принято устройство для получения гофрированных труб по патенту РФ 2468878 C1 от 10.12.2012, содержащее формующий узел, включающий цилиндр для создания рабочего усилия и профилирующий элемент, а также систему подачи давления с элементами управления, отличающееся тем, что корпус цилиндра выполнен с возможностью установки в трубу и перемещения, при этом профилирующий элемент выполнен в виде металлической мембраны и связанных с ней одним или несколькими профилирующими кольцевыми выступами, причем металлическая мембрана закреплена на корпусе упомянутого цилиндра с возможностью ее изгибания наружу под действием давления для обеспечения поворота упомянутых профилирующих кольцевых выступов и их внедрения изнутри в трубу.
К недостаткам прототипа относится необходимость создания значительных давлений в цилиндре при профилировании труб с толстой стенкой, а также трудность или невозможность профилирования труб с малым диаметром, поскольку при этом уменьшается и диаметр устройства, а значит, диаметр и площадь мембраны, что также требует для вдавливания выступов устройства создания в цилиндре значительных давлений. Кроме того, для регулирования глубины вдавливания выступов (глубины профилирования) требуется создание в цилиндре различных давлений, причем зависимость глубины вдавливания от величины давления может быть нелинейной, и добиться постоянной требуемой глубины может быть непросто.
Задачей изобретения является создание устройства, имеющего возможность получения гофрированных труб с любой выбранной глубиной профилирования в определенном диапазоне, профилирования труб с малыми диаметрами.
Задача решается созданием устройства для получения гофрированных труб, содержащего формующий узел, включающий профилирующий элемент в виде мембраны и связанных с ней одного или нескольких профилирующих кольцевых выступов, причем мембрана установлена с возможностью изгибания для обеспечения поворота упомянутых профилирующих кольцевых выступов и их внедрения изнутри в трубу.
Новым в устройстве является то, что оно снабжено штоком, выполненным с возможностью перемещения вдоль продольной оси, один конец которого жестко связан с мембраной.
Приведенное техническое решение позволяет получать гофрированные трубы с произвольной глубиной профиля, причем глубина профилирования линейно зависит от перемещения штока. При этом на штоке возможно создавать произвольное усилие, что позволяет прогнуть мембрану даже при малом диаметре устройства, а значит, обеспечить профилирование труб малого диаметра.
Устройство показано на фиг.1 (исходное состояние - при установке в трубу и перемещении) и фиг.2 (рабочее состояние).
Устройство (фиг.1, 2) содержит формующий узел, состоящий из корпуса 1 с фиксирующей гайкой 2, посредством которой на корпусе закреплена (например, посадкой на конус) мембрана 3, и связанные с ней профилирующие кольцевые выступы 4. С мембраной жестко связан шток 7. Корпус 1 крепится к полой штанге 5 для перемещения по профилируемой трубе 6. С целью снижения усилия на штоке и если это допустимо по требованиям к готовой трубе, выступы 4 могут быть выполнены разрезными в виде цанги, что снижает их сопротивление при изгибе металлической мембраны 3.
Устройство для получения гофрированных труб работает следующим образом. При помощи перемещения штанги 5 устройство подается к месту профилирования. После правильного позиционирования устройства шток 7 при помощи механического устройства (например, винтового привода или пары шестерня - рейка) перемещается на заранее определенную величину. При этом металлическая мембрана 3 под действием штока изгибается, а связанные с ней профилирующие выступы 4 поворачиваются и внедряются в профилируемую трубу 6 изнутри, образуя кольцевой выступ на ее стенке. Регулируя величину перемещения штока, возможно управлять глубиной профилирования, а сменой профилирующего узла (мембраны 3 с выступом 4) - формой готовой трубы. После завершения профилирования одного профильного элемента шток 7 перемещают в исходное положение и передвигают устройство на штанге 5 в новое положение, после чего процесс повторяется. Профилирование может осуществляться как в низкоскоростном (перемещение штока в рабочее положение - в исходное положение - перемещение устройства и т.д.), так и в высокоскоростном режиме (пульсирующее перемещение штока и синхронизированное с пульсациями перемещение устройства относительно трубы, например, при помощи шаговых приводов). Кроме того, при профилировании коротких участков может использоваться способ профилирования трубы предлагаемым устройством с применением наружной разъемной матрицы.
В отличие от устройств, включающих профилирование роликом, имеется возможность получения прерывистого профиля, профиля со сложным рисунком. Кроме того, от устройств с применением упругих элементов предлагаемую конструкцию выгодно отличает повышенная стойкость профилирующего элемента, а также возможность получения профиля с резкими очертаниями. Положительным отличием от устройств, обеспечивающих профилирование на оправке или в матрице, является возможность получения гофрированных труб и сильфонов большой протяженности, ограниченной лишь длиной полой штанги.
В целом, преимуществами предложенного устройства являются высокая универсальность по форме получаемых выступов, их глубине, протяженности трубы, применяемым материалам трубы, достаточная производительность устройства при использовании высокоскоростных приводов перемещения и устройств для подачи давления, возможность получения на трубе произвольно чередующихся профильных и непрофилированных участков, что может быть важно при использовании продукции в качестве теплообменных труб. Кроме того, устройство способно профилировать трубы малого диаметра и относительно большой толстостенности, поскольку усилие на штоке ограничено лишь его прочностью и устойчивостью на небольшом свободном участке вблизи мембраны.