JP6676772B2 - マルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明はフィンの製造プロセス及び設備に関し、特にマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置及び方法に関する。

社会の発展に伴い、エネルギー不足の問題はますます深刻化している。伝熱促進技術は重要な省エネ手法として、エネルギー問題を解決することに重要な意味があり、石油、化学工業、動力、原子力、冷却等の分野に幅広く適用されている。熱交換管は伝熱促進技術用の重要な伝熱素子であり、その主要な特徴として、管の内外表面に一定の表面構造が加工されることで、伝熱面を拡張し又は伝熱係数を高め、それにより伝熱効率を向上させる。

現在、伝熱促進技術用の熱交換管はアウターフィン付き管が主流であり、その内壁がほとんど滑らかな面、内ねじ溝又はストレート歯溝である。滑らかな面、内ねじ溝又はストレート歯溝による伝熱面拡張効果は限られる。また、内ねじ溝又はストレート歯溝はフィン構造が規則的であるため、その拡張表面も規則的であり、流体が流れる時、境界層の破壊程度が限られ、効果的な外乱作用を形成できず、伝熱促進係数の向上が限られる。従って、内壁が滑らかな面、内ねじ溝又はストレート歯溝である熱交換アウターフィン付き管は、より高い伝熱効率を実現しにくい。

本発明は、上記従来技術の欠点と欠陥を克服して、構造が簡単で、操作が容易なマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置及び方法を提供することを目的とする。三次元の非連続インナーフィン構造を有する熱交換管を得て、さらに熱交換管の内部フィンと作動媒体の接触面積を増加させ、熱交換効率を向上させる。
本発明は以下の技術案によって実現される。

マルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置であって、フレーム１、回転動力を提供可能なヘッド３、支持機構４、軸方向送り機構５、及びインナーフィン成形ツールユニットを備え、
前記ヘッド３、支持機構４及び軸方向送り機構５は順にフレーム１に軸方向に取り付けられ、前記インナーフィン成形ツールユニットが軸方向送り機構５に取り付けられ、
加工対象である三次元インナーフィンの金属管７は一端がヘッド３の回転主軸のチャックに挟持され、他端が支持機構４に配置され、金属管７の軸線がインナーフィン成形ツールユニットの軸線と同軸であり、ヘッド３の回転主軸は金属管７に回転動力を提供し、軸方向送り機構５はインナーフィン成形ツールユニットを金属管７とインナーフィン成形ツールユニットの軸線に沿って直線移動駆動する。

前記支持機構４はブラケット４−１を備え、ブラケット４−１に金属管７を放置するステーション４−４が設けられ、ブラケット４−１本体に３つのクランプシリンダ４−２が対称的に分布し、各クランプシリンダ４−２のピストン端部に係止爪４−３が取り付けられ、係止爪４−３の端部に回転可能なローラ４−３ａが取り付けられる。ローラ４−３ａがステーション４−４の周囲に対称的に分布し、金属管７がステーション４−４内に放置される時、ローラ４−３ａが金属管７の周壁に回転接触し、回転中の金属管７に支持と位置決めを提供する。

前記インナーフィン成形ツールユニットはマルチブレードツール６−４、ツールロッド６−３及び接続ロッド６−２を備え、前記マルチブレードツール６−４がツールロッド６−３の一端に固定して取り付けられ、ツールロッド６−３の他端が接続ロッド６−２の端部に挿入され、接続ロッド６−２の尾部が軸方向送り機構５に固定して取り付けられる。

前記軸方向送り機構５はリードスクリュー送り機構であり、リードスクリュー、及びリードスクリューに取り付けられるスライダを備え、リードスクリューが回転する時、スライダを軸方向に移動駆動し、前記接続ロッド６−２がスライダに固定される。

前記ツールロッド６−３の本体にリブ６−５が設けられ、接続ロッド６−２の端部は筒状構造であり、環状永久磁石６−１が嵌着され、該接続ロッド６−２の端部にリブ６−５にマッチングする係止溝６−６が設けられ、接続ロッド６−２が接続ロッド６−２内に挿入される時、リブ６−５と係止溝６−６はツールロッド６−３が接続ロッド６−２に対して円周方向に回転するように制限し、環状永久磁石の磁気作用によって、ツールロッド６−３が接続ロッド６−２に吸着される。

前記マルチブレードツール６−４はナットによって接続ロッド６−２の端部に固定される。

前記マルチブレードツール６−４のブレード６−６はともに同じテーパー構造（cone surface、円錐側面形状）であり、その勾配が１０°〜３０°であり、前記ブレード６−６は環状基部の周囲に対称的に分布する。前記ヘッド３の左側にツールを取り出すツール取り出し機構２がさらに設けられ、シリンダ２−２、及びシリンダ２−２のピストン端部に設けられた空気圧チャック２−３を備え、空気圧チャック２−３がツールロッド６−３の端部を挟持した後、シリンダ２−２のピストンが引き込み、さらにツールロッド６−３を接続ロッド６−２から軸方向に取り出す。

三次元インナーフィン付き管成形方法であって、
１、内ねじ構造を有する金属管７を支持機構４のステーション４−４内に軸方向に配置し、その端部をヘッド３の回転主軸のチャックに固定し、且つ金属管７とマルチブレードツール６−４を同一軸線上に維持するステップと、
２、ヘッド３の回転主軸が金属管７を回転駆動するステップと、
３、軸方向送り機構５をオンにし、軸方向送り機構５はマルチブレードツール６−４を金属管７の方向に向かって連続的に軸方向に移動するように駆動し、マルチブレードツール６−４が金属管７内に入り、マルチブレードツール６−４の複数のブレード６−６が金属管７の内壁面の内ねじ構造突起部分を同時切断して前部と後部の２つの部分に分割し、ブレード６−６の弧状刃がプラウイングし、コーン後切断面が切断した溝を外へ同時押出し、溝を拡張し、内ねじ突起部分よりも高い三次元非連続インナーフィン構造を形成するステップと、
４、金属管７全体の内壁面に三次元非連続インナーフィン構造を形成するまで、軸方向送り機構５が連続的に送るステップと、を含む。

金属管７の内壁面に三次元非連続インナーフィン構造を形成した後、この時、マルチブレードツール６−４が金属管７の末端から露出し、ヘッド３が回転を停止し、軸方向送り機構５が送りを停止し、ツール取り出し機構２の空気圧チャック２−３がツールロッド６−３の端部をクランプした後、シリンダ２−２のピストンが引き込み、さらにツールロッド６−３を接続ロッド６−２から軸方向に取り出し、軸方向送り機構５が逆方向に運動して初期位置に戻る。

本発明は従来技術に比べて、以下の利点及び効果を有する。

１．軸方向送り機構とマルチブレードツールとを組み合わせ、マルチブレードツールの複数のブレードが金属管の内壁面の内ねじ構造突起部分を同時切断して前部と後部の２つの部分に分割し、ブレードの前切断面がプラウイングし、後切断面が切断した溝を外へ同時押出し、溝を拡張させ、内ねじ突起部分よりも高い三次元非連続インナーフィン構造を形成し、このようなインナーフィン構造のフィン付き管は、作動媒体との比表面積が大きく、作動媒体への乱流作用を強化し、伝熱表面積が大きく、伝熱係数を増大し、伝熱促進ヒートパイプの伝熱効率を効果的に向上させる。

本発明はマルチブレード加工プロセスを採用することで、フィン付き管の加工生産効率を効果的に向上させる。

本発明のツールロッドの本体にリブが設けられ、接続ロッドの端部は筒状構造であり、且つ環状永久磁石が嵌着され、該接続ロッドの端部にリブにマッチングする係止溝が設けられ、接続ロッドが接続ロッド内に挿入される時、リブと係止溝はツールロッドが接続ロッドに対して円周方向に回転するように制限し、環状永久磁石の磁気作用によって、ツールロッドが接続ロッドに吸着される。このようなプラグイン式及び磁気吸着接続方式によって、着脱が容易で迅速であり、ツール取り出し機構と組み合わせて使用することで、装着時間を効果的に短縮させ、生産効率を向上させ、生産コストを削減させる。

図１は本発明のマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置の構造模式図である。 図２は金属管７の支持機構の部分構造模式図である。 図３はインナーフィン成形ツールユニットの部分構造模式図である。 図４はマルチブレードツールの部分構造模式図である。 図５はツール取り出し機構の部分構造模式図である。

以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

実施例

図１〜４に示すように、本発明はマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置を開示し、フレーム１、回転動力を提供可能なヘッド３、支持機構４、軸方向送り機構５、及びインナーフィン成形ツールユニットを備え、
前記ヘッド３、支持機構４及び軸方向送り機構５は順にフレーム１に軸方向に取り付けられ、前記インナーフィン成形ツールユニットが軸方向送り機構５に取り付けられ、
加工対象である三次元インナーフィンの金属管７は一端がヘッド３の回転主軸のチャックに挟持され、他端が支持機構４に配置され、金属管７の軸線がインナーフィン成形ツールユニットの軸線と同軸であり、ヘッド３の回転主軸は金属管７に回転動力を提供し、軸方向送り機構５はインナーフィン成形ツールユニットを金属管７とインナーフィン成形ツールユニットの軸線に沿って直線移動駆動する。

前記支持機構４はブラケット４−１を備え、ブラケット４−１に金属管７を放置するステーション４−４が設けられ、ブラケット４−１本体に３つのクランプシリンダ４−２が対称的に分布し、各クランプシリンダ４−２のピストン端部に係止爪４−３が取り付けられ、係止爪４−３の端部に回転可能なローラ４−３ａが取り付けられ、ローラ４−３ａがステーション４−４の周囲に対称的に分布し、金属管７がステーション４−４内に放置される時、ローラ４−３ａが金属管７の周壁に回転接触し、回転中の金属管７に支持と位置決めを提供する。

前記インナーフィン成形ツールユニットはマルチブレードツール６−４、ツールロッド６−３及び接続ロッド６−２を備え、前記マルチブレードツール６−４がツールロッド６−３の一端に固定して取り付けられ、ツールロッド６−３の他端が接続ロッド６−２の端部に挿入され、接続ロッド６−２の尾部が軸方向送り機構５に固定して取り付けられる。

前記軸方向送り機構５はリードスクリュー送り機構であり、リードスクリュー、及びリードスクリューに取り付けられるスライダを備え、リードスクリューが回転する時、スライダを軸方向に移動駆動し、前記接続ロッド６−２がスライダに固定される。

前記ツールロッド６−３の本体にリブ６−５が設けられ、接続ロッド６−２の端部は筒状構造であり、環状永久磁石６−１が嵌着され、該接続ロッド６−２の端部にリブ６−５にマッチングする係止溝６−６が設けられ、接続ロッド６−２が接続ロッド６−２内に挿入される時、リブ６−５と係止溝６−６はツールロッド６−３が接続ロッド６−２に対して円周方向に回転するように制限する。環状永久磁石の磁気作用によって、ツールロッド６−３が接続ロッド６−２に吸着される。

前記マルチブレードツール６−４はナットによって接続ロッド６−２の端部に固定される。
前記マルチブレードツール６−４のブレード６−６はともに同じテーパー構造であり、その勾配が一般に１０°〜３０°であり、前記ブレード６−６は環状基部の周囲に対称的に分布する。ブレード６−６の数及び勾配は加工要求に応じて決定できる。

前記ヘッド３の左側にツールを取り出すツール取り出し機構２がさらに設けられ、シリンダ２−２、及びシリンダ２−２のピストン端部に設けられた空気圧チャック２−３を備え、空気圧チャック２−３がツールロッド６−３の端部を挟持した後、シリンダ２−２のピストンが引き込み、さらにツールロッド６−３を接続ロッド６−２から軸方向に取り出す。

本発明の三次元インナーフィン付き管成形方法は、以下のステップによって実現できる。

ステップ１、内ねじ構造を有する金属管７を支持機構４のステーション４−４内に軸方向に配置し、その端部をヘッド３の回転主軸のチャックに固定し、且つ金属管７とマルチブレードツール６−４を同一軸線上に維持し、なお、金属管７の内ねじの螺旋方向はマルチブレードツール６−４の送り方向と同じであってもよく、逆方向でなくてもよく、具体的には実際の応用に応じて決定される。

ステップ２、ヘッド３の回転主軸が金属管７を回転駆動する。

ステップ３、軸方向送り機構５をオンにし、軸方向送り機構５はマルチブレードツール６−４を金属管７の方向に向かって連続的に軸方向に移動するように駆動し、マルチブレードツール６−４が金属管７内に入り、マルチブレードツール６−４の複数のブレード６−６が金属管７の内壁面の内ねじ構造突起部分を同時切断して前部と後部の２つの部分に分割し、ブレード６−６の弧状刃がプラウイングし、コーン後切断面が切断した溝を外へ同時押出し、溝を拡張し、内ねじ突起部分よりも高い三次元非連続インナーフィン構造を形成する。

ステップ４、金属管７全体の内壁面に三次元非連続インナーフィン構造を形成するまで、軸方向送り機構５が連続的に送る。

ツール取り出しステップは、
１、金属管７の内壁面に三次元非連続インナーフィン構造を形成した後、この時、マルチブレードツール６−４が金属管７の末端から露出するステップと、
２、ヘッド３が回転を停止し、軸方向送り機構５が送りを停止するステップと、
３、ツール取り出し機構２の空気圧チャック２−３がツールロッド６−３の端部をクランプした後、シリンダ２−２のピストンが引き込み、さらにツールロッド６−３を接続ロッド６−２から軸方向に取り出すステップと、
４、軸方向送り機構５が逆方向に運動して初期位置に戻るステップと、を含む。

以上のように、本発明をよく実現できる。

本発明の実施形態は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨と原理を逸脱せずに行われる変更、修飾、代替、組合せ、簡略化はすべて等価な置換形態であり、本発明の保護範囲に属する。

Claims (6)

1. フレーム（１）、回転動力を提供可能なヘッド（３）、支持機構（４）、軸方向送り機構（５）、及びインナーフィン成形ツールユニットを備え、
   前記ヘッド（３）、支持機構（４）及び軸方向送り機構（５）は順にフレーム（１）に軸方向に取り付けられ、前記インナーフィン成形ツールユニットが軸方向送り機構（５）に取り付けられ、
   加工対象である三次元インナーフィンの金属管（７）は一端がヘッド（３）の回転主軸のチャックに挟持され、他端が支持機構（４）に配置され、金属管（７）の軸線がインナーフィン成形ツールユニットの軸線と同軸であり、ヘッド（３）の回転主軸は金属管（７）に回転動力を提供し、軸方向送り機構（５）はインナーフィン成形ツールユニットを金属管（７）とインナーフィン成形ツールユニットの軸線に沿って直線移動駆動し、
   前記インナーフィン成形ツールユニットはマルチブレードツール（６−４）、ツールロッド（６−３）及び接続ロッド（６−２）を備え、前記マルチブレードツール（６−４）がツールロッド（６−３）の一端に固定して取り付けられ、ツールロッド（６−３）の他端が接続ロッド（６−２）の端部に挿入され、接続ロッド（６−２）の尾部が軸方向送り機構（５）に固定して取り付けられ、
   前記マルチブレードツール（６−４）のブレード（６−６）はともに同じテーパー構造であり、テーパー構造の勾配が１０°〜３０°であり、前記ブレード（６−６）は環状基部の周囲に対称的に分布し、
   前記ヘッド（３）に対して支持機構（４）の反対側に、ツールを取り出す１つのツール取り出し機構（２）がさらに設けられ、シリンダ（２−２）、及びシリンダ（２−２）のピストン端部に設けられた空気圧チャック（２−３）を備え、空気圧チャック（２−３）がツールロッド（６−３）の端部を挟持した後、シリンダ（２−２）のピストンが引き込み、さらにツールロッド（６−３）を接続ロッド（６−２）から軸方向に取り出す、ことを特徴とするマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置。
2. 前記支持機構（４）はブラケット（４−１）を備え、ブラケット（４−１）に金属管（７）を放置するステーション（４−４）が設けられ、ブラケット（４−１）本体に３つのクランプシリンダ（４−２）が対称的に分布し、各クランプシリンダ（４−２）のピストン端部に係止爪（４−３）が取り付けられ、係止爪（４−３）の端部に回転可能なローラ（４−３ａ）が取り付けられ、ローラ（４−３ａ）がステーション（４−４）の周囲に対称的に分布し、金属管（７）がステーション（４−４）内に放置される時、ローラ（４−３ａ）が金属管（７）の周壁に回転接触し、回転中の金属管（７）に支持と位置決めを提供することを特徴とする請求項１に記載のマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置。
3. 前記軸方向送り機構（５）はリードスクリュー送り機構である、リードスクリュー、及びリードスクリューに取り付けられるスライダを備え、リードスクリューが回転する時、スライダを軸方向に移動駆動し、前記接続ロッド（６−２）がスライダに固定されることを特徴とする請求項１に記載のマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置。
4. 前記ツールロッド（６−３）の本体にリブ（６−５）が設けられ、接続ロッド（６−２）の端部は筒状構造であり、環状永久磁石（６−１）が嵌着され、該接続ロッド（６−２）の端部にリブ（６−５）にマッチングする係止溝（６−６）が設けられ、接続ロッド（６−２）が接続ロッド（６−２）内に挿入される時、リブ（６−５）と係止溝（６−６）はツールロッド（６−３）が接続ロッド（６−２）に対して円周方向に回転するように制限し、環状永久磁石の磁気作用によって、ツールロッド（６−３）が接続ロッド（６−２）に吸着されることを特徴とする請求項１に記載のマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置。
5. 前記マルチブレードツール（６−４）はナットによって接続ロッド（６−２）の端部に固定されることを特徴とする請求項４に記載のマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のマルチブレードプラウイング−押出に基づく三次元インナーフィン付き管成形装置により実現され、
   １、内ねじ構造を有する金属管（７）を支持機構（４）のステーション（４−４）内に軸方向に配置し、その端部をヘッド（３）の回転主軸のチャックに固定し、且つ金属管（７）とマルチブレードツール（６−４）を同一軸線上に維持するステップと、
   ２、ヘッド（３）の回転主軸が金属管（７）を回転駆動するステップと、
   ３、軸方向送り機構（５）をオンにし、軸方向送り機構（５）はマルチブレードツール（６−４）を金属管（７）の方向に向かって連続的に軸方向に移動するように駆動し、マルチブレードツール（６−４）が金属管（７）内に入り、マルチブレードツール（６−４）の複数のブレード（６−６）が金属管（７）の内壁面の内ねじ構造突起部分を同時切断して前部と後部の２つの部分に分割し、ブレード（６−６）の弧状刃がプラウイングし、コーン後切断面が切断した溝を外へ同時押出し、溝を拡張し、内ねじ突起部分よりも高い三次元非連続インナーフィン構造を形成するステップと、
   ４、金属管（７）全体の内壁面に三次元非連続インナーフィン構造を形成するまで軸方向送り機構（５）が連続的に送るステップと、
   ５、金属管（７）の内壁面に三次元非連続インナーフィン構造を形成した後、この時、マルチブレードツール（６−４）が金属管（７）の末端から露出し、ヘッド（３）が回転を停止し、軸方向送り機構（５）が送りを停止し、ツール取り出し機構（２）の空気圧チャック（２−３）がツールロッド（６−３）の端部をクランプした後、シリンダ（２−２）のピストンが引き込み、さらにツールロッド（６−３）を接続ロッド（６−２）から軸方向に取り出し、軸方向送り機構（５）が逆方向向に運動して初期位置に戻るツール取り出しステップと、
   を含むことを特徴とする三次元インナーフィン付き管成形方法。