Способ изготовления оребрения теплообменников и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК B21D53/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к технологии изготовления теплообменных аппаратов.

Целью изобретения является повышение эффективности теплоотдачи теплообменника путем уменьшения толщины ребер и их кривизны, а также повышения их качества.

На фиг. 1 схематично показан режущий элемент; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1; на фиг. 3 - схема подрезания ребер на поверхности теплообменника с двумя отогнутыми ребрами; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3; на фиг. 5-7 поперечное сечение ребра соответственно в начальный, промежуточный и конечный моменты подрезания; на фиг. 8 - схема получения зависимости скорости подрезания одного из поперечных сечений ребра от текущей длины ребра; на фиг, 9 - схема получения зависимости угла отгибания ребра от текущей длины ребра; на фиг. 10 - режущий элемент, вид в аксонометрии.

Режущий элемент содержит отгибающую поверхность По, заднюю поверхность П3, подрезающую кромку К, которая является пересечением поверхностей По и П3. Образующая отгибающей поверхности наклона к плоскости подрезания Пп в конечной точке подрезающей кромки на угол ук(15-45)°. Конкретная величина угла у выбирается в зависимости от величины угла наклона плоскости подрезания Пп к поверхности теплообменника д . Чем меньше угол 6, тем больше должен быть угол у . Ориентировочно для получения ребер, перпендикулярных к поверхности теплообменника, УК 90° - 5, (в конкретном случае требуется опытная проверка). Угол же д выбирается с учетом получения необходимых параметров ребер. Влияние угла д на параметры получаемых ребер показано при описании процесса подрезания. Задняя поверхность П3 наклонена к плоскости подрезания Пп под углом Оке., величина которого выбирается в

Ё

О 00

§

ю

зависимости от свойств материала оребря- детали и лежит в пределах 0-3°. Угол входа р подрезающей кромки в материал выбирается в пределах 10-60° и зависит от свойств материала оребряемой детали. Радиус кривизны R, подрезающей кромки выбирается в зависимости от параметров получаемого ребра теплообменника (высота, материал и т.д.), а также от принятой величины угла входа и длины ребра в продольном направлении L. При одинаковой высоте ребра, чем больше угол фн и меньше величина L, тем меньше должен быть радиус кривизны подрезающей кромки. Отгибающая поверхность представляет собой конусную поверхность, которая обеспечивает увеличение угла отгибания, а также уменьшение скорости подрезания от начальной точки Тн к конечной точке Тк подрезающей кромки.

Как мы видим параметры RH, L, В, (ри связаны между собой и влияют друг на друга.Используя схему, представленную на фиг. 9, можно вывести следующие зависимости:

R -В

Кр 1 - COS

L- Rp -sin (fa.

На фиг. 4 показан режущий элемент, который перемещается в направлении V и занимает условно три положения: начальное (кромка Кн), промежуточное (кромка Кп), к.,печное (кромка Кк). Подрезающая кромка К режущего элемента подрезает одно из поперечных сечений ребра в направлении VH от точки Тн к точке Тп и к точке Тк. Этот процесс показан на фиг. 5-7. Используя схему на фиг. 8, можно вывести зависимость величины подрезания (Ву) от текущей длины ребра (Lx).

L-4-(Rp-B)2;

Ву + (Rp-B)2 + (Lx-L)2 - R2P;

By+Rp-B VR2()2

Ву-B-Rp VR2()2;

Взяв первую производную от величины подрезания по LX, получаем скорость подрезания ребра в поперечном сечении

в,1 Vn lllk/i1-)

2 VR - (Lx -IT

В начальной точке Тн, Lx подрезания равна

О и скорость

V,,

В конечной точке Тк, Lx - L и скорость

подрезания равна нулю, т.е. скорость подрезания уменьшается при переходе от начальной точки подрезающей кромки Тн к конечной точке Тк.

Используя схему, представленную на

фиг. 9, определим зависимость угла уп в промежуточной точке подрезания Тп, отстоящей от точки Тн на расстоянии Lx. На фиг. 9 показан режущий элемент и его геометрические параметры в промежуточной точке подрезания Тп. Условно из режущего элемента можно вырезать призму тпТп. Боковые грани призмы mn; riTn; Tnm, перпендикулярны к плоскости подрезания нижняя грань совпадает с плоскостью подрезания, а верхняя

грань представляет собой часть конусной поверхности, которую можно без особых погрешностей заменить на плоскость, наклоненную к плоскости подрезания на угол ук - В плоскости боковой грани призмы пТп, поверхность (плоскость) отгибания П0 наклонена к плоскости подрезания на угол ук, а в плоскости боковой грани Тпт - на угол уп . Тангенсы этих углов связаны зависимостью, которая известна из курса стереометрии и

приводится без вывода

tg Уп tg УК COS ( Сделаем некоторые преобразования L-Lx

sin(pH -ft )

Rr

cos(y, -(ft) v i -sln2(y ) - vi - ILR L V

Тогда угол наклона образующей отгибающей поверхности режущего элемента к плоскости подрезания в промежуточной точке подрезания Тп можно определить по следующей формуле:

у„ arctg tg ук v i fL-Lxb П ( Rp }

Анализируя полученную формулу, можно сделать вывод, что угол наклона образующей отгибающей поверхности к плоскости подрезания имеет максимальное значение

в конечной точке подрезающей кромки Тк и уменьшается по мере перехода к начальной точке Тн.

Оребрение поверхности теплообменника осуществляется следующим образом

(фиг. 3). Из конструктивных соображений выбираются глубина подрезаемого слоя В в плоскости подрезания, шаг ребер S и угол наклона плоскости подрезания Пп к поверхности теплообменника д Толщина ребер t

и расстояние между ними а, определяются по следующим зависимостям:

t S sin 5;

a S(1-sln(5), где t - толщина ребра;s

а - расстояние между ребрами.

Из приведенной зависимости, а также схемы на фиг. 4 видно, что чем меньше угол д, тем тоньше ребро и тем больше должен быть угол отгибания для установки ребра вертикально.

Режущий элемент устанавливается к поверхности теплообменника таким образом, чтобы подрезающая кромка К лежала в плоскости подрезания, а конструкция режу- щего элемента должна обеспечить в точке Тк необходимый угол отгибания, который в этой точке максимален и уменьшается при переходе к точке Тн. Было также доказано, что при переходе от конечной точки подре- зания Тк к начальной Тн скорость подрезания возрастает. Очевидно, что чем больше угол отгибания, тем сильнее деформирует отгибающая поверхность режущего элемента подрезаемое ребро, тем меньше будет радиус изгиба ребра и больше его кривизна. Одновременно, чем дольше воздействует отгибающая поверхность на подрезаемое ребро (чем ниже скорость подрезания), тем сильнее деформируется подрезаемое ребро и тем больше его кривизна. Таким образом, учитывая сказанное по конструкции режущего элемента и процессе подрезания и отгибания рёбер, получаем радиус кривизны в верхней части ребра RH, который получается в начальный момент подрезания, меньше радиуса кривизны в нижней части ребра RKl получаемый в конечный момент подрезания, т.е; ребро выпрямляется от нижней части к верхней.

Пусть требуется получить ребра, расположенные перпендикулярно к поверхности теплообменника, имеющие толщину t 0,3 мм, шаг 5 1 мм и высоту В 5 мм. Подсчитаем углы, д и ук:

sin 5 ,3

arcsin 03 17,457603°

УК 90°- д 72,542397°.

Принимаем tp - 45° и делаем расчет основных параметров режущего инструмента и процесса подрезания

RP ;Г 17.071068

р 1.-COSJ&, 1 cos 45°

мм;

L RP sin рн 17,071068 sin 45° 12,071068 мм;

ун arctg

h УК уТГТГТЛ L M (Rp;J

66,022913°;

VH

VRT-L7

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа заключаются в возможности получения более тонких и качественных ребер.

Формула изобретения 1. Способ изготовления оребрения теплообменников, включающий подрезание слоя материала на поверхности теплообменника режущим элементом и отгибку образующегося ребра, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изготавливаемых теплообменников путем уменьшения толщины ребер и их кривизны, отгибку ребер ведут с переменными углом отгибания и скоростью подрезания, причем угол отгибания по мере увеличения глубины подрезания увеличивают, а скорость подрезания VH .уменьшают согласно соотношению

L-LX

VH

(Lx-L)2

где L - длина ребра в продольном направлении, соответствующая длине подрезающей кромки режущего элемента;

LX - текущая длина ребра, отсчитываемая от начального момента подрезания, соответствующая текущей длине подрезающей кромки режущего элемента;

Rp - радиус кривизны подрезающей кромки режущего элемента.

2. Устройство для изготовления оребрения теплообменников, содержащее по крайней мере один режущий элемент, с подрезающей кромкой, плоскостью подрезания и поверхностью отгибания, отличающееся тем, что, образующая поверхности отгибания режущего элемента наклонена к плоскости подрезания под углом, изменяющимся от начальной точки подрезающей кромки к конечной согласно следующему соотношению:

tg Уп tg ук 1/1 f I - Ьф

П I Rp J

где yn - угол наклона образующей поверхности отгибания к плоскости подрезания в точке на подрезающей кромке, находящейся на расстоянии Lx от начальной точки подрезающей кромки;

УК - угол наклона образующей поверхности отгибания к плоскости подрезания Б конечной точке подрезающей кромки.

А-А

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к технологии изготовления теплообменников. Цель изобретения - повышение эффективности теплоотдачи теплообменника путем уменьшения толщины ребер и их кривизны, а также повышения их качества. Способ изготовления оребрения теплообменников заключается в том. что отгибку ребер ведут с переменным углом отгибания и скоростью подрезания. Угол отгибания ребра увеличивают, а скорость подрезания уменьшают в процессе получения ребра. Устройство для осуществления способа содержит режущий элемент. Образующая поверхности отгибания режущего элемента наклонна к его плоскости подрезания под углом, изменяющимся от начальной до конечной точки на подрезающей кромке. 2 с.п. ф-лы, 10 ил.

ФигЛ

Фиг. г

Фиг.З

ФигА

В-В

Фиг.6

Вид Б

в-В

fr

9и г. 8

Фиг. 9

д

/Ъ

Тн

К

Т,

Фиг, Ю