CN110446280B - 蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器、其加工模具及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及加热器技术领域内的一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器，其加热管中心设有电加热芯，加热管内腔中在电加热芯外填装有氧化镁粉，所述加热管往复折弯形成若干U形端头，U形端头的弧形段经二次折弯，使加热管整体形成空心圆柱体形状，所述空心圆柱体的两端经液压张边后呈外大内小的喇叭形开口，装配套管与接线柱设置在空心圆柱体的同一端。加热器通过第一夹板组件和第二夹板组件进行二次折弯，再进过液压张边获得，其弹性良好，具有小尺寸，大功率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热器，特别涉及一种电加热器的结构、加工模具及其加工方法。
背景技术
中国专利数据库中，公开了一种金属嵌入式加热器，其申请号：CN201820548924.9；申请日：20180418；公开(公告)号： CN208175014U；公开日：20181130；该装置包括金属套筒、加热丝以及感温线，金属套筒的外表面上设置有布线槽，布线槽包括沿所述金属套筒的周向间隔设置的竖向段以及连接相邻竖向段的连接段，竖向段的长度均大于所述连接段的长度，布线槽的一侧还设置有感温线槽，加热丝嵌置于布线槽内，感温线嵌置于感温线槽内，加热丝以及感温线均与金属套筒形成嵌入式固定结构。采用上述方案后，加大了加热丝与金属套筒的接触面积同时只需一条加热丝即可布满金属铜套的表面且加热均匀，提高了加热效率，有效地减小了加热丝的缠绕体积；加热丝与感温线独立设置，测温更准确，安装以及维修时更方便、安全，节省客户成本。
其不足之处在于：该加热器本身不具备弹性，限制了其应用领域。例如，无法根据***其中的受热载体直径的变化而适应性变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器，使其具有弹性变形的能力，可以方便地***受热载体，且其可以在小尺寸的局限空间内，实现加热器的大功率。
本发明的目的是这样实现的：一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器，包括加热管，加热管两个端头设置有装配套管和接线柱，加热管中心设有电加热芯，加热管内腔中在电加热芯外填装有氧化镁粉，所述加热管往复折弯形成若干U形端头，U形端头的弧形段经二次折弯，使加热管整体形成空心圆柱体形状，所述空心圆柱体的两端经液压张边后呈外大内小的喇叭形开口，装配套管与接线柱设置在空心圆柱体的同一端。
本发明中，加热管往复折弯形成若干U形端头，再经过二次折弯后呈空心圆柱体形状，U形端头使得整体上具有弹性，从而使得空心圆柱体的直径具有一定的伸缩余地，喇叭形开口的设置。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.空心圆柱体本身具有良好的弹性，可容直径等于或略大于空心圆柱体的待加热器件***，扩大了可使用的尺寸范围。
2.由于空心圆柱体具有弹性，可以使得加热管持续夹持在待加热器件的表面，可补偿待加热器件的热胀冷缩变形，同时，可具有更好的热传导效果。
3.由于加热管呈空心圆柱体形状分布，使其在小空间内获得大功率，可以获得更好的加热效果。
本发明可以用于各种反应装置或检测装置的加热中。例如原油元素分析加热仪上、金属热处理试块的加热装置上使用。其同时采用热传导和辐射双重加热方式，具有加热效率高、加热速度快、小尺寸、大功率的优点。
其进一步改进在于，所述U形端头的开口端与下一U形端头的弧形段相续接，所述U形端头的弧形段的直径大于U形端头的开口端尺寸。该结构可以保证加热管具有良好弹性的同时，具有较高的分布密度，以便提升功率。
其进一步改进在于，所述喇叭形开口表面与空心圆柱体中心线之间的夹角为10°—12°。通过该角度的设置，对待加热器件具有导向作用，方便其***空心圆柱体的空腔内。
作为本发明的进一步改进在于，所述空心圆柱体的整体外径为100—150mm；U形端头的开口端间距为8—12mm，加热管直径为8—12mm。本发明最大的难度在于其在小尺寸的范围内将加热管制成空心圆柱体形状，上述尺寸参数保证了其体积小功率大的优点。
要想实现在上述体积小功率的的技术效果，需要设计一种专用的工装，使得二次折弯成型时能够按照设计的要求进行折弯，为此，本发明还提供了一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器的加工模具，包括第一夹板组件和第二夹板组件，第一夹板组件和第二夹板组件分别包括两块平行设置的夹板，夹板之间留有狭缝，第一夹板组件和第二夹板组件之间经铰接组件相连，第二夹板组件上连接有用于旋转折弯加热管的手柄，所述狭缝可容纳二次折弯后的U形端头***，第一夹板组件和第二夹板组件的宽度整体上恰好可容纳连续3个U形端头***所述狭缝中，其中，中间的一个U形端头跨骑在铰接组件上，另两个U形端头分别位于第一夹板组件和第二夹板组件上的狭缝中。
一次折弯是现有技术中常规技术可以做到的，而二次折弯则具有较高难度，在进行二次折弯时，通过第一夹板组件和第二夹板组件夹持住加热管的局部，扳动手柄，扭弯跨骑在铰接组件上的U形端头，经过逐一扭弯，当扭弯角度和U形端头的数目对应时，使得加热管整体形成空心圆柱体形状。
为了保证每一U形端头折弯角度一致，所述第一夹板组件和第二夹板组件之间设有一个限位台阶；限位台阶上设有若干限位孔，与限位孔对应设有可***任一限位孔的限位销，限位台阶与第一夹板组件相固定，所述铰接组件中的与第二夹板组件相连接的连接板与限位销相对应，当手柄驱动第二夹板组件转动到使连接板与限位销相接触时，第二夹板组件不能继续转动。加热管本身具有一定的回弹能力，因此，折弯的角度需要比设定的角度略大，通过调整限位销在不同限位孔中的位置或调整限位销外露部分的直径，可以改变第二夹板组件可转动的角度，以便调整二次折弯时U形端头被折弯的角度，同时，可使得每一个U形端头被折弯的角度一致，空心圆柱体的圆整性更好。
本发明还进一步公开了一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器的加工方法，其依次包括如下步骤：
1）一次折弯：将进行热处理后的加热管进行平面折弯，使加热管往复折弯成蛇形，每个折弯端形成一个U形端头；
2）二次折弯：从任意位置开始，将U形端头跨骑在铰接组件上；当第一个U形端头和最后一个U形端头跨骑在铰接组件上时，仅有一个相邻的U形端头***其中的一个狭缝中；其余U形端头跨骑在铰接组件上时，其相邻的两个U形端头分别***第一夹板组件和第二夹板组件上的狭缝中；上述任一状态下，通过手柄拉动第二夹板组件绕第一夹板组件转动，使得跨骑在铰接组件上的U形端头二次折弯；变换跨骑在铰接组件上的U形端头位置并再次折弯，直到所有U形端头都折弯成型，使得加热管整体呈空心圆柱体形状；
3）液压张边：采用成型套、上模芯和下模芯相配合，所述成型套的上口和下口位置分别设有成型内锥面，上模芯和下模芯上设有上成型锥面和下成型锥面，上成型锥面和下成型锥面与对应的成型内锥面相匹配；将二次折弯后的工件放置在成型套内，通过液压轴向挤压使得空心圆柱体的上口和下口位置呈喇叭形；成型后取出工件。由于加热管本身具有弹性，可以方便地从成型套中抽出，通过液压张边，还可以使得本身不够圆整的加热管更加趋近于圆形。
作为本发明的进一步改进，成型内锥面的母线与中心线的夹角为10°—12°。
其进一步改进在于，所述下模芯侧面设有一个平台用于供加热管的两个端头伸出下模芯外，且不与下模芯相干涉。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为加热管平面折弯后的结构示意图。
图3为将加热管折弯成空心圆柱体的折弯模具立体图。
图4为图3中A的局部放大图。
图5为加热管***折弯模具的结构示意图。
图6为加热管折弯时的工作原理图。
图7为液压张边模具。
图8为液压张边模具工作状态示意图。
其中，1装配套管，2加热管，2a电加热芯，3第一夹板组件，4第一夹缝，5第二夹缝，6第二夹板组件，7手柄，8铰接组件，8a连接板，9限位销，10限位孔，11限位台阶，12成型套，12a成型内锥面，13上模芯，13a上成型锥面，14下模芯，14a下成型锥面，14b平台，15接线柱。
具体实施方式
如图1、2所示，为一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器，包括加热管2，加热管2两个端头设置有装配套管1和接线柱15，加热管2中心设有电加热芯2a，加热管2内腔中在电加热芯2a外填装有氧化镁粉，所述加热管2往复折弯形成若干U形端头，U形端头的弧形段经二次折弯，使加热管2整体形成空心圆柱体形状，所述空心圆柱体的两端经液压张边后呈外大内小的喇叭形开口，装配套管1与接线柱设置在空心圆柱体的同一端。
U形端头的开口端与下一U形端头的弧形段相续接，所述U形端头的弧形段的直径大于U形端头的开口端尺寸。该结构可以保证加热管2具有良好弹性的同时，具有较高的分布密度，以便提升功率。
喇叭形开口表面与空心圆柱体中心线之间的夹角Ω为10°—12°。通过该角度的设置，对待加热器件具有导向作用，方便其***空心圆柱体的空腔内。
空心圆柱体的整体外径为100—150mm；U形端头的开口端间距a为8—12mm，加热管2直径为8—12mm。本发明最大的难度在于其在小尺寸的范围内将加热管2制成空心圆柱体形状，上述尺寸参数保证了其体积小功率大的优点。
本发明中，加热管2往复折弯形成若干U形端头，再经过二次折弯后呈空心圆柱体形状，U形端头使得整体上具有弹性，从而使得空心圆柱体的直径具有一定的伸缩余地，喇叭形开口的设置。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.空心圆柱体本身具有良好的弹性，可容直径等于或略大于空心圆柱体的待加热器件***，扩大了可使用的尺寸范围。
2.由于空心圆柱体具有弹性，可以使得加热管2持续夹持在待加热器件的表面，可补偿待加热器件的热胀冷缩变形，同时，可具有更好的热传导效果。
3.由于加热管2呈空心圆柱体形状分布，使其在小空间内获得大功率，可以获得更好的加热效果。
本发明可以用于各种反应装置或检测装置的加热中。例如原油元素分析加热仪上、金属热处理试块的加热装置上使用。其同时采用热传导和辐射双重加热方式，具有加热效率高、加热速度快、小尺寸、大功率的优点。
要想实现在上述体积小功率的的技术效果，需要设计一种专用的工装，使得二次折弯成型时能够按照设计的要求进行折弯，为此，本发明还提供了一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器的加工模具，如图3-6所示，包括第一夹板组件3和第二夹板组件6，第一夹板组件3和第二夹板组件6分别包括两块平行设置的夹板，夹板之间留有狭缝，分别为第一夹缝4和第二夹缝5；第一夹板组件3和第二夹板组件6之间经铰接组件8相连，第二夹板组件6上连接有用于旋转折弯加热管2的手柄7，狭缝可容纳二次折弯后的U形端头***，第一夹板组件3和第二夹板组件6的宽度整体上恰好可容纳连续3个U形端头***所述狭缝中，如图2中，其中，中间的一个U形端头k2跨骑在铰接组件8上，另两个U形端头k1、k3分别位于第一夹板组件3和第二夹板组件6上的第一夹缝4和第二夹缝5中。
一次折弯是现有技术中常规技术可以做到的，而二次折弯则具有较高难度，在进行二次折弯时，通过第一夹板组件3和第二夹板组件6夹持住加热管2的局部，扳动手柄7，扭弯跨骑在铰接组件8上的U形端头，经过逐一扭弯，当扭弯角度和U形端头的数目对应时，使得加热管2整体形成空心圆柱体形状。
为了保证每一U形端头折弯角度一致，所述第一夹板组件3和第二夹板组件6之间设有一个限位台阶11；限位台阶11上设有若干限位孔10，与限位孔10对应设有可***任一限位孔10的限位销9，限位台阶11与第一夹板组件3相固定，所述铰接组件8中的与第二夹板组件6相连接的连接板8a与限位销9相对应，当手柄7驱动第二夹板组件6转动到使连接板8a与限位销9相接触时，第二夹板组件6不能继续转动。加热管2本身具有一定的回弹能力，因此，折弯的角度需要比设定的角度略大，通过调整限位销9在不同限位孔10中的位置或调整限位销9外露部分的直径，可以改变第二夹板组件6可转动的角度，以便调整二次折弯时U形端头被折弯的角度，同时，可使得每一个U形端头被折弯的角度一致，空心圆柱体的圆整性更好。
本发明还公开了一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器的加工方法，其依次包括如下步骤：
1）一次折弯：将进行热处理后的加热管2进行平面折弯，使加热管2往复折弯成蛇形，每个折弯端形成一个U形端头；
2）二次折弯：从任意位置开始，如图5、6所示，将U形端头跨骑在铰接组件8上；当第一个U形端头和最后一个U形端头跨骑在铰接组件8上时，仅有一个相邻的U形端头***其中的一个狭缝中；其余U形端头跨骑在铰接组件8上时，其相邻的两个U形端头分别***第一夹板组件3和第二夹板组件6上的狭缝中；上述任一状态下，通过手柄7拉动第二夹板组件6绕第一夹板组件3转动，使得跨骑在铰接组件8上的U形端头二次折弯；变换跨骑在铰接组件8上的U形端头位置并再次折弯，直到所有U形端头都折弯成型，使得加热管2整体呈空心圆柱体形状；
3）液压张边：如图7、8所示，采用成型套12、上模芯13和下模芯14相配合，所述成型套12的上口和下口位置分别设有成型套内锥面12a，上模芯13和下模芯14上设有上成型锥面13a和下成型锥面14a，上成型锥面13a和下成型锥面14a与对应的成型套内锥面12a相匹配；将二次折弯后的工件放置在成型套12内，通过液压轴向挤压使得空心圆柱体的上口和下口位置呈喇叭形；成型后取出工件。由于加热管2本身具有弹性，可以方便地从成型套12中抽出，通过液压张边，还可以使得本身不够圆整的加热管2更加趋近于圆形。
上述成型套内锥面12a的母线与中心线的夹角为10°—12°。下模芯14侧面设有一个平台14b用于供加热管2的两个端头伸出下模芯14外，且不与下模芯14相干涉。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器，包括加热管，加热管两个端头设置有装配套管和接线柱，加热管中心设有电加热芯，加热管内腔中在电加热芯外填装有氧化镁粉，其特征在于：所述加热管往复折弯形成若干U形端头，U形端头的弧形段经二次折弯，使加热管整体形成空心圆柱体形状，所述空心圆柱体的两端经液压张边后呈外大内小的喇叭形开口，装配套管与接线柱设置在空心圆柱体的同一端，所述U形端头的开口端与下一U形端头的弧形段相续接，所述U形端头的弧形段的直径大于U形端头的开口端尺寸；所述喇叭形开口表面与空心圆柱体中心线之间的夹角为10°—12°；所述空心圆柱体的整体外径为100—150mm；U形端头的开口端间距为8—12mm，加热管直径为8—12mm。
2.一种用于权利要求1所述的蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器的加工模具，其特征在于：包括第一夹板组件和第二夹板组件，第一夹板组件和第二夹板组件分别包括两块平行设置的夹板，夹板之间留有狭缝，第一夹板组件和第二夹板组件之间经铰接组件相连，第二夹板组件上连接有用于旋转折弯加热管的手柄，所述狭缝可容纳二次折弯后的U形端头***，第一夹板组件和第二夹板组件的宽度整体上恰好可容纳连续3个U形端头***所述狭缝中，其中，中间的一个U形端头跨骑在铰接组件上，另两个U形端头分别位于第一夹板组件和第二夹板组件上的狭缝中。
3.根据权利要求2所述的一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器的加工模具，其特征在于：所述第一夹板组件和第二夹板组件之间设有一个限位台阶；限位台阶上设有若干限位孔，与限位孔对应设有可***任一限位孔的限位销，限位台阶与第一夹板组件相固定，所述铰接组件中的与第二夹板组件相连接的连接板与限位销相对应，当手柄驱动第二夹板组件转动到使连接板与限位销相接触时，第二夹板组件不能继续转动。
4.一种利用权利要求2所述的加工模具进行的一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器的加工方法，其特征在于依次包括如下步骤：
1）一次折弯：将进行热处理后的加热管进行平面折弯，使加热管往复折弯成蛇形，每个折弯端形成一个U形端头；
2）二次折弯：从任意位置开始，将U形端头跨骑在铰接组件上；当第一个U形端头和最后一个U形端头跨骑在铰接组件上时，仅有一个相邻的U形端头***其中的一个狭缝中；其余U形端头跨骑在铰接组件上时，其相邻的两个U形端头分别***第一夹板组件和第二夹板组件上的狭缝中；上述任一状态下，通过手柄拉动第二夹板组件绕第一夹板组件转动，使得跨骑在铰接组件上的U形端头二次折弯；变换跨骑在铰接组件上的U形端头位置并再次折弯，直到所有U形端头都折弯成型，使得加热管整体呈空心圆柱体形状；
3）液压张边：采用成型套、上模芯和下模芯相配合，所述成型套的上口和下口位置分别设有成型内锥面，上模芯和下模芯上设有上成型锥面和下成型锥面，上成型锥面和下成型锥面与对应的成型内锥面相匹配；将二次折弯后的工件放置在成型套内，通过液压轴向挤压使得空心圆柱体的上口和下口位置呈喇叭形；成型后取出工件。
5.根据权利要求4所述的一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器的加工方法，其特征在于成型内锥面的母线与中心线的夹角为10°—12°。
6.根据权利要求4所述的一种蛇形折弯空心圆柱体弹性加热器的加工方法，其特征在于：所述下模芯侧面设有一个平台用于供加热管的两个端头伸出下模芯外，且不与下模芯相干涉。
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