FI101458B

FI101458B - Putken seinämän muokkaustyökalu

Info

Publication number: FI101458B
Application number: FI961218A
Authority: FI
Inventors: Tapio Vaekiparta
Original assignee: Outokumpu Copper Products Oy
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1998-06-30
Also published as: DE69704123T2; EP0795363B1; EP0795363A2; EP0795363A3; DE69704123D1; JPH1024322A; US5782123A; ES2155981T3; FI961218A0; JP3908820B2; FI101458B1; FI961218A

Description

101458

PUTKEN SEINÄMÄN MUOKKAUSTYÖKALU

Tämä keksintö kohdistuu muokkaustyökaluun, jonka avulla putken seinämää 5 muokataan siten, että putken sisäpinnalle muodostuu uritus eli rihlaus. Uritus muodostetaan rihlauskoneen muokkaustyökalun avulla, ja keksinnön mukaisesti ko. työkalun rakenne mahdollistaa siihen kuuluvien, uritettavaa putkea muokkaavien kuulien tehokkaan käytön ja vaihdon sekä mahdollistaa kuulien vaihdon koko työkalua vaihtamatta.

10

Hyvin lämmönjohtavaa metalliputkea, erityisesti kupari- ja alumiiniputkea käytetään lämmönvaihdinelementteinä ilmastointi- ja jäähdytyslaitteissa. Lämmönvaihdon tehostamiseksi on putken sisäpintaa ryhdytty muokkaamaan, koska on todettu, että sisäpinnaltaan uritetun, rihlatun putken lämmönsiirtoka-15 pasiteetti on huomattavasti sileätä tehokkaampi. Sisäpinnan muokkauksen lisäksi voidaan myös ulkopintaa muokata.

Lämmönvaihdintarkoitukseen käytettävän putken rihlaus suoritetaan siten, että sisäpintaa muokataan sijoittamalla putken sisään ns. rihlatuurna, jonka jälkeen : 20 putki painetaan tuurnan uriin planetaarisesti putken ympärillä pyörivien rullien ··": tai kuulien avulla.

Kuulien avulla tapahtuvaa muokkausta on kuvattu esimerkiksi US-patenttijul- :.i.: kaisussa 4,373,366. Rihlauksen aikaansaava tuuma on kiinnitetty toisesta • · · *·' * 25 päästään vetotuurnaan, joka on putken kulkusuunnassa katsottuna ennen rihlatuurnaa. Vetotuurna on tuettu paikalleen vetorenkaan avulla ja rihlatuur- • * · *“*. naa ympäröi muokattavan putken ympärille sijoitettu pyörivä muokkaustyökalu.

• · · • · *

Muokkaustyökalun sisäpuolelle on muodostettu eri tavoin muotoiltu ura, : ·" kuulapesä, johon on sijoitettu useampia kuulia rengasmaisesti muokattavan • · * · ;·’ 30 putken ympärille. Kuulapesässä pyörivät kuulat painavat putken kohti rihlatuur- naa urien muodostamiseksi. Patenttijulkaisussa kuvattu muokkaustyökalu on * * kuulien kohdalta yksiosainen. Kuulapesä voi olla U- tai V-muotoinen. U- 2 101458 muotoisessa kuulapesäratkaisussa kuulia painetaan kohti kapenevaa päätä työntörenkaan (push ring) avulla. Muissa rakenteissa ei kuulien paikan säätämiseksi ole esitetty mitään ratkaisua. Kuvatussa ratkaisussa kuulia ei saa helposti sisään eikä pysymään paikoillaan ilman uritettavaa putkea.

5

Putken urituksessa käytettävää työkalua on kuvattu myös EP-hakemuksessa 634234. Hakemuksen mukaiselle muokkaustyökalulle on ominaista, että muokkauspään yksiosaisen kuulapesän sisäprofiili osittain yhtyy kuulien kaarevuuteen. Ura on aksiaalileikkauksessa nimenomaan ympyränkaaren 10 muotoinen, sen kaarevuuskäyrä on vähintään sama kuin kuulilla siten, että kuulien kaarevuussäde on korkeintaan 5% pienempi kuin kuulapesän ympyränkaaren kaarevuussäde. Lieriömäinen kuulapesä on osittain suljettu sul-kuosan avulla, joka on muotoiltu siten, että kuulilla on pieni, muutaman millimetrin aksiaalinen välys. EP-hakemuksen mukaiselle laitteistolle on myös 15 olennaista kuulapesän voitelu, joka toteutetaan uritettavan putken kanssa koaksiaalisen putken avulla, joka syöttää voiteluainetta kuulien kohdalle.

Tämän keksinnön mukainen putken sisäseinämän muokkaustyökalu muodostuu muokkauskohtaan asetetun pyörivän työkalun rungosta ja sen kannesta, 20 rungon sisään sijoitetusta kaksiosaisesta vierintäkehästä sekä vierintäkehän ; ·: osien väliin asetettavasta kuulapitimestä ja kuulista. Putken muokkaustyökalu :/·· sijoitetaan putken ympärille olennaisesti samaan kohtaan kuin rihlatuurna putken sisäpuolella. Keksinnön mukaisen työkalun eräitä etuja on, että sen avulla kuulat pysyvät muokkauksen aikana paikassaan ja työkalun voitelu • · · ’ 25 saadaan entistä tehokkaammaksi. Muokkaustyökalun rungon ja kannen väliin asetettavien säätölevyjen avulla voidaan säätää vierintäkehien aksiaalista etäisyyttä toisistaan tarkasti ja sen avulla pystytään säätämään putken seinä- • · · • · · *. mäpaksuutta. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista »· * : «* vaatimuksista.

'··/ 30 • * : Keksinnön mukaista edullista työkalua kuvataan tarkemmin oheisten kuvien " * avulla, jossa 3 101458 kuvassa 1 esitetään keksinnön mukainen muokkaustyökalu halkileikattuna sivukuvantona, kuva 2 esittää erästä muokkaustyökalun osaa, kuulapidintä edestä katsottuna, ja 5 kuva 3 esittää kaavallisesti muokkaustyökalun yhtä kuulaa ja sen kanssa kontaktissa olevia vierintäkehän osia poikkileikkauksena.

Keksinnön mukaista muokkaustyökalua ei ole tarkemmin kuvattu koko muokkausprosessin puitteissa, koska periaatteet ovat ennestään tunnettuja jo 10 esimerkiksi tekniikan tasossa kuvattujen laitteistojen puitteissa. Kuten kuvasta 1 nähdään, uritettavan putken muokkaustyökalu, muodostuu ensinnäkin putken muokkaussuuntaan sylinterimäisestä, keskeltä ontosta rungosta 1 sekä siihen kiinnitettävästä kansiosasta 2, jossa myös on keskellä aukko, joka on ainakin putken läpimitan suuruinen. Kuvassa nähdään keskellä muokattava 15 putki kaavallisesti piirrettynä sekä sen kulkusuunta. Putken sisällä on olen naisesti muokkauspään kohdalla rihlatuurna, jota ei ole kuvassa esitetty.

Muokkauspään rungon 1 ja kannen 2 välinen etäisyys on säädettävissä rungon ja kannen väliin asetettavan, yhden tai useamman säätölevyn 3 avulla.

20 Säätölevyjen avulla muutetaan vierintäkehien aksiaalista etäisyyttä toisistaan.

:": Kun vierintäkehien aksiaalinen etäisyys toisistaan on muuttunut, myös kuulien ·.*: radiaalien sijainti muuttuu, ja tämä on eräs niistä toimenpiteistä, jolla erityisesti keksinnön mukaisella työkalulla pystytään suorittamaan putken seinämän 1 hienosäätö. Säätö voidaan tehdä jopa 0.005 mm:n tarkkuudella säätölevyjen « ♦ * ·* 25 määrää tai vahvuutta muuttamalla. Säätölevyjen yhteisvahvuuden lisääntyessä putken seinämävahvuus kasvaa.

• * * • · · «·· • · · • · *

Muokkauspään rungon 1 ja kannen 2 sisäpuolelle tehtyyn tilaan sovitetaan : ·/ kahdesta, olennaisesti samanmuotoisesta ja toisiaan vastaan sijoitetusta l··.·' 30 osasta 4a ja 4b muodostettu vierintäkehä 4. Vierintäkehä on samakeskeinen • · '· rungon ja kannen kanssa. Vierintäkehän osien sisäpuoli on muotoiltu siten, että kumpikin muodostaa ympyränkaaren, jonka segmentti on aksiaalisuunnas- 4 101458 sa alueella 30-90°. Vastakkain tulevia vierintäkehän osia ei soviteta tiukasti yhteen, vaan niiden väliin jää aukko, joka on 8-12%, edullisesti noin 10% vierintäkehän 4 sisäpuolelle sijoitettavien kuulien 6 halkaisijasta.

S Kaksiosainen vierintäkehä mahdollistaa sen, että kehien väliin voidaan sijoit taa kuulapidin 5, joka muodostuu ohuesta levystä, luokkaa 1mm, jonka ulko-halkaisija on suunnilleen sama kuin vierintäkehän ulkohalkaisija. Kuulapitimen 5 muoto näkyy selvästi kuvasta 2. Kuulapitimen sisäosassa on aukko, joka on muodostettu sen mukaisesti, mikä on muokkaavien kuulien lukumäärä. Aukon 10 reuna kulkee kunkin kuulan halkaisijan määräämän ympyränkehän muotoisesti siten, että se on olennaisesti sama matkalla, joka on ainakin 55% kunkin kuulan halkaisijan ympyränkehästä. Kuulapitimen ansiosta kuulat pysyvät asemassaan työn aloituksessa ja erillään muokkauksen aikana.

15 Vierintäkehän osien väliin jäävä aukko on tärkeä myös voitelun kannalta, sillä se mahdollistaa öljyn tehokkaan poiston muokattavasta kohdasta. Muokkaus-kohteeseen syötettävä öljy sekä voitelee että jäähdyttää. Koska öljy voidaan nyt poistaa tehokkaasti vierintäkehän osien väliin jäävän aukon kautta, öljykier-toa voidaan jäähdytystarpeen mukaan muuttaa muokkauksen siitä kärsimättä. 20 Myös kuulapidin on muotoiltu siten, että se ei haittaa öljyn kulkua.

Vaikka tekniikan tasossa mainitussa EP-hakemusjulkaisussa 634 234 pidetään « edullisena, että vierintäkehän ja kuulien kosketus on enemmän kuin pistemäi-nen, jolloin vierintäkehän halkaisija on korkeintaan 5% suurempi kuin kuulan • · · ' 25 halkaisija, keksinnön mukaista laitetta kehitettäessä ei näin kiinteä kosketus ole vaikuttanut edulliselta. Sen sijaan kehitystyössämme on todettu etuna, että • · » ‘f;;* jos vierintäkehän säde on 7-15%, edullisesti 8-12% suurempi kuin kuulan • I · säde, voidaan säätölevyjä vaihtamalla saada myös aikaan putken seinämän : ·* hienosäätö edellä mainitulla tavalla. Hienosäädön lisäksi säteiden erosta • · · l~/ 30 seuraa se etu, että voiteluöljyssä mahdollisesti olevat epäpuhtaudet kuten :. metallihilse, eivät haittaa kuulien pyörimistä.

5 101458

Kuten edellä mainittiin, on todettu edulliseksi muodostaa vierintäkehän säde jonkin verran suuremmaksi kuin kuulien säde, josta seuraa, että kuulan kosketus kumpaankin vierintäkehän osaan on pistemäinen. Kuvasta 3 nähdään, että pistemäiset kuulan ja vierintäkehien kosketuskohdat muodostavat kuulan 5 keskipisteen kanssa kulman, jota kutsutaan vierintäkulmaksi a. Olemme todenneet, että vierintäkulman a tulee olla alueella 75-110°, edullisesti välillä 80-105°. Kuulien luistovaaran lisääntymisen takia pienempi vierintäkulma ei ole edullinen, ja suurempi kulma taas aiheuttaa merkittävästi suuremman kulumisen kuin toimiminen em. alueella.

10

Kuulien kokoaja lukumäärää voidaan keksinnön mukaisen muokkaustyökalun puitteissa vaihdella riippuen siitä, mikä tulee muokattavan putken seinämävahvuudeksi jne. Kuulien määrä voi vaihdella alueella 3-6, jolloin vastaavasti vaihdetaan oikean muotoinen kuulapidin. Samoin kuulien halkaisija voi 15 vaihdella välillä 15-25 mm. Halkaisijaltaan yli 15 mm:n kuulien etu on, että muokattavan putken ja kuulan välinen kitakulma muodostuu riittävän pieneksi, ja sen seurauksena putken kiertomomentti jää pieneksi. On edullista valita kuulien halkaisija niin suureksi kuin kuulien lukumäärä sallii. Kuulien määrä valitaan putken halkaisijan mukaan.

:’.v 20 • Keksinnön mukainen muokkaustyökalu on vakaa ja sallii korkean kierrosno- ’·· peuden. Samoin työkalun kestävyys on osoittautunut korkealuokkaiseksi. On todettu, että samoilla kuulilla on voitu valmistaa putkea jopa yli 1001, ja kuiten-kin kuulat ovat työkalussa useimmin vaihdettavat osat. Kuulat ovat standardi- t i : ' 25 kuulia, joita on helposti saatavissa laakerinvalmistajilta. Nyt kehitetty työkalu _ on kooltaan pieni ja nopeasti vaihdettavissa.

• · * • · · • · · • · · • · * 1 : * · • 4 « · • ·

Claims

6 101458
1. Muokkaustyökalu putken sisäpinnan urittamiseksi, jolloin pyörivä työkalu 5 muodostuu muokattavan putken ympärille sijoitettavasta sylinterimäisestä, akselinsa ympäriltä auki olevasta rungosta (1), rungon sisälle samakeskeisesti asetetusta vierintäkehästä (4) ja sen sisäpuolelle sijoitetuista kuulista (6), tunnettu siitä, että muokkaustyökalun rungon (1) toinen pää on suljettavissa kannella (2), joka on samoin akselinsa ympäriltä auki, ja että rungon (1) sisään 10 asetettava vierintäkehä (4), jonka sisäpuoli on muotoiltu ympyränkaaren muotoiseksi, on muodostettu kahdesta osasta (4a,4b), jolloin osien väliin on sijoitettu kuulia (6) paikallaan pitävä levymäinen kuulapidin (5).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muokkaustyökalu, tunnettu siitä, että 15 rungon (1) ja kannen (2) välinen etäisyys on säädettävissä niiden väliin asetel tavan säätölevyn (3) avulla.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen muokkaustyökalu, tunnettu siitä, että säätölevyjen (3) vahvuus ja määrä ovat muutettavissa. 20
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muokkaustyökalu, tunnettu siitä, että '· '· keskenään olennaisesti samanmuotoiset vierintäkehän osat (4a,4b) on sijoitet tu runkoon (1) vastakkain siten, että kehien (4a,4b) väliin jäävän aukon suu- t ruus on 8-12% vierintäkehän sisäpuolelle sijotettujen kuulien (6) halkaisijasta. » : : 25 # 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muokkaustyökalu, tunnettu siitä, että • · * • · · vierintäkehän (4) kummankin osan (4a,4b) sisäpuoli muodostaa ympyränkaa- • · · . ren, jonka segmentti aksiaalisuunnassa on 30-90°. Γ :
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muokkaustyökalu, tunnettu siitä, että 4 « 1 vierintäkehän (4) säde on 7-15% suurempi kuin kuulien (6) säde. 7 101458
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muokkaustyökalu, tunnettu siitä, että vierintäkehän (4) säde on 8-12% suurempi kuin kuulien (6) säde.
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muokkaustyökalu, tunnettu siitä, että 5 vierintäkehän osien (4a,4b) ja kuulien (6) kosketuskohta on pistemäinen.
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen muokkaustyökalu, tunnettu siitä, että vierintäkulma a, jonka vierintäkehän osien (4a,4b) ja kuulan (6) väliset kosketukset kuulan keskipisteen kanssa muodostavat, on alueella 75-110°. 10
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muokkaustyökalu, tunnettu siitä, että levymäisen kuulapitimen (5) keskellä on aukko, jonka reuna on olennaisesti sama matkalla, joka on ainakin 55% kunkin kuulan halkaisijan määräämästä ympyränkehästä. 15 I · 1 « « • · t : : • · · ··· i : : • · 1 • · · • · · • ·· • · · • · · i · · · • · « * · 8 101458