УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОФРИРОВАНИЯ ТРУБ Российский патент 2001 года по МПК B21D15/06 B21D9/14 B21D51/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к оборудованию для изготовления на трубах кольцевых гофров.

Известно, что действие интенсивных сил трения, возникающих между цилиндрической оболочкой и эластичным пуансоном, используется в основном как положительное явление при формообразовании гофров на трубных заготовках /1/. Однако под действием осевых сил могут иметь место явления потери устойчивости стенки детали при формообразовании без смазки. Участки заготовки, расположенные ближе к вершине гофра, почти не испытывают внутреннего давления и находятся в основном только под действием осевой силы. Кроме того, надежность последующего возврата в исходное положение эластичного пуансона при снятии нагрузки, защемленного в образованном гофре, намного повышается, если будут снижены имеющие место силы трения. В связи с этим, при штамповке гофров из трубной заготовки эластичным пуансоном необходимо применять смазку, снижающую трение, которую наносят обычно на внутреннюю стенку оболочки или на тело эластичного пуансона. Обычно в качестве такой смазки применяют эмульсии мыла, растворенного в воде, что обеспечивает легкое удаление ее из полости гофров при промывке.

Известны способы и устройства изготовления гофрированных труб (сильфонов) с помощью эластичного пуансона /2-5/. Однако известные устройства из-за наличия больших сил трения пуансона о заготовку не обеспечивают надежный возврат защемленного гофром участка пуансона, что приводит к его повреждению при последующей подаче заготовки.

Наиболее близким по технической сущности является, принятое за прототип, устройство для гофрирования труб эластичным пуансоном /6/.

В этом устройстве силы трения эластичного пуансона о заготовку создают дополнительное сопротивление при осадке гофра и ухудшают достижение необходимого уровня давления среды в зоне его формообразования. Кроме того, наличие значительных сил трения пуансона о заготовку и в этом случае снижает надежность возврата участка пуансона из гофра после снятия нагрузки на пуансон и может привести к его повреждению гофром в момент подачи заготовки. Все это резко снижает надежность работы самого устройства.

Задачей данного изобретения является повышение надежности работы устройства за счет снижения трения при сжатии эластичного пуансона и его возврата в исходное положение после снятия нагрузки.

Поставленная задача решается тем, что устройство для гофрирования труб, содержащее оправку для установки трубной заготовки, формующий узел, включающий силовой цилиндр, на штоке которого размещен эластичный пуансон, профильную разъемную матрицу и механизм последовательной подачи трубной заготовки, выполненной в виде силового цилиндра, согласно изобретению снабжено размещенной в держателях гладкой разъемной матрицей и механизмом ее осевого перемещения, выполненным в виде силового цилиндра, размещенными на штоке опорной, втулкой, подпружиненными друг к другу нажимной втулкой и концевой гайкой с элементами уплотнения и установленными с возможностью образования кольцевой камеры дозированного объема, связанной со штоком емкостью для принудительной подачи смазочной жидкости в кольцевую камеру, в штоке выполнены канал и сообщенная через него с упомянутой емкостью группой радиально расположенных отверстий кольцевая проточка, образующие золотниковую пару с нажимной втулкой. В нажимной втулке имеются сообщенные с кольцевой проточкой радиальные отверстия и дополнительный канал, выполненный с возможностью соединения кольцевой камеры с кольцевой проточкой штока.

В предпочтительном варианте устройства емкость для принудительной подачи смазочной жидкости выполнена в виде цилиндра с подпружиненным поршнем, размещенным на конце штока с возможностью расположения внутри трубной заготовки.

Выполнение штока цилиндра и нажимной втулки в виде золотниковой пары с соответствующими каналами и создание между нажимной втулкой и кольцевой гайкой кольцевой камеры позволяет производить забор определенного объема смазочной жидкости из емкости и впрыск ее в деформируемую полость заготовки за каждый цикл работы устройства. Это позволяет, в отличие от прототипа, осуществлять периодическую смазку эластичного пуансона и контактирующего с ним участка трубы независимо от ее длины. Достигается положительный эффект, заключающийся в резком снижении вредных сил трения между пуансоном и заготовкой, повышении КПД силовой передачи, создании равномерного давления во всем объеме пуансона и улучшении условий сжатия и возврата пуансона из полости вновь образованного гофра в исходное состояние. Все это, в конечном итоге, резко повышает надежность работы устройства в целом.

На фиг. 1 изображено устройство, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2 (в исходном положении перед началом гофрирования); на фиг. 4 - то же, в конце образования гофра (фрагмент).

Устройство содержит размещенную на штангах 1 станины 2 подвижную вдоль оси каретку 3, на поперечных штангах 4 которой установлены подвижные в радиальном направлении держатели 5 и 6. Каретка 3 имеет возможность при помощи силового цилиндра 7 последовательной подачи перемещаться до регулируемого упора 8, а держатели - смыкаться к центру и запираться при помощи цилиндров 9 механизма смыкания разъемных матриц. Слева станины на кронштейне по оси устройства расположен формирующий узел, включающий силовой цилиндр 10. На штоковой части 11 силового цилиндра 10 консольно расположена оправка 12 для установки трубной заготовки 13, состоящая из опорной трубы 14 и ввинченного в шток цилиндра 10 штока 15 формующего узла, на котором размещены опорная втулка 16, эластичный (резина, полиуритан и т.п.) пуансон 17, подпружиненные друг к другу нажимная втулка 18 и концевая гайка 19. Устройство содержит размещенную в держателях гладкую разъемную матрицу 20, а также содержит профильную разъемную матрицу 21. Гладкая разъемная матрица 20 установлена в формующем узле с возможностью образования между нею и профильной матрицей 21 регулируемого промежутка L при помощи упорных гаек 22. Эта величина выбирается в соответствии с необходимой для формообразования гофра порцией трубной заготовки. Для этого держатели 5 и 6 снабжены механизмом осевого перемещения гладкой разъемной матрицы 20, выполненным в виде силового цилиндра 23 (в данном случае по два на каждом держателе). Нажимная втулка 18 и концевая гайка 19 подпружинены между собою, снабжены элементами уплотнения 24 и установлены на штоке 15 с возможностью образования между ними (при наличии трубной заготовки) кольцевой камеры 25 дозированного объема. Объем этой камеры может регулироваться путем навинчивания (свинчивания) на шток 15 гайки 19. Кроме этого, устройство снабжено связанной со штоком 15 (например, ввинченной в него) емкостью 26 для принудительной подачи смазочной жидкости в кольцевую камеру 25. Для этого в штоке выполнены канал 27 и сообщенные через него с упомянутой емкостью группой радиально расположенных отверстий 28, кольцевая проточка 29, образующие с нажимной втулкой 18 золотниковую пару, причем кольцевая проточка 29 полностью перекрыта нажимной втулкой 18, в которой, в свою очередь, выполнены радиальные (наклонные) отверстия 30, сообщенные с кольцевой проточкой 29, и дополнительный канал 31, выполненный с возможностью соединения кольцевой камеры 25 с кольцевой проточкой 29 штока 15. В исходном положении канал 31 перекрыт телом штока 15 слева от проточки 29 (фиг. 3). Емкость 26 со смазочной жидкостью выполнена в виде цилиндра с подпружиненным поршнем 32, снабженным штоком 33. При этом цилиндр размещен на конце штока с возможностью расположения в трубной заготовке и снабжен защелкой 34, исключающей возможность движения поршня 32 влево. Кроме этого, устройство снабжено расположенным на неподвижном кронштейне 35 регулируемым упором, выполненным в виде охватывающей оправку 12 круговой поворотной гайки 36, взаимодействующей в конце хода подачи каретки 3 со штоками 37 всех цилиндров 23 механизма осевого перемещения гладкой разъемной матрицы 20.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно до начала работы емкость 26 заправляют смазочной жидкостью, например раствором эмульсии мыла в воде. Для этого емкость опускают в бак с раствором (не показано) и, как шприцем, заполняют емкость, воздействуя вручную на шток 33 до западания защелки 34. Затем емкость 26 ввинчивают в шток 15, при этом смазочная жидкость удерживается в емкости, а поршень 32 подпружинен и стоит на защелке 34.

В исходном положении устройства профильная 21 и гладкая 20 разъемные матрицы расставлены на заданную порцию трубы-заготовки, определяемую размером L, за счет взаимодействия упорных гаек 22 с корпусами цилиндров 23 (фиг. 3). Держатели 5, 6 с соответствующими полуматрицами 20, 21 радиально разведены, эластичный пуансон 17 разжат и каретка 3 находится в крайне правом положении. На оправку 12 устанавливается трубная заготовка 13. Воздействуя на защелку 34, освобождают поршень 32, который под действием пружины выталкивает смазку и по каналам 27, 28 подает ее в камеру 25 до ее заполнения. При этом канал 31, связанный с кольцевой камерой 25, перекрыт штоком 15. Устройство готово к работе. Полуматрицы смыкаются и при подаче масла в штоковую полость цилиндра 10 осуществляется рабочий ход. При этом поршень цилиндра 10 с формирующим штоком 15 перемещается влево, радиальные отверстия 28 перемещаются нажимной втулкой 18, а канал 31 сообщает проточку 29 с камерой 25. При дальнейшем ходе штока гайка 19, приближаясь к нажимной втулке 18, вытесняет жидкость по каналу 31 в проточку 29 и оттуда через отверстия 30 - в полость трубной заготовки 13. Происходит быстрый впрыск смазочной жидкости в зону действия эластичного пуансона 17. В дальнейшем усилие через гайку 19 передается втулке 18 и эластичный пуансон 17, сжимаясь, производит раздачу участка трубы, заключенного между матрицами 20 и 21 ("бочку"), после чего гладкая матрица 20 при помощи цилиндров 23 перемещается к профильной матрице 21, которая в это время фиксирует трубу по гладкой части (или предварительно отформованному гофру). Происходит окончательное оформление гофра (осадка), при этом эластичный пуансон 17 все время находится в поджатом с помощью гидропривода 10 состоянии (фиг. 4). Поскольку эластичный пуансон 17 и контактирующий с ним участок трубной заготовки 13 были подвергнуты предварительной смазке, то силы трения между ними резко уменьшаются. Это улучшает условия сжатия эластичного пуансона и формоизменения деформируемого промежутка, так как давление в эластичной среде выравнивается на всех участках ее объема. Пуансон свободно заполняет полость всего гофра и давление его в этой полости из-за трения не снижается. При подаче масла в поршневую полость цилиндра 10 происходит возврат штока 15 в исходное положение, пуансон 17 освобождается, легко выскальзывает из полости гофра и принимает первоначальную форму. В конце хода штока 15 концевая гайка 19 отходит от нажимной втулки 18, канал 31 заглушается телом штока, а отверстия 28 сообщаются с вновь образованной камерой 25. При этом происходит автоматическое заполнение этой камеры смазочной жидкостью из емкости 26. После этого осуществляют последовательную подачу трубной заготовки 13 путем принудительного перемещения полуматриц с заготовкой (держателей 5 и 6) на задний шаг с помощью силового цилиндра 7, поршень которого перемещается влево. В конце хода подачи упор 36 взаимодействует со штоками 37 цилиндров 23. При таком воздействии на штоки матрицы 20 и 21 принудительно отходят друг от друга на заданную величину пружинения гофра, освобождая отформованный гофр, что исключает повреждение его в момент последующего размыкания матриц. После возврата последних в исходное положение цикл повторяется. При этом трубная заготовка 13 покоится на неподвижной оправке, чем исключается ее непроизвольное смещение. А матрицы 20 и 21 окажутся вновь расставленными на заданную порцию заготовки с помощью цилиндра 23. По мере расхода смазочной жидкости из емкости 26 ее объем периодически пополняют указанным выше способом.

Таким образом, при работе устройства за каждый цикл происходит автоматический впрыск порции смазочной жидкости в зону формования гофра эластичным пуансоном. Происходит резкое снижение сил трения, улучшение условий для его формоизменения под нагрузкой и последующего возврата (особенно из гофра) в исходное положение, что повышает надежность работы устройства в автоматическом цикле.

Источники информации
1. Е. И. Исаченков. Штамповка резиной и жидкостью. М.: Машиностроение, 1967, с 80-81, 278-279.

2. Пат. США N 1602248, кл. 7в (37-20), 1970 г.

3. Пат. США N 2825387, кл. 153-73, 1958 г.

4. Пат. Великобритании N 1103113, М.кл. B 21 D 15/06, 1968 г.

5. Пат. США N 3782156, кл. 72-59, 1971 г.

6. SU N 440184, B 21 D 15/06, 1975 - прототип.

Использование: в конструкциях оборудования для изготовления кольцевых гофров на трубных заготовках. Сущность изобретения: устройство включает механизм последовательной подачи трубной заготовки, профильную разъемную матрицу, а также силовой цилиндр формующего узла, на штоке которого размещен эластичный пуансон. Новым является то, что оно снабжено гладкой разъемной матрицей и механизмом ее осевого перемещения, механизмом смыкания разъемных матриц, размещенными на штоке опорной втулкой, подпружиненными друг к другу нажимной втулкой и концевой гайкой с элементами уплотнения, установленными с возможностью образования между ними кольцевой камеры дозированного объема. Устройство снабжено емкостью для принудительной автоматической подачи смазочной жидкости в упомянутую кольцевую камеру и через кольцевую проточку штока в группу отверстий, выполненных в нажимной втулке. Это обеспечивает впрыск смазочной жидкости в деформируемую зону заготовки при каждом цикле формирования гофра, что резко повышает надежность работы устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для гофрирования труб, содержащее оправку для установки трубной заготовки, формующий узел, включающий силовой цилиндр, на штоке которого размещен эластичный пуансон, профильную разъемную матрицу и механизм последовательной подачи трубной заготовки, выполненный в виде силового цилиндра, отличающееся тем, что оно снабжено размещенной в держателях гладкой разъемной матрицей и механизмом ее осевого перемещения, выполненным в виде силового цилиндра, механизмом смыкания разъемных матриц, выполненным в виде силового цилиндра, размещенными на штоке опорной втулкой, подпружиненными друг к другу нажимной втулкой и концевой гайкой с элементами уплотнения и установленными с возможностью образования кольцевой камеры дозированного объема, связанной со штоком емкостью для принудительной подачи смазочной жидкости в кольцевую камеру, в штоке выполнены канал и сообщенная через него с упомянутой емкостью группой радиально расположенных отверстий кольцевая проточка, образующие золотниковую пару с нажимной втулкой, в нажимной втулке выполнены сообщенные с кольцевой проточкой радиальные отверстия и дополнительный канал, выполненный с возможностью соединения кольцевой камеры с кольцевой проточкой штока. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкость для принудительной подачи смазочной жидкости выполнена в виде цилиндра с подпружиненным поршнем, размещенного на конце штока с возможностью расположения в трубной заготовке.