CN110944797B

CN110944797B - 行星式重构滚柱和重构容器腔的方法

Info

Publication number: CN110944797B
Application number: CN201880047961.4A
Authority: CN
Inventors: 格雷戈·约翰逊; 卡韦赫·戈莱斯坦
Original assignee: Titanium Metals Corp
Current assignee: Titanium Metals Corp
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2038-07-17
Also published as: JP6946545B2; WO2019018360A1; EP3615270A1; US20190015882A1; RU2738631C1; CA3070406A1; EP3615270B1; CA3070406C; US11154919B2; JP2020527463A; CN110944797A

Abstract

提供了一种用于重构容器腔的装置，该装置包括中心轴、联接至该中心轴的中心齿轮以及联接至该中心齿轮的多个滚柱齿轮，多个滚柱齿轮中的每一个具有中心部分。近端支撑构件联接该多个滚柱齿轮以及中心齿轮和中心轴中的至少一个。还提供了多个滚柱，该多个滚柱中的每一个连接至所述多个滚柱齿轮中的每一个的中心部分。在一种形式中，至少一个惰轮构件设置在多个滚柱之间。远端支撑构件联接多个滚柱以及中心齿轮和平移构件中的至少一个。而且，静止构件固定至容器腔的远端部分。

Description

行星式重构滚柱和重构容器腔的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月17日提交的序列号为62/533,570的美国临时申请的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及对管道、箱、罐、容器和具有内部腔或通道的其他物体中的腔的重构(reform)或矫直。

背景技术

该部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可不构成现有技术。

铸造厂创建材料锭以方便运输、存储和其他后勤需求。锭通常在金属容器腔内被铸造，并且铸造容器用于多个锭铸件。在其整个生命周期中，铸造容器最终会因铸件的熔融材料而变形。当将锭从铸造容器中移除时，铸造容器也可变形。

过去，通过在炉中加热铸造容器并且然后使用液压重构装置或液压机将汽缸壁从内部缓慢推出而对铸造容器进行重构。这种热重构过程既昂贵又费时。例如，平均而言，重构铸造容器可能要花费高达十二个小时，并因此会导致大量的生产停机时间。

本公开解决了与重塑铸造容器以及其他可塑性变形的物体(例如管道、管和罐)有关的问题。

发明内容

在本公开的一种形式中，提供了一种用于重构容器腔的装置。该装置包括中心轴、联接至中心轴的中心齿轮、联接至中心齿轮的多个滚柱齿轮，多个滚柱齿轮中的每一个均具有中心部分。该装置还包括近端支撑构件，近端支撑构件联接该多个滚柱齿轮以及中心齿轮和中心轴中的至少一个。多个滚柱连接到该多个滚柱齿轮中的每一个的中心部分。此外，该装置具有远端支撑构件，远端支撑构件联接该多个滚柱以及中心齿轮和平移构件中的至少一个。平移构件被配置成接合固定到容器腔的远端部分的静止构件，并且随着装置旋转而运行以使装置移动通过容器腔。

在该装置的变型中，中心轴接合静止构件并且可操作用于使该装置向远端和向近端移动通过容器腔。在另一种形式中，冲头(ram)被配置成与装置接合并且使装置向远端和向近端移动通过容器腔。多个滚柱中的至少一个滚柱具有是弯曲的、分段的、笔直的和锥形的中的至少一种的形状。中心齿轮小于多个滚柱齿轮，使得在中心齿轮和多个滚柱齿轮之间发生齿轮减速。在另一变型中，至少一个稳定器联接在远端支撑构件和近端支撑构件之间。在另一种形式中，该装置还包括至少一个惰轮构件，该惰轮构件设置在多个滚柱之间，并且惰轮构件限定适于接合多个滚柱的外周表面，该外周表面限定弓形表面、B形表面、多边形表面和平面表面中的至少一个。驱动器可被配置成抵靠多个滚柱预加载惰轮构件，其中，驱动器选自液压冲头和弹簧中的至少一个。此外，多个滚柱中的至少一个滚柱还包括去毛刺段、磨光段、抛光段及其组合中的至少一个。在又一变型中，多个滚柱中的至少一个滚柱限定了具有螺旋脊、螺旋槽、同心脊、同心槽、光滑表面及其组合中的至少一个的表面。

在本公开的另一种形式中，提供了一种重构容器腔的方法，该方法包括靠近容器腔定位上述装置，并使平移构件与容器的静止构件接合，接合中心轴，以及使装置移动通过容器腔。在一种形式中，装置通过旋转而被移动。

根据本文提供的描述，其他适用范围将变得显而易见。应当理解，描述和特定示例仅旨在用于示例目的，而并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了使本公开易于理解，现在将参考附图通过示例性的方式描述本公开的各种形式，其中：

图1是根据本公开内容的教导重构的示例性铸造容器的侧视图。

图2是根据本公开的教导构造的用于重构容器腔的装置的一种形式的侧视图；

图3是根据本公开的教导的图2的装置的立体图，该装置被配置成旋转并且设置在示例性铸造容器的上方；

图4是根据本公开的教导的图2的靠近容器腔被定位的装置的侧视图；

图5A-图5C是根据本公开的教导的图2的装置随着其逐渐移动通过容器腔时的侧视图；

图6是图2的装置的形式的立体图，该装置具有根据本公开的教导构造的侧支撑件；

图7是根据本公开的教导构造的用于重构容器腔的装置的另一形式的侧视图；

图8是图2的装置的变型的侧视图，其示出了根据本公开的教导的滚柱的示例性段；和

图9是示出根据本公开内容的教导的用于重构容器腔的方法的流程图。

本文描述的附图仅用于示例目的，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或用途。在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。还应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法内的步骤可以以不同的顺序执行。

参考图1，本公开的教导所应用于的示例性铸造容器10通常包括容器腔12，在铸造操作期间，熔融金属被倒入容器腔12中。在重复的铸造操作之后，该容器腔12会变形并且最终需要重新加工以便使容器腔12回到其原始几何形状的规格内。应当理解，本公开的教导可应用于具有腔的各种物体，诸如管道、罐和管等。因此，铸造容器10不应被解释为限制本公开的范围。

现在参考图2至图4，本公开的一种形式包括用于重构容器腔12的装置，该装置被示出并且总体上由附图标记20表示。装置20包括中心轴22、联接至中心轴22的中心齿轮24和联接至中心齿轮24的多个滚柱齿轮26，其中每一个滚柱齿轮26具有中心部分28。通常，中心齿轮24小于滚柱齿轮26中的每一个，使得在中心齿轮24和滚柱齿轮26之间发生齿轮减速。

装置20还包括联接多个滚柱齿轮26、中心齿轮24和中心轴22的近端支撑构件40。更具体地，近端支撑构件40包括多个孔，中心轴22延伸通过该多个孔，并且滚柱齿轮26和中心齿轮24安装至该多个孔。

如进一步所示，装置20包括多个滚柱50，其中每一个滚柱50连接到多个滚柱齿轮26中的每一个的中心部分28。在这种形式中，使用总共三(3)个滚柱50，但是，应当理解，在保持在本公开的范围内的同时可以使用任何数量的滚柱50。装置20还包括至少一个惰轮构件60和远端支撑构件70，惰轮构件60设置在多个滚柱50之间，远端支撑构件70联接多个滚柱50和平移构件30。此外，静止构件62(如图1和图4所示)被固定到容器腔12的远端部分64。惰轮构件60通常运行以分离和稳定滚柱50中的每一个，并且在下面进行更详细描述。一种形式中的平移构件30在近端部分31处固定至装置20，并且在远端部分33处与静止构件62接合(图5C中最佳示出)。如下面更详细地描述的，随着装置20旋转，平移构件30运行以使装置20移动通过容器腔12。

滚柱50中的每一个均具有在远端方向上呈锥形的形状，使得每一个滚柱50的下部52处的整体外周尺寸小于每一个滚柱50的上部54处的整体外周尺寸。通过这种锥形的构造，可使滚柱50更容易地移动通过容器腔并逐渐重构容器腔12的壁，如下面更详细地描述的。如所示的，这种形式的滚柱50也是圆形的。在未示出的替代形式中，在保持在本公开的教导内的同时，滚柱50可呈其他形状，例如弯曲的、分段的和笔直的等。

滚柱50中的每一个具有包括如所示的螺旋脊58的表面。这些螺旋脊58被配置为随着装置20和滚柱50移动通过容器腔12而重构容器腔12。也可以采用滚柱50的替代表面，例如通过示例性的螺旋槽、同心脊、同心槽、光滑表面及其组合。在这种形式中，每一个滚柱50是具有其螺旋脊58被加工到外表面中的单个部件。然而，应理解，在保持在本公开的范围内的同时，滚柱50可包括安装至轴的各个滚柱。一种形式中的滚柱50由硬质工具钢制成。通常，滚柱50的表面以及它们的锥形构造被用于随着装置20移动通过容器腔而逐渐重构容器腔12，如下面更详细地描述的。

具体地参考图4，平移构件30接合静止构件62，并且在这种形式中以螺纹接合，其中平移构件30是外螺纹，而静止构件62是内螺纹(例如，螺母)。平移构件30和静止构件62之间的这种接合可操作以使装置20向远端和向近端移动通过容器腔12，其中向远端由箭头X的方向表示，而向近端由箭头Y表示。更具体地，当中心轴22旋转时，平移构件30的螺纹(未示出)逐渐接合静止构件62的螺纹(未示出)，从而将整个装置20向远端移动到容器腔12中。当中心轴22沿相反方向旋转时，将整个装置20向近端移出容器腔12，这将在下面更详细地描述。在替代形式中，装置20还可以包括冲头(未示出)，以接合装置20并使装置20移动通过容器腔12。该冲头可以用作接合静止构件62的平移构件30的替代。

如图2进一步所示，惰轮构件60限定适于接合多个滚柱50的外周表面。如所示的该外周表面63是弓形的或弯曲的，其接合相应的槽65，相应的槽65位于每一个滚柱50的长度的大约中间位置处。通常，随着滚柱50穿过容器腔12时，惰轮构件60使滚柱50稳定。在替代形式中，外周表面63可以是除弓形之外的另一种形状，例如，B形表面、多边形表面和平坦表面等。当装置20穿过并重构容器腔12时，惰轮构件60稳定、抵抗来自腔壁的向内压力，并能够使滚柱50保持接触/压靠容器腔12的壁。保持滚柱50与容器腔12的接合提高了装置20的重构速度和有效性。

参考图5A至图5C，示出了装置20向远端通过容器腔的运动，并且现在对其进行更详细地描述。如所示的，装置20位于容器10和容器腔12的上方。平移构件30与静止构件62接合，使得装置与容器10可操作地接合。随着中心轴22旋转(根据螺纹方向而顺时针或逆时针)中心齿轮24旋转并接合滚柱齿轮26中的每一个。随着滚柱齿轮26中的每一个的旋转，相应的滚柱50中的每一个也旋转。因此，远端支撑构件70可以包括内部轴承(未示出)，该内部轴承接收滚柱50中的每一个并允许滚柱50中的每一个进行旋转。

随着中心轴22继续旋转，整个装置20由于平移构件30和静止构件62之间的接合而向远端移动到容器腔12中。滚柱50的螺旋脊58逐渐接合容器腔12的内壁，从而引起腔壁的塑性变形和容器腔12的重构。这种旋转继续进行，直到装置20一直延伸到容器腔12中并且滚柱50中的每一个已经使整个容器腔12塑性变形为止。为了从容器腔12中移除装置20，中心轴22沿相反方向旋转，这使得装置20向近端移动并移出容器腔12。该操作根据容器腔12内的所需表面几何形状而可以重复任何次数。在该示例性形式中，中心轴22以大约850RPM旋转，并且整个装置20在大约2.5分钟内向近端移入和移出容器腔12，以进行完整的重构操作。应当理解，可以根据诸如大小和材料之类的容器特性而采用其他旋转速度和时间。

在本公开的至少一种变型中，多个滚柱中的至少一个滚柱的几何构造使得装置能够在没有施加轴向力的外部源的情况下向远端和/或向近端移动通过容器腔。例如，接合滚柱或滚柱齿轮的驱动器使滚柱旋转。至少一个滚柱具有锥部、螺旋槽和去毛刺段，当它们旋转时，它们联接到容器腔的内壁，从而将装置向远端移动(拉动)到容器腔中。

现在参考图6，在本公开的一种形式中，装置20还包括至少一个稳定器80，其联接在远端支撑构件70和近端支撑构件40之间。稳定器80在重构处理期间抵抗装置20的扭曲或扭转。在这种形式中，使用三(3)个稳定器80，其用如所示的螺栓82被固定至近端支撑构件40和远端支撑构件70中的每一个。稳定器80还定位在滚柱50的内部，以使其不干扰重构操作，即，不接触容器腔12的壁。另外，装置20还包括第二近端支撑构件42，第二近端支撑构件42也包括多个孔，中心轴22延伸通过该多个孔，并且滚柱齿轮26和中心齿轮24安装至该多个孔。第二近端支撑构件42以联接在近端支撑构件40和第二近端支撑构件42之间的滚柱齿轮26而被定位。

现在参考图7，在本公开的另一种形式中，装置20'包括具有光滑外表面的锥形滚柱50'。如所示的，装置20'还包括多个弹簧66和多个惰轮构件60。惰轮构件中的每一个限定向外呈锥形的外周表面63(在详细视图中示出)。锥化的外围表面63与弹簧66一起可操作用于抵靠多个滚柱50'来预加载惰轮构件60，并且由此迫使多个滚柱50'径向向外抵靠容器腔12的壁。

参考图8，在本公开的另一种形式中，滚柱50中的至少一个可以包括除了螺旋脊58以外的替代表面构造，以执行其他操作，例如在重构之后的精加工。例如，滚柱50可包括去毛刺段、磨光段、抛光段及其组合中的至少一个。

更具体地说，滚柱50”包括段90_n。如所示的，段90_d去毛刺，段90_p抛光，段90_b磨光，并且段90_n中的任何一个还使容器腔的内壁成形。此外，一些段90_n重叠，以根据所需的容器腔特性而执行多次重构操作。另外，段、形状和表面可以以任何数量的组合来配置，从而实现具有例如带有螺旋脊的弯曲分段表面的滚柱，该弯曲的分段表面使容器腔重新成形、去毛刺和抛光。尽管示出了具有段90_d、90_p和90_b的一个滚柱以及具有单个重构部分90_n的一个滚柱，但是应当理解，在保持在本公开的范围内的同时，可以采用滚柱和滚柱段的任何组合。

虽然示出了惰轮构件60，但是惰轮是用来实现重构过程的可选结构。例如，在一种具有用于使装置向远端和向近端移动通过容器腔的冲头的形式中，使滚柱旋转的驱动器可以停止移动，并且重构装置将仍在一定程度上重构容器腔或在重构已经完成后退出。

尽管示出了远端支撑构件、惰轮和近端支撑构件，但是能够在结构上支撑多个滚柱以在没有惰轮的情况下重构容器腔的远端(或近端)支撑构件应该被视为在本公开的教导内。类似地，能够单独地或与容器腔共同地在结构上支撑多个滚柱的远端(或近端)支撑构件也在本公开的教导内。

现在参考图9，以流程图示出了根据本公开的方法，并且该方法由附图标记100表示。方法100包括在步骤102中靠近容器腔来定位该装置并使中心轴与静止构件接合。接下来，在步骤104中接合中心轴，这然后使得在步骤106中接合中心齿轮，随后在步骤108中接合滚柱齿轮，然后在步骤110中旋转多个滚柱，并且最后在步骤112中使装置移动通过容器腔。应当理解，这些步骤及其顺序仅是示例性的，并且可以包括符合本文的公开内容的其他步骤。

容器10在重构过程期间处于室温下，但是，在保持在本公开的范围内的同时，可以使用升高的温度。

本公开的描述本质上仅是示例性的，并且，因此，不背离本公开的实质的变型旨在处于本公开的范围内。这样的变型不应被视为背离本公开的精神和范围。

Claims

1.一种用于重构容器腔的装置，包括：

中心轴；

联接至所述中心轴的中心齿轮；

联接至所述中心齿轮的多个滚柱齿轮，所述多个滚柱齿轮中的每一个具有中心部分；

近端支撑构件，所述近端支撑构件联接所述多个滚柱齿轮以及所述中心齿轮和所述中心轴中的至少一个；

多个滚柱，所述多个滚柱中的每一个轴向对准并连接至所述多个滚柱齿轮中的每一个的所述中心部分；

远端支撑构件，所述远端支撑构件联接所述多个滚柱和所述中心轴；和

平移构件，所述平移构件可旋转地安装至位于所述容器腔的远端部分的静止构件，并且能够操作用于使所述装置向远端和向近端移动通过所述容器腔。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述静止构件固定至所述容器腔的远端部分。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括：冲头，所述冲头被配置成接合所述装置并使所述装置向远端和向近端移动通过所述容器腔。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个滚柱中的至少一个滚柱具有弯曲的、分段的、笔直的和锥形的中的至少一种形状。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中心齿轮小于所述多个滚柱齿轮，使得在所述中心齿轮与所述多个滚柱齿轮之间发生齿轮减速。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括：第二近端支撑构件。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括：至少一个稳定器，所述至少一个稳定器联接在所述远端支撑构件和所述近端支撑构件之间。

8.根据权利要求1所述的装置，还包括：至少一个惰轮构件，所述至少一个惰轮构件设置在所述多个滚柱之间。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述惰轮构件限定适于接合所述多个滚柱的外周表面，所述外周表面限定弓形表面、B形表面、多边形表面和平面表面中的至少一个。

10.根据权利要求8所述的装置，还包括：驱动器，所述驱动器被配置成抵靠所述多个滚柱来预加载所述惰轮构件。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述驱动器选自由液压冲头和弹簧组成的组。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个滚柱中的至少一个滚柱还包括去毛刺段、磨光段、抛光段及其组合中的至少一个。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个滚柱中的至少一个滚柱限定具有螺旋脊、螺旋槽、同心脊、同心槽、光滑表面及其组合中的至少一个的表面。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个滚柱中的每一个限定具有螺旋脊的表面。

15.一种重构容器腔的方法，包括：

靠近容器腔来定位根据权利要求1所述的装置；

接合所述中心轴以旋转所述装置；和

使所述装置移动通过所述容器腔，以使得所述容器腔的内壁被重构。