CN101504284A - 内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料加工技术领域的内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置，其中：试件粘接在试件粘接槽内部，试件粘接槽固定在粘接槽固定台上，粘接槽固定台固定在三相动力仪压电传感器平台上，三相动力仪压电传感器平台固定在三维坐标仪工作台上，并通过信号线连接电荷放大器和A/D采集计算机。胀管模具紧固在三维坐标仪刀柄上，并将三维坐标仪刀柄的旋转自由度锁定。千分表以磁力座固定在三维坐标仪刀柄上。本发明在设计阶段评估所设计齿形在胀管成形后几何参数的变化，可以通过反向设计的方法，对所设计的齿形进行合理的修正，将设计齿形与实际齿形的误差减小。测量结果稳定，精确度高。

Description

内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置

技术领域

本发明涉及一种计量技术领域的装置，具体是一种内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置。

背景技术

内螺纹管是热交换器所使用的首选高效节能管材，由于内壁具有一定高度、一定角度的螺旋形凸筋，不仅大大增加了内壁的接触面积，而且使制冷介质在管内呈紊流状态，令热交换过程更加充分。试验表明：内螺纹管较传统的光管传热效率可提高4～8倍。ERW(电阻焊，Electric Resistance Weld)高频焊接内螺纹管的生产，首先需要对带状材料进行压纹，然后对压纹带材进行辊弯焊接成为管材。因此可以任意改变管内螺纹的方向，更增强管体液体的紊流效果，是空调与制冷行业管材的发展方向。

由于换热器管内为气液两相流动换热，内螺纹管的内流动和换热机制则更为复杂，齿高的变化对管内部的内流动、压力损失和换热都会产生很大的影响。内螺纹管热交换器需要经胀管成形工艺，使其与散热翅片连接。该成形过程中，内螺纹受模具挤压其齿高减小，原本在带材上设计的压纹齿形参数会发生变化，造成设计换热效果与实际偏差较大。因此如果在带材压纹齿形设计阶段，使用试验的方法模拟每种齿形的胀管成形，并获得成形后齿形几何参数的变化量，可以对所设计的齿形进行合理的修正，减小胀管成形后实际齿形几何参数与设计方案的误差，对带材压纹齿形设计有重要意义。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利授权公告号为CN1945267，名称为：一种力学试验机。该设备包括液压缸、内活塞、控制液压缸内活塞运动的电动机、放置试件的上固定座和底座；力学实验机的液压缸通过其上、下部分分别连接的液压传动管控制第一液压缸和第二液压缸的运动，并且可通过压力传感器将压力数值实时反馈至控制模块，控制模块再根据此反馈的压力数值调整电动机的转动方向及角度，以实现对试件上作用力的精确控制。同时，对试件进行拉、压、弯、扭等参数进行测量的力学实验机主体部分与液压缸通过液压传动管软连接，可自由移动。其不足之处在于：无法实现模拟胀管成形加工条件；液压***体积大，可能出现泄漏，两液压缸不同步运动等因素，影响运动平稳性和测量精确性；设备复杂，使用不便。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置，使其利用先进的高精度三相动力仪模拟内螺纹管胀管成形过程——胀管压力对管壁的作用，并用千分表测量齿高减少和回弹量，解决现有技术无法对内螺纹管胀管成形后齿高变化量有效获取的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：三维坐标仪刀柄，胀管模具、试件粘接槽、粘接槽固定台、三相动力仪压电传感器平台、三维坐标仪工作台、千分表。三相动力仪压电传感器平台固定在三维坐标仪工作台上，并通过信号线连接电荷放大器和A/D采集计算机。试件粘接在试件粘接槽内部。试件粘接槽固定在粘接槽固定台上，粘接槽固定台固定在三相动力仪压电传感器平台上，保证好固定平台的水平度。胀管模具紧固在三维坐标仪刀柄上，并将三维坐标仪刀柄的旋转自由度锁定。千分表以磁力座固定在三维坐标仪刀柄上。

所述三维坐标仪刀柄连接并控制胀管模具的运动。

所述胀管模具是一个带柱状柄的方形件，通过柄与三维坐标仪刀柄进行连接，胀管模具底部侧面轮廓设计为与实际使用的圆锥形胀管模具轮廓相同的平底。

所述试件粘接槽，是一个带有容纳试件的凹槽的方形件。

所述粘接槽固定台，其结构为带有螺纹孔的矩形铁块，通过螺纹连接动力仪压电传感器平台。

所述三相动力仪压电传感器平台是长宽比试件固定台长宽稍大的矩形块，其内部装有压电传感器，实时感应试件所受正压力和切向力的作用，并在配有A/D采集卡的计算机实时显示出来。

测量时，先对三相动力仪压电传感器平台的读数调零，操作三维坐标仪刀柄使胀管模具压在试件上，利用三相动力仪压电传感器平台的实时显示，调节胀管模具和试件之间的接触力，达到某数值时停止。再控制三维坐标仪刀柄，使胀管模具和试件发生水平相对运动。同时，利用三相动力仪压电传感器平台的压电传感原理，通过A/D采集计算机以及相应的程序，获得切向力，此切向力除以胀管模具与试件间的接触压力得到此齿形管胀形时对应的摩擦系数。由于管胀形时的驱动力已知，则用此驱动力除以得到的摩擦系数可得到管胀形时胀管模具对管壁的等效压力。另取一新试件固定进行测试，利用量块调节千分表使其测头与胀管模具的底面处于同一平面，分别对三相动力仪压电传感器平台和千分表的读数调零，然后下移胀管模具，使胀管模具和千分表测头同时与试件接触，利用三相动力仪压电传感器平台的实时显示调节胀管模具和试件之间的接触力，达到上步计算得到的等效压力时停止，此时千分表的读数即为名义齿高减小量。控制三维坐标仪刀柄，使胀管模具和试件发生水平相对运动。移动一段距离后，抬起胀管模具，操作三维坐标仪刀柄，使三维坐标仪刀柄上安装的千分表接触试件的未变形表面，将千分表调零，操作三维坐标仪刀柄水平移动，使千分表的测头接触螺纹压溃区域，记录千分表的读数，该值为胀管后齿高的实际减少量，该值与名义齿高减少量的差即为齿高回弹量。

与现有技术相比，本发明弥补了现有技术无法有效在带材压纹齿形设计阶段获取所设计齿形在胀管成形后的几何形状参数。通过该装置，在设计阶段评估所设计齿形在胀管成形后几何参数的变化，可以通过反向设计的方法，对所设计的齿形进行合理的修正，将设计齿形与实际齿形的误差减小，使内螺纹管材达到最佳的传热效果。本发明结构简单，刚性好，操作简便，设备通用性好，结果精确稳定。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-2所示，本实施例包括：三维坐标仪刀柄1、胀管模具2、试件3、试件粘接槽4、粘接槽固定台5、三相动力仪压电传感器平台6、三维坐标仪工作台7、千分表8。三相动力仪压电传感器平台6通过螺栓连接固定在三维坐标仪工作台7上，并通过信号线连接电荷放大器和A/D采集计算机。试件3通过快干胶粘接在试件粘接槽4内部。试件粘接槽4以螺钉连接固定在粘接槽固定台5上，粘接槽固定台5以螺钉固定在三相动力仪压电传感器平台6上，保证好固定平台的水平度。胀管模具2紧固在三维坐标仪刀柄1上，并将三维坐标仪刀柄1的旋转自由度锁定。千分表8以磁力座固定在三维坐标仪刀柄1上。移动三维坐标仪刀柄1使千分表8测头分别经过试件3的未变形区和螺纹压溃区，则千分表8读数的变化值即为胀管后齿高的实际减少量。

所述三维坐标仪刀柄1连接并控制胀管模具2的运动。

所述胀管模具2是一个带柱状柄的方形件，通过柄与三维坐标仪刀柄1进行连接，胀管模具底部侧面轮廓设计为与实际使用的圆锥形胀管模具轮廓相同的平底。

所述试件粘接槽4，是一个带有容纳试件3的凹槽的方形件，其凹槽底部设有小孔。

所述粘接槽固定台5，其结构为带有螺纹孔的矩形块，通过螺纹连接动力仪压电传感器平台6。

所述三相动力仪压电传感器平台6是长宽比模具固定台长宽稍大的矩形块，其内部装有压电传感器，实时感应试件3所受正压力和切向力的作用，与电荷放大器相连接，并在配有A/D采集卡的计算机实时显示出来。

所述千分表8，为普通精确度为0.001mm的千分表。

本实施例中，将压纹带材制成20mm×80mm试件。测量前，预先按照试验要求准备好两条压纹带材试件3。将粘胶均匀涂抹在试件粘接槽4的凹槽内，然后将一试件3螺纹面朝上粘在凹槽中，再用硬橡胶垫将待测试件压紧，使多余的粘胶挤入凹槽底部的小孔中。然后用螺钉将试件粘接槽4紧固在粘接槽固定台5上。千分表8以磁力座固定在三维坐标仪刀柄1上。

测量时，先对三相动力仪压电传感器平台6的读数调零，操作三维坐标仪刀柄1使胀管模具2压在试件3上，利用三相动力仪压电传感器平台6的实时显示，调节胀管模具2和试件3之间的接触力，达到某数值时停止。再控制三维坐标仪刀柄1，使胀管模具2和试件3发生水平相对运动。同时，利用三相动力仪压电传感器平台6的压电传感原理，通过A/D采集计算机以及相应的程序，获得切向力，此切向力除以胀管模具2与试件3间的接触压力得到此齿形管胀形时对应的摩擦系数。由于管胀形时的驱动力已知，则用此驱动力除以得到的摩擦系数可得到管胀形时胀管模具2对管壁的等效压力。如图1所示，另取一新试件固定进行测试，利用量块调节千分表8使其测头与胀管模具2的底面处于同一平面，分别对三相动力仪压电传感器平台6和千分表8的读数调零，然后下移胀管模具2，使胀管模具2和千分表8测头同时与试件3接触，利用三相动力仪压电传感器平台6的实时显示调节胀管模具2和试件3之间的接触力，达到上步计算得到的等效压力时停止，此时千分表8的读数即为名义齿高减小量。控制三维坐标仪刀柄1，使胀管模具2和试件3发生水平相对运动。移动一段距离后，抬起胀管模具2，操作三维坐标仪刀柄1，如图2所示，使三维坐标仪刀柄1上安装的千分表8接触试件3的未变形表面，将千分表8调零，操作三维坐标仪刀柄1水平移动，使千分表8的测头接触螺纹压溃区域，记录千分表8的读数，该值为胀管后齿高的实际减少量，该值与名义齿高减少量的差即为齿高回弹量。

本实施例在测量中，基于对管材加工管壁材料的应力应变关系的研究结论。利用内螺纹管内表面螺纹的几何参数变化的主要因素是垂向表面方向和切向应力以一定的比例关系共同作用的结果这一结论，通过控制试件所受到的垂直方向和水平方向的运动，并采用三相动力仪实现正压力及切向力的测量，从而根据上述原理实现模拟胀管加工条件，进而达到在带材辊弯、焊接成管之前，就得到所需参数。动力仪基于压电晶体的压电效应，能将正向压力与摩擦力等力信号转化成电信号，灵敏度和分辨率高、动态响应频带宽，动态误差小。动力仪产生的电信号由高速采集卡采集，经由程序校正滤波后显示出正压力、翅片垂向强度、摩擦力以及正压力与摩擦力的比值：摩擦系数。

本实施例能模拟胀管加工条件；已知模具驱动力时可以获得模具对管壁的正压力；可以获得设计齿形胀管加工条件下不同齿形的摩擦系数及齿形的几何参数变化量；测量结果数值稳定。

Claims (6)

1、一种内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置，其特征在于，包括：三维坐标仪刀柄、胀管模具、试件粘接槽、粘接槽固定台、三相动力仪压电传感器平台、三维坐标仪工作台、千分表，其中：三相动力仪压电传感器平台固定在三维坐标仪工作台上，并通过信号线连接电荷放大器和A/D采集计算机，试件通过粘接在试件粘接槽内部，试件粘接槽固定在粘接槽固定台上，粘接槽固定台固定在三相动力仪压电传感器平台上，胀管模具固定在三维坐标仪刀柄上，并将三维坐标仪刀柄的旋转自由度锁定，千分表以磁力座固定在三维坐标仪刀柄上。

2、根据权利要求1所述的内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置，其特征是，所述胀管模具是一个带柱状柄的方形件，通过柱状柄与三维坐标仪刀柄进行连接。

3、根据权利要求1所述的内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置，其特征是，所述试件粘接槽是一个带有凹槽的方形件。

4、根据权利要求1或3所述的内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置，其特征是，所述试件粘接槽的凹槽底部有小孔。

5、根据权利要求1所述的内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置，其特征是，所述粘接槽固定台为带有螺纹孔的矩形块，通过螺纹连接固定试件粘接槽。

6、根据权利要求1所述的内螺纹管胀管成形中内表面齿形几何形状变化测量装置，其特征是，所述三相动力仪压电传感器平台，其内部设有压电传感器。

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