УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ И НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК

Полезная модель относится к механической обработки 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 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 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.
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, 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.
Наиболее близким является устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащее резервуар для гидроабразивной среды, напорный трубопровод, сливной трубопровод и установленные на основании левый и правый фланцы, выполненные с каналами для перемещения гидроабразивной среды, зеркально расположенными центрирующими выточками для базирования трубных заготовок и сквозными отверстиями цилиндрической формы, при этом фланцы выполнены с возможностью фиксации между ними трубных заготовок разного диаметра, установленных соосно одна в другой, с возможностью образования камеры гидроабразивной обработки, полости которой сообщаются с упомянутыми каналами, выполненными во фланцах, причем в центрирующих выточках левого фланца расположены подпружиненные сухари, напорный трубопровод соединен со сквозным отверстием правого фланца, а сливной трубопровод соединен со сквозным отверстием левого фланца (Пат. Ru 152429, МПК B24C 3/02, B24C 9/00, опубл. 27.05.2015).
Недостатком устройства является недостаточная эффективность гидроабразивной обработки 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 и качества 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, напорный трубопровод и установленные на основании левый и правый фланцы, снабженные каналами для перемещения гидроабразивной среды, и выполненные с возможностью фиксации между ними трубных заготовок разного диаметра, установленных соосно одна в другой, с образованием сообщающихся через упомянутые каналы полостей, причем полость, образованная трубной заготовкой минимального диаметра сообщается с напорным трубопроводом через сквозное отверстие правого фланца, а полость, образованная трубной заготовкой максимального диаметра сообщается со сливной полостью через сквозное отверстие левого фланца, при этом устройство снабжено механизмами вращения, включающими электродвигатели, приводные шестерни и зубчатые колеса, и сливной полостью, через сквозное отверстие левого фланца сообщающейся с полостью, образованной трубной заготовкой максимального диаметра, между трубными заготовками и соосно с ними установлен полый спиральный шнек, снабженный внутренней спиралью, выполненный из эластичного материала с выступами на наружной и внутренней спирали, левый и правый фланцы выполнены составными из соосно размещенных наружной и внутренней втулок для фиксации трубных заготовок, и промежуточной втулки для фиксации спирального шнека, все втулки левого фланца и внутренняя втулка правого фланца снабжены зажимными цангами, а наружная и промежуточная втулки правого фланца снабжены центрирующими выточками для базирования трубной заготовки максимального диаметра и спирального шнека соответственно.
Устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок характеризуется тем, что механизмы вращения выполнены с возможностью реверсивного движения трубных заготовок и шнека.
Устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок характеризуется тем, что выступы на наружной и внутренней спирали шнека снабжены абразивными элементами.
Сущность устройства заключается в такой его конструкции, при которой соосно в один пакет осуществляется установка трубных заготовок и между трубными заготовками полого спирального шнека, снабженного внутренней спиралью. Механизмы вращения и выполнение левого и правого фланцев составными: из соосно размещенных наружной и внутренней втулок для фиксации трубных заготовок, и промежуточной втулки для фиксации спирального шнека, когда все втулки левого фланца и внутренняя втулка правого фланца снабжены зажимными цангами, а наружная и промежуточная втулки правого фланца снабжены центрирующими выточками для базирования трубной заготовки максимального диаметра и спирального шнека соответственно, обеспечивают фиксацию и вращение трубных заготовок и полого шнека. Возможность реализации реверсивного движения позволяет осуществлять как одно направленное так и противоположно направленное вращение трубных заготовок и шнека. Полости, образующиеся при фиксации между фланцами трубных заготовок разного диаметра, сообщаются через каналы для перемещения гидроабразивной среды, которая поступает в полость, образованную трубной заготовкой минимального диаметра через сквозное отверстие правого фланца из напорного трубопровода, и вытекает из полости, образованной трубной заготовкой максимального диаметра через сквозное отверстие левого фланца в сливную полость, откуда поступает в резервуар для гидроабразивной среды.
Полый шнек, выполненный из эластичного материала в виде трубы с наружной и внутренней спиралями. На наружной и внутренней спирали выполнены выступы, которые могут быть дополнительно снабжены абразивными элементами, с возможностью касания обрабатываемых поверхностей путем упругого прижатия к ним. Указанные выступы обладают повышенной возможностью индивидуальной радиальной и осевой деформации и, соответственно, способностью производить, помимо ГАО, дополнительно абразивную обработку абразивными элементами, осуществляя процесс типа хонингования, (вследствие повышенной эластичности выступов).
В процессе гидроабразивной обработки вращение трубных заготовок и полого шнека обеспечивает отклонение потока гидроабразивной среды в полости гидроабразивной обработки относительно оси трубной заготовки, наблюдается завихрение потока, приводящее к увеличению скорости обработки и эффективности обработки поверхностей трубных заготовок, то есть повышается производительность устройства. Гидроабразивная среда при движении отражается от наклонных поверхностей шнеков, что приводит к дополнительному завихрению потока и улучшению процесса резания материала трубных заготовок частицами абразива. Выступы наружной и внутренней спиралей за счет меньшего сечения обладают повышенной эластичностью и обеспечивают дополнительное ускорение потока гидроабразивной среды вблизи обрабатываемых поверхностей. Причем, вращение шнеков обеспечивает доступ гидроабразивной жидкости в места соприкосновения выступов с абразивными элементами.
В результате взаимодействия указанных факторов происходит активизации контакта абразивной среды с обрабатываемыми поверхностями путем создания дополнительных потоков и равномерного их распределения по обрабатываемым поверхностям, что приводит к повышению производительности устройства и улучшению качества гидроабразивной обработки наружных и внутренних поверхностей трубных заготовок.
На фиг. 1 показано продольное сечение устройства для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок.
На фиг. 2 показано продольное сечение полого шнека, снабженного внутренней спиралью.
Устройство для гидроабразивной 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, 5, промежуточной 6, 7 и внутренней 8, 9 втулок соответственно. Все втулки 4, 6, 8 левого фланца 2 и внутренняя втулка 9 правого фланца 3 снабжены зажимными цангами 10 для зажима и вращения, а наружная 5 и промежуточная 7 втулки правого фланца 3 снабжены центрирующими выточками 11 для базирования трубных заготовок 12 (трубная заготовка с минимальным диаметром), 13 (трубная заготовка с максимальным диаметром) и установленного между и соосно с ними полого спирального шнека 14, снабженного внутренней спиралью 15. Фланцы 2 и 3 снабжены каналами 16 для перемещения гидроабразивной среды 17 и выполнены с возможностью фиксации между ними трубных заготовок 12-13 и шнека 14, с образованием сообщающихся через каналы 16 полостей 18. Каналы 16 образуются при совмещении кольцевых канавок (позициями не показаны), выполненных во втулках 4, 6, 8 и 5, 7, 9 соответственно. При этом полость 18, образованная трубной заготовкой 12 минимального диаметра сообщается с напорным трубопроводом 19 через сквозное отверстие 20 правого фланца 3, а полость 18, образованная трубной заготовкой 13 максимального диаметра сообщается со сливной полостью 21 через сквозное отверстие 22 левого фланца 2. Таким образом, обеспечивается замкнутый цикл движения гидроабразивной среды 17 от резервуара 23 для гидроабразивной среды 17 через напорный трубопровод 19, полости 18 трубных заготовок 12, 13 (зона обработки), сливную полость 21, снова в резервуар 23. На левом фланце 2 и правом фланце 3 установлены механизмы вращения трубных заготовок 12, 13 и полого шнека 14, включающие реверсивные электродвигатели 24, 25, с приводными шестернями 26 взаимодействующими с зубчатыми колесами 27.
Приводные шестерни 26 и зубчатые колеса 27, расположенные на торце левого фланца 2, выполнены в виде гитары сменных зубчатых колес и закрыты внутренней крышкой 28 (для их изоляции от гидроабразивной среды 17). Реверсивный электродвигатель 24 обеспечивает вращательное движение наружной трубной заготовки 13, а реверсивный электродвигатель 25 обеспечивает вращательное движение внутренней трубной заготовки 12. Вращение полого спирального шнека 14 осуществляется при передаче вращательного момента посредством приводных шестерней 26 и зубчатых колес 27, расположенных на торце левого фланца 2. Левый фланец 2 установлен наружной поверхностью по скользящей посадке в неподвижный левый люнет 29, а правый фланец 3 установлен наружной поверхностью по скользящей посадке в подвижный правый люнет 30. Неподвижный левый люнет 29 закрыт наружной крышкой 31. Образующаяся при этом сливная полость 21 предотвращает от разбрызгивания гидроабразивной среды 17.
Полый спиральный шнек 14 выполнен из эластичного материала в виде трубы 32 с наружной 33 и внутренней 15 спиралями. На наружной 33 и внутренней 15 спиралях выполнены выступы 34, которые могут быть дополнительно снабжены абразивными элементами 35, с возможностью касания обрабатываемых поверхностей трубных заготовок 12, 13 путем упругого прижатия к ним. Указанные выступы 34 обладают повышенной возможностью индивидуальной радиальной и осевой деформации (вследствие повышенной эластичности выступов).
Подачу гидроабразивной среды под давлением обеспечивает насос 36.
Устройство работает следующим образом.
Перед гидроабразивной обработкой (ГАО) левый фланец 2 и правый фланец 3 раздвинуты на длину, превышающую максимальную длину трубных заготовок 12, 13 и полого спирального шнека 14. Трубные заготовки 12, 13 и полый спиральный шнек 14 устанавливают в пакет соосно в цангах 10 левого фланца 2. После этого включают привод зажима труб (не показан), при этом правый фланец 3 перемещают влево: трубную заготовку 12 минимального диаметра вставляют в цангу 10 правого фланца 3 и базируют трубную заготовку 13 и полый спиральный шнек 14 в центрирующих выточках И правого фланца 3. Включают насос 36 для подачи гидроабразивной среды 17 и реверсивные электродвигатели 24, 25 механизмов вращения трубных заготовок 12, 13 и полого спирального шнека 14. В результате вращения трубной заготовки 12 минимального диаметра задействуется механизм передачи вращения (гитара) от заготовки 12 на полый спиральный шнек 14. Трубная заготовка 13 максимального диаметра вращается независимо. Из резервуара 23 гидроабразивная среда 17 по напорному трубопроводу 19 через сквозное отверстие 20 правого фланца 3 поступает в полость 18, образованную трубной заготовкой 12 минимального диаметра. Далее гидроабразивная среда 17 перемещается по сообщающимся через каналы 16 полостям 18, через сквозное отверстие 22 левого фланца 2 поступает в сливную полость 21 и оттуда обратно в резервуар 23.
В процессе перемещения гидроабразивной среды 17 происходит обработка внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок 12, 13. Вращение трубных заготовок 12, 13 и полого спирального шнека 14 приводит к отклонению потока гидроабразивной среды 17 относительно оси трубных заготовок, происходит завихрение потока гидроабразивной среды 17 и ее пристенное проскальзывание. При движении гидроабразивной среды 17 она отражается от наклонных поверхностей полого спирального шнека 14, что приводит к завихрению потока и улучшению процесса резания материала трубных заготовок частицами абразива. Щели между шнеком 14 и поверхностями трубных заготовок 12, 13, 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. Кроме этого вращение трубных заготовок 12, 13 и полого спирального шнека 14 предотвращает долговременного касания обрабатываемых поверхностей выступами 34, то есть препятствует образованию пятен контакта, что так же способствует повышению качества обработки.
Наличие двух реверсивных электродвигателей 24, 25 позволяет осуществлять разнонаправленное вращение трубных заготовок 12, 13 и полого спирального шнека 14, что обеспечивает усиление завихрения потока гидроабразивной среды 17, то есть способствует повышению эффективности устройства. При наличии на выступах 34 наружной 33 и внутренней 15 спиралей дополнительных абразивных элементов 35, с возможностью касания ими обрабатываемых поверхностей трубных заготовок 12, 13 путем упругого прижатия к ним, осуществляется непосредственное механическое воздействие ими на обрабатываемые поверхности.
По окончании гидроабразивной обработки поверхностей, насос 36 отключают и извлекают обработанные трубные заготовки.
Техническое решение обеспечивает повышение эффективности обработки деталей типа длинномерных трубных заготовок путем обеспечения движения абразива в рабочей камере под различными углами к обрабатываемой поверхности.
Параметры обработки: абразивный материал электрокорунд 24 А зернистости М20; М40; М63; 8; 10; K=20%;  МПа; L=50…150 мм; α=15…90°; T=0°…300 с.
i+1
i
i+1
В пакетном режиме можно обрабатывать такой сортамент труб, у которого D-D>S, чтобы обеспечить возможность «вкладывания»
трубных заготовок друг в друга через одну и при этом между ними сохраняется возможность вкладывания полого спирального шнека 14. Номенклатура стандартных труб (по ГОСТ 8696-74, ГОСТ 8731, 23270, ГОСТ Р 53383) позволяет осуществить их пакетирование путем «вкладывания» их друг в друга с обеспечением достаточного образующегося зазора (полости) для помещения между ними полых спиральных шнеков и прохождения гидроабразивной среды. В таблице приведены толщина и зазоры стандартных труб ГОСТ 8696-74.
Например, по таблице трубы, поставляемые по диаметрам 530, 630 и 720 мм, устанавливают в пакет так, чтобы труба 32 полого спирального шнека 14 диаметром 630 мм установлена между трубными заготовками диаметром 720 мм (трубная заготовка 13 максимального диаметра) и диаметром 530 мм (трубная заготовка 12 минимального диаметра).
Из анализа таблицы можно сделать вывод, что зазоры между соседними обрабатываемыми поверхностями достаточны для размещения в них шнеков, если их комплектовать через один размер по рангу, указанному в таблице. При недостаточности величин зазоров можно пакет комплектовать следующим размером трубы, т.е через два ранга.
Таким образом, заявленная конструкция устройства для гидроабразивной обработки внутренних и наружных цилиндрических поверхностей трубных заготовок приводит к увеличению эффективности процесса гидроабразивной обработки, повышению производительности и качества обработки.