CN106391913B - 一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置及方法 - Google Patents

一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多刃犁切‑挤压的三维内翅片管成型装置及方法；装置包括机架、可提供旋转动力的机头、支撑机构、轴向进给机构和内翅片成型刀具组件；机头、支撑机构和轴向进给机构依次轴向安装在机架上；内翅片成型刀具组件安装在轴向进给机构上；待加工三维内翅片的金属管一端夹持在机头旋转主轴的卡盘上，另一端置于支撑机构上；机头的旋转主轴为金属管提供旋转动力，轴向进给机构驱动内翅片成型刀具组件沿着金属管与内翅片成型刀具组件的轴线直线移动。采用本装置加工的三维非连续的内翅片结构，其与工质的接触面积大，增加了对工质的扰流作用，传热表面积大，增大了传热系数，能有效提高强化热管的传热效率。

Description

一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置及方法
技术领域
本发明涉及翅片制备工艺与设备，尤其涉及一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置及方法。
背景技术
随着社会的不断发展，能源短缺的问题日益严重。强化传热技术作为重要的节能途径，对于解决能源问题具有重要的意义，在石油、化工、动力、核能、制冷等领域得到了广泛的应用。换热管是强化传热技术所用到的关键传热元件，其主要特征在于在管的内外表面加工出一定的表面结构，以扩展传热面或提高传热系数，从而提高传热效率。
目前强化传热技术使用的换热管以外翅片管为主，其内壁多为光滑壁面、内螺纹沟槽或者直齿沟槽。光滑壁面、内螺纹沟槽或者直齿沟槽对于扩展传热面效果有限。此外，内螺纹沟槽或直齿沟槽由于翅片结构较为规则，其扩展表面相应比较规则，流体流过时边界层的破坏程度有限，不能形成有效的扰动作用，对于强化传热系数的提高有限。因此，内壁为光滑壁面、内螺纹沟槽或者直齿沟槽的换热外翅片管，难以获得更高的传热效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、操作便捷的基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置及方法。以获得具有三维非连续内翅片结构的换热管，进一步提高换热管内部翅片与工质的接触面积，提高了换热效率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置，包括机架1、可提供旋转动力的机头3、支撑机构4、轴向进给机构5和内翅片成型刀具组件；
所述机头3、支撑机构4和轴向进给机构5依次轴向安装在机架1上；所述内翅片成型刀具组件安装在轴向进给机构5上；
待加工三维内翅片的金属管7一端夹持在机头3旋转主轴的卡盘上，另一端置于支撑机构4上；金属管7的轴线与内翅片成型刀具组件的轴线同轴；机头3的旋转主轴为金属管7提供旋转动力，轴向进给机构5驱动内翅片成型刀具组件沿着金属管7与内翅片成型刀具组件的轴线直线移动。
所述支撑机构4包括一支架4-1，支架4-1上开设有一用于放置金属管7的工位4-4，在支架4-1本体上对称分布有三个夹紧气缸4-2，每个夹紧气缸4-2的活塞端部安装有卡爪4-3，卡爪4-3的端部安装有可旋转的滚柱4-3a；滚柱4-3a对称分布在工位4-4的周围，当金属管7置于工位4-4内时，滚柱4-3a与金属管7的周壁转动接触，为旋转运动中的金属管7提供支撑与定位。
所述内翅片成型刀具组件包括多刃刀具6-4、刀杆6-3和连接杆6-2；所述多刃刀具6-4固定安装在刀杆6-3的一端，刀杆6-3的另一端插入连接杆6-2的端部；连接杆6-2尾部固定安装在轴向进给机构5上。
所述轴向进给机构5为丝杆进给机构，其包括丝杆及安装在丝杆上的滑块；当丝杆转动时，带动滑块轴向移动；所述连接杆6-2固定在滑块上。
所述刀杆6-3的杆体上设有凸条6-5，连接杆6-2端部为筒状结构，并内套有一环状永磁体6-1，该连接杆6-2端部开有一与凸条6-5相适配的卡槽6-6；当连接杆6-2插入连接杆6-2内时，凸条6-5和卡槽6-6限制刀杆6-3相对于连接杆6-2周向转动；通过环状永磁体的磁力作用，将刀杆6-3吸合在连接杆6-2上。
所述多刃刀具6-4通过螺母固定在连接杆6-2的端部。
所述多刃刀具6-4的刀刃6-6均为相同的锥形结构，其锥度为10°～30°；所述刀刃6-6对称分布在环状基体的周围。所述机头3的左侧还设有一个用于取刀的取刀机构2，其包括气缸2-2、设置在气缸2-2活塞端部的气动夹头2-3；当气动夹头2-3夹持住刀杆6-3的端部后，气缸2-2的活塞回缩，进而将刀杆6-3从连接杆6-2上轴向取出。
一种三维内翅片管成型方法，其包括如下步骤：
步骤一：将具有内螺纹结构的金属管7轴向置于支撑机构4的工位4-4内，其端部固定在机头3旋转主轴的卡盘上，并保持金属管7与多刃刀具6-4在同一条轴线上；
步骤二：机头3的旋转主轴带动金属管7旋转；
步骤三：轴向进给机构5启动，轴向进给机构5带动多刃刀具6-4向金属管7方向连续轴向移动；多刃刀具6-4进入金属管7内，多刃刀具6-4的多个刀刃6-6同时切开金属管7内壁面的内螺纹结构凸起部分，使其分为前后两部分，刀刃6-6的弧形刃犁切，锥形后刀面同时对其切开的沟槽向外挤压，使沟槽扩张，形成高于内螺纹凸起部分的三维非连续的内翅片结构；
步骤四：轴向进给机构5连续进给，直至在整个金属管7的内壁面形成三维非连续的内翅片结构。
金属管7的内壁面形成三维非连续的内翅片结构完成后，此时，多刃刀具6-4伸出金属管7的末端并外露；机头3停止旋转，轴向进给机构5停止进给；取刀机构2的气动夹头2-3夹紧刀杆6-3的端部后，气缸2-2的活塞回缩，进而将刀杆6-3从连接杆6-2上轴向取出；轴向进给机构5反向运动，回到初始位置。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1.采用轴向进给机构与多刃刀具相配合，多刃刀具的多个刀刃同时切开金属管内壁面的内螺纹结构凸起部分，使其分为前后两部分，刀刃的前刀面犁切，后刀面同时对其切开的沟槽向外挤压，使沟槽扩张，形成高于内螺纹凸起部分的三维非连续的内翅片结构；该种内翅片结构的翅片管，其与工质的比表面积大，增加了对工质的扰流作用，传热表面积大，增大了传热系数，能有效提高强化热管的传热效率。
本发明采用多刃的加工工艺，可以有效提高翅片管的加工生产效率。
本发明刀杆的杆体上设有凸条，连接杆端部为筒状结构，并内套有一环状永磁体，该连接杆端部开有一与凸条相适配的卡槽；当连接杆插入连接杆内时，凸条和卡槽限制刀杆相对于连接周向转动；通过环状永磁体的磁力作用，将刀杆吸合在连接杆上。这种拔插式及磁力吸合连接方式，安装拆卸方便快捷，与取刀机构配合使用，有效减少装夹时间，提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置结构示意图。
图2为金属管7支撑机构局部结构示意图。
图3为内翅片成型刀具组件局部结构示意图。
图4为多刃刀具局部结构示意图。
图5为取刀机构局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至4所示。本发明公开了一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置，包括机架1、可提供旋转动力的机头3、支撑机构4、轴向进给机构5和内翅片成型刀具组件；
所述机头3、支撑机构4和轴向进给机构5依次轴向安装在机架1上；所述内翅片成型刀具组件安装在轴向进给机构5上；
待加工三维内翅片的金属管7一端夹持在机头3旋转主轴的卡盘上，另一端置于支撑机构4上；金属管7的轴线与内翅片成型刀具组件的轴线同轴；机头3的旋转主轴为金属管7提供旋转动力，轴向进给机构5驱动内翅片成型刀具组件沿着金属管7与内翅片成型刀具组件的轴线直线移动。
所述支撑机构4包括一支架4-1，支架4-1上开设有一用于放置金属管7的工位4-4，在支架4-1本体上对称分布有三个夹紧气缸4-2，每个夹紧气缸4-2的活塞端部安装有卡爪4-3，卡爪4-3的端部安装有可旋转的滚柱4-3a；滚柱4-3a对称分布在工位4-4的周围，当金属管7置于工位4-4内时，滚柱4-3a与金属管7的周壁转动接触，为旋转运动中的金属管7提供支撑与定位。
所述内翅片成型刀具组件包括多刃刀具6-4、刀杆6-3和连接杆6-2；所述多刃刀具6-4固定安装在刀杆6-3的一端，刀杆6-3的另一端插入连接杆6-2的端部；连接杆6-2尾部固定安装在轴向进给机构5上。
所述轴向进给机构5为丝杆进给机构，其包括丝杆及安装在丝杆上的滑块；当丝杆转动时，带动滑块轴向移动；所述连接杆6-2固定在滑块上。
所述刀杆6-3的杆体上设有凸条6-5，连接杆6-2端部为筒状结构，并内套有一环状永磁体6-1，该连接杆6-2端部开有一与凸条6-5相适配的卡槽6-6；当连接杆6-2插入连接杆6-2内时，凸条6-5和卡槽6-6限制刀杆6-3相对于连接杆6-2周向转动；通过环状永磁体的磁力作用，将刀杆6-3吸合在连接杆6-2上。
所述多刃刀具6-4通过螺母固定在连接杆6-2的端部。
所述多刃刀具6-4的刀刃6-6均为相同的锥形结构，其锥度一般为10°～30°；所述刀刃6-6对称分布在环状基体的周围。刀刃6-6的数量及锥度可根据加工要求而定。
所述机头3的左侧还设有一个用于取刀的取刀机构2，其包括气缸2-2、设置在气缸2-2活塞端部的气动夹头2-3；当气动夹头2-3夹持住刀杆6-3的端部后，气缸2-2的活塞回缩，进而将刀杆6-3从连接杆6-2上轴向取出。
本发明三维内翅片管成型方法，可通过如下步骤实现：
步骤一：将具有内螺纹结构的金属管7轴向置于支撑机构4的工位4-4内，其端部固定在机头3旋转主轴的卡盘上，并保持金属管7与多刃刀具6-4在同一条轴线上；需要说明的是，金属管7的内螺纹的螺旋方向可以与多刃刀具6-4进给方向相同，也可以不相反，具体根据实际应用而定。
步骤二：机头3的旋转主轴带动金属管7旋转；
步骤三：轴向进给机构5启动，轴向进给机构5带动多刃刀具6-4向金属管7方向连续轴向移动；多刃刀具6-4进入金属管7内，多刃刀具6-4的多个刀刃6-6同时切开金属管7内壁面的内螺纹结构凸起部分，使其分为前后两部分，刀刃6-6的弧形刃犁切，锥形后刀面同时对其切开的沟槽向外挤压，使沟槽扩张，形成高于内螺纹凸起部分的三维非连续的内翅片结构；
步骤四：轴向进给机构5连续进给，直至在整个金属管7的内壁面形成三维非连续的内翅片结构。
取刀步骤如下：
一：金属管7的内壁面形成三维非连续的内翅片结构完成后，此时，多刃刀具6-4伸出金属管7的末端并外露；
二：机头3停止旋转，轴向进给机构5停止进给；
三：取刀机构2的气动夹头2-3夹紧刀杆6-3的端部后，气缸2-2的活塞回缩，进而将刀杆6-3从连接杆6-2上轴向取出；
四：轴向进给机构5反向运动，回到初始位置。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种三维内翅片管成型方法，其特征在于：采用基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置实现，该装置包括机架（1）、可提供旋转动力的机头（3）、支撑机构（4）、轴向进给机构（5）和内翅片成型刀具组件；
所述机头（3）、支撑机构（4）和轴向进给机构（5）依次轴向安装在机架（1）上；所述内翅片成型刀具组件安装在轴向进给机构（5）上；
待加工三维内翅片的金属管（7）一端夹持在机头（3）旋转主轴的卡盘上，另一端置于支撑机构（4）上；金属管（7）的轴线与内翅片成型刀具组件的轴线同轴；机头（3）的旋转主轴为金属管（7）提供旋转动力，轴向进给机构（5）驱动内翅片成型刀具组件沿着金属管（7）与内翅片成型刀具组件的轴线直线移动；
所述支撑机构（4）包括一支架（4-1），支架（4-1）上开设有一用于放置金属管（7）的工位（4-4），在支架（4-1）本体上对称分布有三个夹紧气缸（4-2），每个夹紧气缸（4-2）的活塞端部安装有卡爪（4-3），卡爪（4-3）的端部安装有可旋转的滚柱（4-3a）；滚柱（4-3a）对称分布在工位（4-4）的周围，当金属管（7）置于工位（4-4）内时，滚柱（4-3a）与金属管（7）的周壁转动接触，为旋转运动中的金属管（7）提供支撑与定位；
所述内翅片成型刀具组件包括多刃刀具（6-4）、刀杆（6-3）和连接杆（6-2）；所述多刃刀具（6-4）固定安装在刀杆（6-3）的一端，刀杆（6-3）的另一端插入连接杆（6-2）的端部；连接杆（6-2）尾部固定安装在轴向进给机构（5）上；
所述轴向进给机构（5）为丝杆进给机构，其包括丝杆及安装在丝杆上的滑块；当丝杆转动时，带动滑块轴向移动；所述连接杆（6-2）固定在滑块上；
所述刀杆（6-3）的杆体上设有凸条（6-5），连接杆（6-2）端部为筒状结构，并内套有一环状永磁体（6-1），该连接杆（6-2）端部开有一与凸条（6-5）相适配的卡槽；当刀杆（6-3）插入连接杆（6-2）内时，凸条（6-5）和卡槽限制刀杆（6-3）相对于连接杆（6-2）周向转动；通过环状永磁体的磁力作用，将刀杆（6-3）吸合在连接杆（6-2）上；
实现步骤包括：
步骤一：将具有内螺纹结构的金属管（7）轴向置于支撑机构（4）的工位（4-4）内，其端部固定在机头（3）旋转主轴的卡盘上，并保持金属管（7）与多刃刀具（6-4）在同一条轴线上；
步骤二：机头（3）的旋转主轴带动金属管（7）旋转；
步骤三：轴向进给机构（5）启动，轴向进给机构（5） 带动多刃刀具（6-4）向金属管（7）方向连续轴向移动；多刃刀具（6-4）进入金属管（7）内，多刃刀具（6-4）的多个刀刃（6-6）同时切开金属管（7）内壁面的内螺纹结构凸起部分，使其分为前后两部分，刀刃（6-6）的弧形刃犁切，锥形后刀面同时对其切开的沟槽向外挤压，使沟槽扩张，形成高于内螺纹凸起部分的三维非连续的内翅片结构；
步骤四：轴向进给机构（5）连续进给，直至在整个金属管（7）的内壁面形成三维非连续的内翅片结构；
取刀步骤：金属管（7）的内壁面形成三维非连续的内翅片结构完成后，此时，多刃刀具（6-4）伸出金属管（7）的末端并外露；
机头（3）停止旋转，轴向进给机构（5）停止进给；
取刀机构（2）的气动夹头（2-3）夹紧刀杆（6-3）的端部后，气缸（2-2）的活塞回缩，进而将刀杆（6-3）从连接杆（6-2）上轴向取出；
轴向进给机构（5）反向运动，回到初始位置。
2.根据权利要求1所述三维内翅片管成型方法，其特征在于：所述多刃刀具（6-4）通过螺母固定在刀杆（6-3）的端部。
3.根据权利要求2所述三维内翅片管成型方法，其特征在于：所述多刃刀具（6-4）的刀刃（6-6）均为相同的锥形结构，其锥度为10°~30°；所述刀刃（6-6）对称分布在环状基体的周围。
4.根据权利要求3所述三维内翅片管成型方法，其特征在于：所述机头（3）的左侧还设有一个用于取刀的取刀机构（2），其包括气缸（2-2）、设置在气缸（2-2）活塞端部的气动夹头（2-3）；当气动夹头（2-3）夹持住刀杆（6-3）的端部后，气缸（2-2）的活塞回缩，进而将刀杆（6-3）从连接杆（6-2）上轴向取出。
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