换热管加工用螺纹管机的制作方法

本实用新型涉及一种换热管加工设备，具体地说是一种换热管加工用螺纹管机。

背景技术：

在海水淡化工程装备、大型冷凝器、凝汽器中，一般利用钛光管作为换热管。钛光管具有超耐腐蚀、超高比强度等优点，是海洋工程装备中唯一得到广泛认可的换热管材料。钛光管由于两面光滑，管内水流不易形成紊流，热能利用率低。部分技术研究采用能够有效生成管内紊流效应的管道作为换热管，包括螺纹管、双侧强化管等，螺纹管包括强化段及光段，螺纹管强化段的均通过的螺纹管机加工，现有螺纹管机的各刀架为固定式，刀架上设有滚刀，使用时，将需加工的管子置于各滚刀之间，滚刀均布在管子的周向并于管子外壁接触，传动机构带动各滚刀转动，各滚刀即靠摩擦力带动管子沿轴向前进的同时绕轴向转动，滚刀即可在管子的外壁上轧制出螺纹槽。其轧制的螺纹槽为一次成型，该种设备适合加工螺旋角不超过45°的螺纹管，而螺旋角不超过45°螺纹管若要达到迅速生成紊流效应的目的，其内部凸起一般超过1mm，使强化段管内径与两侧光管内径差异超过5%。这样的管子在试验应用中发现管内水流经过强化管后，米压降大幅度增加，增量达50~100%，需要更高成本的增压机来维持压力循环的正常进行。同时，这样的管子，由于内径的变化量大，在大型设备高速水流冲击过程中，光管与强化段过渡区间易产生冲击震动，成为了工程、设备安全稳定运行的风险因子。若用现在设备加工大螺旋角的螺纹管时，因螺距小，前后两圈螺纹的加工间隔短，前一圈螺纹加工凹下去带来的管子的非圆形变形，在下一圈接着加工时，会强化这种变形，最终导致管子整体变形。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种加工大螺旋角换热管的换热管加工用螺纹管机。

本实用新型是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种换热管加工用螺纹管机，它包括机架，依管子输送方向在机架上设有进料管道、导向辊、螺纹加工机构、定位板、出料管道，所述的导向辊上方设有测量管子加工长度的测长装置，所述的螺纹加工机构包括安装在螺纹管机上的基座，基座上设有均布在管子的周向的刀架，刀架上均设有由动力带动旋转的滚刀，其中一个刀架为移动刀架，移动刀架上设有由PLC控制调节移动刀架上滚刀进刀量的进给装置。

本实用新型所述的进给装置包括安装在机架上可带动移动刀架在管子径向方向上移动的进刀电机，移动刀架一侧设有控制移动刀架上滚刀分次进刀的限位装置，所述的限位装置包括安装在机架上的固定座，固定座上设有由变速齿轮带动在管子径向方向上移动的螺纹轴，螺纹轴一端设有带动变速齿轮转动的步进电机，另一端设有上接近开关、下接近开关，固定座上设有测量上接近开关、下接近开关位置的千分尺，上接近开关、下接近开关之间设有安装在移动刀架上的插片。

本实用新型所述的测长装置包括安装在导向辊上方的编码器，编码器轴上设有与导向辊对应的编码轮。

本实用新型所述的刀架与滚刀之间设有调节滚刀与管子夹角的调节座。

本实用新型为实现管子的自动往复加工，所述的导向辊通过可逆电机带动。

由于采用上述技术方案，本实用新型较好的实现了发明目的，其结构简单，加工的管子螺旋角度增大到85°以上，内壁凸起高度为0.16mm~0.20mm，能够快速增强管内紊流效应，又不形成大幅度的米压降，同时管内径变化量小，抗冲击震动能力强。

附图说明

图1是螺纹管机的结构示意图；

图2是限位装置的结构示意图；

图3是导向辊及编码轮的结构示意图；

图4是缩径机的结构示意图；

图5是换热管的结构示意图；

图6是图5中 A处放大示意图；

图7是刀架及移动刀架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

由图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7可知，一种强化钛及钛合金换热管的加工方法，它包括以下步骤：

⑴光管设计：选用钛及钛合金焊管作为坯管1，其端面与管子垂直，并且进行去毛刺处理；其外焊缝余高不得高于母材0.05mm；其在成型、焊接后应进行热处理，以消除其内应力，并控制管材残余应力不大于30MPa，沿管子轴向方向残余应力波动不得大于10MPa；其外径椭圆度不得大于1%；其表面清洁无油污，不得有深度超过0.1mm的环形划伤。

⑵微波段加工：将步骤⑴所述的坯管1从螺纹管机的进料管道2中穿入，依次经过导向辊3和螺纹加工机构7后，通过定位板9定位，所述的导向辊3上设有测量坯管1加工长度的测长装置，所述的螺纹加工机构7包括安装在螺纹管机上的基座21，基座21上设有均布在管子的周向的刀架20，刀架20上均设有由动力带动旋转的滚刀22，其中一个刀架为移动刀架23，移动刀架23上设有由PLC11控制调节移动刀架23上滚刀22进刀量的进给装置，加工时，移开定位板9，使坯管1与出料管道8对应，通过动力带动三个滚刀22转动，三个滚刀22靠摩擦力带动坯管1穿入出料管道8，滚刀22即可在坯管1的外壁上加工出一条完整的螺纹槽，通过测长装置定位其加工长度，当达到设定的加工长度后，移动刀架23通过进给装置带动，使移动刀架23上的滚刀22退出加工位置，坯管1则在导向辊3引导下，退回起始位置，进行第二次加工，加工前，进给装置根据所需的下调幅度调整移动刀架23第二次加工的位置，根据设定的下调次数如此循环往复，直到螺纹槽的螺距、螺旋角及螺纹槽在管内壁的凸起高度达到客户所需要求，将管子从螺纹管机的出料管道8中拉取出即可完成微波段32的加工。

⑶光段31加工：将经步骤⑵加工后的坯管1固定在缩径机26的夹具27上，推入模具中，通过挤压的方式，将坯管1端部外径挤压缩小至客户所需外径尺寸，即可完成光段31的加工，当坯管1微波段32一端穿出模具20mm时停止，使光段31和微波段32之间的过渡段的外径达到设计的要求。

⑷定尺切割：将多余的光段31进行定尺切割和去毛刺处理，使得管子的光段31长度和总长度满足客户的相关尺寸要求。

本实用新型步骤⑵所述的进给装置包括安装在机架10上可带动移动刀架23在管子径向方向上移动的进刀电机6，移动刀架23一侧设有控制移动刀架23上滚刀22分次进刀的限位装置5，所述的限位装置5包括安装在机架10上的固定座15，固定座15上设有由变速齿轮13带动在管子径向方向上移动的螺纹轴14，螺纹轴14一端设有带动变速齿轮13转动的步进电机12，另一端设有上接近开关17、下接近开关18，固定座15上设有测量上接近开关17、下接近开关18位置的千分尺16，上接近开关17、下接近开关18之间设有安装在移动刀架23上的插片19，所述的测长装置包括安装在导向辊3上方的编码器25，编码器25轴上设有与导向辊3对应的编码轮4，所述的刀架与滚刀22之间设有调节滚刀22与管子夹角的调节座；所述的导向辊3通过可逆电机24带动；随着移动刀架23的上下移动，插片19触发限位装置5上接近开关17与下接近开关18，形成限位信号；通过调整各刀架和移动刀架23的位置，使各刀架20及移动刀架23上的滚刀22均接触到坯管1表面，通过调整各滚刀22与坯管1之间的夹角，确保各滚刀22在管子上滚压的痕迹在一条螺旋线上，调整完成后记录此时插片19在千分尺16上的位置，通过调节螺纹轴14，使下接近开关18与插片19接触，完成初始位置的校正，加工时，移开定位板9，使坯管1与出料管道8对应，根据所需的下调幅度移动螺纹轴14，使螺纹轴14上上接近开关17、下接近开关18的调整第一次加工的位置，同时，移动刀架23通过进刀电机6带动向管子径向方向移动，当插片19接触到下接近开关18后，进刀电机6停止工作，同时，通过动力带动三个滚刀22转动，三个滚刀22靠摩擦力带动坯管1穿入出料管道8，滚刀22即可在坯管1的外壁上加工出一条完整的螺纹槽，通过编码轮4及编码器25定位其加工长度，当达到设定的加工长度后，进刀电机6工作，带动移动刀架23移动，使移动刀架23上的滚刀22退出加工位置，当移动刀架23上的插片19与上接近开关17接触时，停止工作，坯管1则在导向辊3引导下，退回起始位置，进行第二次加工，加工前，根据所需的下调幅度移动螺纹轴14，使螺纹轴14上上接近开关17、下接近开关18的调整第二次加工的位置，同时，移动刀架23通过进刀电机6带动向管子径向方向移动，当插片19接触到下接近开关18后，进刀电机6停止工作，通过动力带动三个滚刀22转动，三个滚刀22靠摩擦力带动坯管1穿入出料管道8，滚刀22即可在坯管1的第一次加工的螺纹槽上进行第二次加工，根据所需的下调次数如此循环往复，直到螺纹槽的螺距、螺旋角及螺纹槽在坯管1内壁的凸起高度达到客户所需要求，将管子从螺纹管机的出料管道8中拉取出即可完成微波段32的加工。

本实用新型步骤⑴所述坯管1的壁厚t根据客户需求进行选择，所述的坯管1外径通过以下公式进行计算：

D=D0×（1+α）

其中，D为坯管1外径尺寸，单位：mm

D0为客户需求产品外径尺寸，

α为强化缩径系数，取值范围为0.05~0.15；

所述坯管1的长度L通过以下公式进行计算：

L=（L0-l光×2）+L进+L出+20

其中，L为坯管1长度尺寸，单位：mm

L0为客户需求产品总长尺寸，单位：mm

l光为客户需求的产品两头光段31长度，单位：mm

L进为螺纹管机中，滚刀22距离定位板9的距离，若l光≤130mm，则一般选择L进=150mm；若l光＞130mm，则L进=l光+20mm；

L出为螺纹管机A中，滚刀22距离导向辊3A3的距离，若l光≤130mm，则一般选择L出=150mm；若l光＞130mm，则L进=L出+20mm；

步骤⑵所述螺纹槽的螺距p通过以下公式进行计算：

p=D0×π×tanμ0

其中：p为产品微波段32螺纹槽的螺距，单位：mm

D0为客户需求产品外径尺寸，

μ0为产品螺旋加工角，其范围为1°~2°

步骤⑵所述螺纹槽在管内壁的凸起高度h通过以下公式进行计算：

h=（D0-2×t）×γ

其中：h为产品内壁凸起高度，单位：mm

D0为客户需求产品外径尺寸

γ为加工缩径比例，其范围为0.7%~1.5%。

步骤⑶所述模具进口端29截面为喇叭形，模具的内孔30尺寸通过以下公式进行计算：

D模=D0-d1

其中：D模为模具B1最终内孔30外径，单位：mm

D0为最终产品的外径，单位：mm

d1为与产品壁厚t相关的常数，其范围为0.2mm~0.4mm

模具的进口端29的圆弧半径R模通过以下公式进行计算：

R模=（D-D模）*d2

其中：R模为模具B1进口端29的圆弧半径，单位：mm

D为坯管1的外径，单位：mm

D模为模具B1最终内孔30外径，单位：mm

d2为与产品外径D和壁厚t相关的常数，其范围为2~7。

本实用新型步骤⑵所述限位装置5通过插片19的位置确定的下接近开关18初始定位位置Co，上接近开关17的位置为C0-2mm, 螺纹轴14的下调下限为C底= C0+（D-D0）*0.5+0.4mm，下调范围为C底- C0，按照如下要求设定下调幅度△C和下调次数n，即：

下调幅度△C≤0.25mm

下调次数n=( C底- C0)/△C，n为整数；

步骤⑵所述的滚刀22与坯管1之间的夹角μ通过以下公式进行计算：

μ= arctan [ p /（D*π）]

其中：μ为滚刀22与坯管1之间的夹角，单位：°

p为产品微波段32螺纹槽的螺距，单位：mm

D为坯管1的外径，单位：mm

步骤⑵所述的编码器25的长度定位L加工通过以下公式进行计算：

L加工=L0-l光×2-K

其中：L加工为导向辊3编码器25设定的定位长度，单位：mm

L0为产品的总长度，单位：mm

l光为产品两端光段31的长度，单位：mm

K为与螺纹管机的刀具转速、滚刀22半径、退刀速度相关的常数，其范围为1~10；

本实施例需加工产品外径尺寸D0=22.22mm，其壁厚t =0.5 mm，微波段32头数为1头，螺旋槽的螺纹角度为88.5°，管子总长度为10m,光段31长度为50 mm的换热管，本实施例所述的加工缩径比例γ=0.7%根据公式计算管内壁凸起高度为h=0.16mm。

⑴光管设计：本实施例所述强化缩径系数α=0.08，根据公式计算，选用外径D=23.9mm，壁厚为t=0.5mm，长度L=10200 mm的高品质钛焊管作为坯管1，坯管1材料为纯钛，牌号为TA2；

⑵微波段加工：本实施例所述的产品螺旋加工角μ0=1.5°，下调幅度△C=0.25㎜，螺纹管机的刀具转速、滚刀22半径、退刀速度相关的常数K为5，根据公式计算其螺距p=1.8mm，滚刀22与坯管1之间的夹角μ=1.5°，编码器25的长度定位L加工=9895㎜，坯管1从螺纹管机的进料管道2中穿入，依次经过导向辊3和螺纹加工机构7后，通过定位板9定位，通过调整各刀架20和移动刀架23的位置，使各刀架20及移动刀架23上的滚刀22均接触到坯管1表面，按要求调整各滚刀22与坯管1之间的夹角，确保各滚刀22在管子上滚压的痕迹在一条螺旋线上，调整完成后记录此时插片19在千分尺16上的位置为x，通过调节螺纹轴14，使下接近开关18与插片19接触，完成初始位置的校正，下接近开关18初始定位位置Co，即Co=X，根据公式设定其下调下限为C底=x+1.24mm，设定下调次数n=5次；加工时，移开定位板9，使坯管1与出料管道8对应，根据下调幅度参数使螺纹轴14向坯管1径向移动0.25㎜，将螺纹轴14上的上接近开关17、下接近开关18调整到第一次加工的位置，同时，通过动力带动三个滚刀22转动，三个滚刀22靠摩擦力带动坯管1穿入出料管道8，滚刀22即可在坯管1的外壁上加工出一条完整的螺纹槽，根据通编码器25的长度定位其加工长度，当达到设定的加工长度后，进刀电机6工作，带动移动刀架23移动，使移动刀架23上的滚刀22退出加工位置，当移动刀架23上的插片19与上接近开关17接触时，停止工作，坯管1则在导向辊3引导下，退回起始位置，进行第二次加工，加工前，根据下调幅度参数使螺纹轴14向坯管1径向移动0.25㎜，使螺纹轴14上上接近开关17、下接近开关18的调整到第二次加工的位置，同时，移动刀架23通过进刀电机6带动向管子径向方向移动，当插片19接触到下接近开关18后，进刀电机6停止工作，通过动力带动三个滚刀22转动，三个滚刀22靠摩擦力带动坯管1穿入出料管道8，滚刀22即可在坯管1的第一次加工的螺纹槽上进行第二次加工，如此循环往复5次，使螺纹槽的螺距、螺旋角及螺纹槽在坯管1内壁的凸起高度达到客户所需要求，将管子从螺纹管机的出料管道8中拉取出即可完成微波段32的加工。

⑶光段加工：与产品壁厚t相关的常数d1=0.22 mm，与产品外径D和壁厚t相关的常数d2=3.68，根据公式计算模具最终内孔30外径为22 mm，模具的进口端29的圆弧半径R模=7mm，所述的将经步骤⑵加工后的坯管1固定在缩径机26的夹具27上，从模具的进口端29推入模具内孔30中，通过挤压的方式，将坯管1端部外径挤压缩小至客户所需外径尺寸，即可完成光段31的加工，当坯管1微波段32一端穿出模具28外20mm时停止，使光段31和微波段32之间的过渡段的外径达到设计的要求；

⑷定尺切割：将多余的光段31进行定尺切割和去毛刺处理，使得管子的总长度为10m,两端光段31长度均为50 mm。

一种如上述加工方法加工的强化钛及钛合金换热管，它包括管体，管体的外径为19.05mm ~25.4mm（本实施例为22.22mm），其壁厚为0.4 mm ~0.6mm（本实施例为0.5 mm）；管体上设有光段31、微波段32，所述的微波段32包括通过螺纹管机从管体的外表面向管体内壁分次滚压形成的凹陷，所述的凹陷沿管体外表面螺旋排布，相邻波谷之间的间距为1.8mm~2.0mm，所述凹陷的螺旋角为88°~89°（本实施例为88.5°），其微波段32头数为1头，所述的凹陷凸出内壁，使内壁上形成沿管体内壁螺旋排布的凸条，凸条高度为0.15mm~0.20mm（本实施例为0.16 mm）；所述的光段31与微波段32之间设有通过缩径机26加工的过渡段。

本实用新型所述的凹陷的厚度d与管体的壁厚之差小于0.05 mm，凹陷的厚度d为0.45 mm。

实施例2：

本实施例需加工产品外径尺寸D0=19.05mm，其壁厚t =0.4 mm，微波段32头数为1头，螺旋槽的螺纹角度为88.2°，管子总长度为6m,光段31长度为60mm的换热管，本实施例所述的加工缩径比例γ=1%根据公式计算管内壁凸起高度为h=0.2mm。

⑴光管设计：本实施例所述强化缩径系数α=0.08，根据公式计算，选用外径D=20.7mm，壁厚为t=0.4mm，长度L=6200mm的高品质钛焊管作为坯管1，坯管1材料为纯钛，牌号为TA2；

⑵微波段加工：本实施例所述的产品螺旋加工角μ0=1.8°，下调幅度△C=0.21㎜，螺纹管机的刀具转速、滚刀22半径、退刀速度相关的常数K为4，根据公式计算其螺距p=1.8mm，滚刀22与坯管1之间的夹角μ=1.6°，编码器25的长度定位L加工=5876㎜，根据公式设定其下调下限为C底=x+1.23mm，设定下调次数n=6次；加工时，移开定位板9，使坯管1与出料管道8对应，根据下调幅度参数使螺纹轴14向坯管1径向移动0.21㎜，将螺纹轴14上的上接近开关17、下接近开关18调整到第一次加工的位置，同时，通过动力带动三个滚刀22转动，三个滚刀22靠摩擦力带动坯管1穿入出料管道8，滚刀22即可在坯管1的外壁上加工出一条完整的螺纹槽，根据通编码器25的长度定位其加工长度，当达到设定的加工长度后，进刀电机6工作，带动移动刀架23移动，使移动刀架23上的滚刀22退出加工位置，当移动刀架23上的插片19与上接近开关17接触时，停止工作，坯管1则在导向辊3引导下，退回起始位置，进行第二次加工，加工前，根据下调幅度参数使螺纹轴14向坯管1径向移动0.21㎜，使螺纹轴14上上接近开关17、下接近开关18的调整到第二次加工的位置，同时，移动刀架23通过进刀电机6带动向管子径向方向移动，当插片19接触到下接近开关18后，进刀电机6停止工作，通过动力带动三个滚刀22转动，三个滚刀22靠摩擦力带动坯管1穿入出料管道8，滚刀22即可在坯管1的第一次加工的螺纹槽上进行第二次加工，如此循环往复6次，使螺纹槽的螺距、螺旋角及螺纹槽在坯管1内壁的凸起高度达到客户所需要求，将管子从螺纹管机的出料管道8中拉取出即可完成微波段32的加工。

⑶光段加工：与产品壁厚t相关的常数d1=0.2mm，与产品外径D和壁厚t相关的常数d2=3.78，根据公式计算模具28最终内孔30外径为18.85mm，模具28的进口端29的圆弧半径R模=7mm，所述的将经步骤⑵加工后的坯管1固定在缩径机26的夹具27上，从模具28的进口端29推入模具内孔30中，通过挤压的方式，将坯管1端部外径挤压缩小至客户所需外径尺寸，即可完成光段31的加工，当坯管1微波段32一端穿出模具28外20mm时停止，使光段31和微波段32之间的过渡段的外径达到设计的要求；

⑷定尺切割：将多余的光段31进行定尺切割和去毛刺处理，使得管子的总长度为10m,两端光段31长度均为50 mm。

一种如上述加工方法加工的强化钛及钛合金换热管，它包括管体，管体的外径为19.05mm ~25.4mm（本实施例为19.05mm），其壁厚为0.4 mm ~0.6mm（本实施例为0.4mm）；管体上设有光段31、微波段32，所述的微波段32包括通过螺纹管机从管体的外表面向管体内壁分次滚压形成的凹陷，所述的凹陷沿管体外表面螺旋排布，相邻波谷之间的间距为1.8mm~2.0mm（本实施例为1.8 mm），所述凹陷的螺旋角为88°~89°（本实施例为88.2°），其微波段32头数为1头，所述的凹陷凸出内壁，使内壁上形成沿管体内壁螺旋排布的凸条，凸条高度为0.15mm~0.20mm（本实施例为0.2 mm）；所述的光段31与微波段32之间设有通过缩径机26加工的过渡段。

本实施例凹陷的厚度d为0.36mm。

余同实施例1。