Устройство для изготовления в стенке трубы отверстий с воротничками

Данное техническое решение относится к области машиностроения и предназначено для изготовления трубчатых заготовок с отверстиями в их стенках и расположенными вокруг отверстий воротничками. Указанные заготовки используются в соединениях трубчатых конструкций различного назначения.
Из патентной документации известны устройства для изготовления в стенке трубы отверстий, в частности, штамп для изготовления методом штамповки деталей из трубных заготовок посредством изгиба и их поперечного обжима, содержащий соосно установленные пуансон и матрицу с рабочими поверхностями, очерченными по профилю готовой детали, причем пуансон и матрица изготовлены по форме поверхности готовой изогнутой детали и имеющей размеры, соответствующие размерам готовой изогнутой детали, но увеличенные на величину теплового расширения металла, из которого изготовлена трубная заготовка, при оптимальной температуре процесса штамповки. В пуансоне и матрице по краям расположены силовые элементы, рабочие профили которых идентичны профилю поперечного сечения трубной заготовки. Силовые элементы выполнены из толстолистовой конструкционной стали (RU 64539 U1, 10.07.2007).
Известен способ изготовления тройников из трубных заготовок на установке, которая состоит из подающей тележки, передаточного механизма, пресса с матрицей и консоли поддержки пуансона. Трубную заготовку с вырезанным в ней овальным отверстием устанавливают на подающей тележке и закрепляют. Кромки отверстия нагревают до температуры от 900 до 1100°C с помощью индуктора. Тележку с заготовкой посредством передаточного механизма подают в рабочую зону пресса с одновременным введением внутрь заготовки пуансона. Производят подачу заготовки к матрице до упора в матрицу или подачу матрицы к заготовке до упора в заготовку. Тележку фиксируют и осуществляют отбортовку патрубка путем протягивания пуансона через отверстия в заготовке и матрице (RU 2510679 С1, 10.04.2014 с аналогами RU 2122477 С1, 27.11.1998. RU 2333064 С2, 10.09.2008. SU 763018 А1, 15.09.1980. UA 72986 U, 10.09.2012. US 4676088 А, 30.06.1987. US 4059979 А, 29.11.1977).
Известен штамп, содержащий матрицу и пуансон для изготовления из трубчатой заготовки изделий с выполненным на конце отверстием, при этом пуансон имеет ограничитель его перемещения в сторону заготовки, пуансон установлен в верхней части штампа, при этом пуансон подпружинен относительно штампа и его верхней части (RU 2326777 С2, 20.10.2007 - прототип).
Известные устройства используют для формовки отверстий в трубчатых заготовках путем пластической деформации стенки трубы. Однако для формования внутренних воротничков (отбортовок внутри отверстий) данные устройства не предназначены. Это связано со сложностью извлечения из матрицы трубы с образованным внутри нее воротничком.
Техническим результатом представленного в данном описании устройства является упрощение его конструкции и технологии изготовления отверстий с воротничками.
Технический результат получен устройством для изготовления в стенке трубы отверстий с воротничками, характеризующимся тем, что оно содержит разъемную из двух частей обойму, включающую нижнюю часть и верхнюю часть, которые подпружинены относительно друг друга и подвижно связаны между собой направляющими, на которые надеты пружины, в верхней части обоймы выполнено калиброванное отверстие под перемещаемый в ней пуансон, причем обойма в положении соединения ее частей имеет внутренний канал, выполненный по форме трубы, между стенкой канала и трубой образован зазор для скольжения трубы в канале при ее перемещении, а пуансон имеет поясок для ограничения перемещения пуансона и прижима верхней части обоймы к ее нижней части в процессе изготовления в стенке трубы отверстия, воротничка вокруг отверстия и углубления на наружной поверхности трубы.
Для изготовления в стенке трубы отверстий меньшего диаметра оно имеет вторую обойму со вторым пуансоном, который соединен штангой с пуансоном первой обоймы, вторая обойма оснащена матрицей с углублением в ней под второй пуансон, а матрица выполнена с возможностью ее введения в полость трубы.
На фиг. 1 показана обойма устройства на виде сбоку.
На фиг. 2 - обойма, вид сверху по стрелке А.
На фиг. 3 - обойма, разрез Б-Б на фиг. 2.
На фиг. 4 - обойма в поперечном разрезе с пуансоном и трубой в канале, (обойма установлена на основании станка).
На фиг. 5 - устройство с двумя обоймами и пуансонами, установленное на основании станка.
На фиг. 6 - устройство с двумя обоймами, установленное на основании станка (пуансоны сняты).
На фиг. 7 - труба с выполненными в ее стенке отверстиями, изготовленными с использованием первого пуансона.
На фиг. 8 - заготовка трубы с отверстием, имеющим меньший диаметр d, разрез В-В на фиг. 7.
На фиг. 9 - труба с выполненными в ее стенке готовым отверстием, имеющим больший диаметр D, с углублением и воротничком вокруг отверстия.
На фиг. 10 - труба, разрез Г-Г на фиг. 9.
На фиг. 11 - пример реализации устройства, посредством которого изготовлена труба с отверстием, воротничком и углублением, в положении ввода в отверстие трубы другой соединяемой с ней трубы.
На фиг. 12 - пример реализации устройства, посредством которого изготовлена труба с отверстием, воротничком и углублением, в котором расположено кольцо припоя в положении соединения двух труб.
Устройство содержит разъемную из двух частей обойму, включающую нижнюю часть 1 и верхнюю часть 2 (фиг. 1-3), которые подпружинены относительно друг друга и подвижно связаны между собой болтами-направляющими 3 (фиг. 4), на которые надеты пружины 4. Обойма выполняет функции охватывающей матрицы и в ее верхней части 2 выполнено калиброванное отверстие 5 под перемещаемый в нем пуансон 6. Разъемная обойма в положении соединения ее частей имеет внутренний канал 7 (фиг. 3), выполненный по форме трубы 8 (фиг. 4), причем между стенкой канала 7 и трубой 8 предусмотрен минимальный зазор (не показан), позволяющий беспрепятственно перемещать трубу 8 в канале 7 между нижней частью 1 и верхней частью 2 обоймы (фиг. 1-3). Форма внутреннего канала 7 может быть круглой, овальной, прямоугольной с прямыми или криволинейными стенками в поперечном сечении - в соответствии с формой поперечного сечения трубы 8.
Устройство имеет второй пуансон 9 (фиг. 5), соединенный штангой 10 с пуансоном 6. Пуансоны 6 и 9 могут быть установлены подвижно на штанге 10 с возможностью изменения расстояния между ними и фиксации в заданном положении. Устройство имеет вторую обойму, включающую нижнюю часть 11 и верхнюю часть 12 (фиг. 5), которые выполнены аналогично частям 1 и 2 первой обоймы с небольшими изменениями.
Выполненная из частей 1 и 2 обойма 14 (фиг. 4, 5) устройства предназначена для изготовления в стенке трубы воротничков и углублений, расположенных на наружной поверхности трубы 8. Выполненная из нижней части 11 и верхней части 12 (фиг. 5) другая обойма 13 предназначена для изготовления в стенке трубы отверстий в стенке трубы 8, при этом обе упомянутые обоймы закреплены на основании 15 или на станине станка (фиг. 4-6). Устройство имеет внутреннюю матрицу 16 (фиг. 5), закрепленную на конце штока 17, при этом матрица 16 имеет углубление 18 под второй пуансон 9.
На фиг. 7 показаны отверстия 19 в стенке трубы 8, которые имеют диаметр d. На фиг. 9 показано готовое отверстие 19, имеющее диаметр D, который больше диаметра d. В стенке трубы 8 отверстие 19 изготовлено так, что его края изогнуты внутрь трубы 8 с образованием вокруг отверстия 19 воротничка 20, расположенного в полости трубы 8 (фиг. 10). На наружной поверхности трубы 8 выполнено углубление 21. Для перемещения трубы 8 через обоймы 13 и 14 устройства используют захват трубы, например, кулачковый патрон 22 (фиг. 5), перемещаемый кареткой. Устройство может быть установлено на станине 23 станка-автомата.
На фиг. 6 шток 17 соединен с узлом 24 перемещения внутренней матрицы 16. На пуансоне 6 выполнен заодно с ним поясок 25 (фиг. 4) для ограничения перемещения пуансона внутрь трубы и для прижима верхней части 2 обоймы 14 к ее нижней части 1.
Существенно, что устройство может не иметь обоймы 13 для изготовления в стенке трубы отверстий 19 с диаметром d. В этом случае используют одну обойму 14 при условии, что в нее будет подаваться труба 8 с уже изготовленными в ней отверстиями 19 с диаметром d (фиг. 7, 8).
Работает устройство следующим образом. Вводят трубу 8 (фиг. 5) в канал обоймы 13, зажимают трубу в приспособлении (не показано) и пуансоном 9 пробивают в стенке трубы 8 отверстия 19 с диаметром d (фиг. 7), каждое из которых имеет диаметр, равный диаметру пуансона 9. Далее перемещают трубу 8 в канал 7 обоймы 14 (фиг. 5) и вводят в отверстие 19 с диаметром d трубы 8 пуансон 6 (фиг. 4), диаметр которого больше диаметра пуансона 9. При этом в стенке трубы 8 образуется готовое отверстие 19 с диаметром D (фиг. 9, 10), воротничок 20 и углубление 21 на наружной поверхности трубы 8, причем отверстие 19 и воротничок 20 изготавливаются с диаметром D, который больше диаметра d каждого отверстия 19. При этом обойма 14 ограничивает деформацию сечения трубы по углублению 21 (фиг. 9). Далее описанный цикл изготовления готовых отверстий 19, воротничков 20 и углублений 21 повторяется. Для получения воротничков для ряда тонкостенных труб установлено соотношение d<(0,7-0,9)D. При различных толщинах стенок труб это соотношение определяется экспериментально.
Для перемещения трубы 8 через обоймы 13 и 14 устройства используют захват трубы, например кулачковый патрон 22 (фиг. 5), перемещаемый кареткой (не показана). При этом трубу 8 устанавливают в обойме или в двух обоймах, опирающихся и закрепленных в рабочем положении на станине станка 23.
В случае использования устройства без обоймы 13 отверстия в трубе 8 диаметром d с заданным шагом вдоль трубы могут быть выполнены на другом устройстве. В любом случае при перемещении трубы 8 она входит в обойму 14 (фиг. 4) и при достижении первым отверстием 19 заданного положения - труба фиксируется, пуансон 6 путем его перемещения в сторону трубы входит в отверстие 19 с диаметром d, выдавливает внутрь трубы 8 края отверстия 19 и формирует отверстие 19 с большим диаметром D (фиг. 10) в стенке трубы путем пластической деформации края отверстия 19. При этом одновременно с изготовлением отверстия 19 внутри трубы 8 формируется от действия пуансона 6 воротничок 20, располагаемый в полости трубы и углубление 21 на наружной поверхности трубы (фиг. 9, 10), при этом обойма препятствует деформированию сечения трубы вне зоны формирования воротничка.
Поскольку верхняя часть 2 обоймы 14 (фиг. 4) связана с нижней частью 1 обоймы подпружиненными болтами-направляющими 3, то вследствие этого при движении пуансона 6 к трубе 8 не происходит раскрытия частей 1 и 2 обоймы 14 от распирающих усилий, вызываемых деформацией, а также не происходит заклинивания трубы в обойме 14. Имеющийся на пуансоне 6 поясок 25 (фиг. 4) ограничивает перемещение пуансона 6 внутрь трубы и прижимает верхнюю часть 2 обоймы 14 к ее нижней части 1. Пуансон 6 с ограничивающим пояском 25 позволяет изменять форму воротничка 13 и делать его коническим или цилиндрическим.
После рабочего прохода пуансона 6, он извлекается из отверстия 19 и воротничка 20 за счет обратного хода привода пуансона, в частности обратного хода пресса. Движением каретки перемещают трубу на шаг по ходу ее движения при этом отводятся друг от друга подпружиненные части 1 и 2 обоймы 14. После такого перемещения трубы 8 участок трубы с отформованным воротничком выходит из обоймы 14 и описанный цикл работы устройства повторяется. При этом жесткость пружин 4 подбирают так, чтобы усилие от них было больше распирающих усилий, вызываемых деформацией трубы при изготовлении воротничка, направленных на раскрытие частей обоймы 13, и оно было преодолимо при перемещении трубы в обойме тянущим устройством - кулачковым патроном 22. Прижим друг к другу и раскрытие частей 1 и 2 обоймы 14 может осуществляться с использованием других средств. При изготовлении отверстий и воротничков, расположенных внутри криволинейной трубы возможно применение ручного пресса с использованием пуансона и переставляемой обоймы с криволинейным каналом.
Используют трубы с расположенными в трубе воротничками 20 следующим образом. Вводят в воротничок 20 и отверстие 19 (фиг. 11) конец трубы 26 с надетым на него кольцом 27 припоя. При этом соединение труб 8 и 26 принимает вид, показанный на фиг. 12. Далее в индукторе нагревают контактные поверхности труб в зоне кольца 27 припоя, который расплавляется и заполняет собой углубление 21, выполненное на поверхности стенки трубы 8, а также микрозазоры в соединении труб. При этом соединение труб 8 и 26 усиливается расположенным снаружи вторым воротничком, выполненным из припоя, при этом прочность и герметичность соединения повышаются в сравнении с соединениями, в которых воротничок вокруг отверстия располагается снаружи трубы.
Упрощение конструкции устройства и технологии изготовления отверстий с воротничками получено благодаря совмещению в нем двух обойм, позволяющих изготавливать сначала отверстия в стенке трубы, а затем изготавливать отверстия большего диаметра с воротничками, расположенными в полости трубы.