專利名稱：內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi)表面齒形幾何形狀變化測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi) 表面齒形幾何形狀變化測量裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)螺紋管是熱交換器所使用的首選高效節(jié)能管材，由于內(nèi)壁具有一定高度、 一定角度的螺旋形凸筋，不僅大大增加了內(nèi)壁的接觸面積，而且使制冷介質(zhì)在 管內(nèi)呈紊流狀態(tài)，令熱交換過程更加充分。試驗(yàn)表明內(nèi)螺紋管較傳統(tǒng)的光管
傳熱效率可提高4 8倍。ERW (電阻焊，Electric Resistance Weld)高頻煌 接內(nèi)螺紋管的生產(chǎn)，首先需要對(duì)帶狀材料進(jìn)行壓紋，然后對(duì)壓紋帶材進(jìn)行輥彎 焊接成為管材。因此可以任意改變管內(nèi)螺紋的方向，更增強(qiáng)管體液體的紊流效 果，是空調(diào)與制冷行業(yè)管材的發(fā)展方向。
由于換熱器管內(nèi)為氣液兩相流動(dòng)換熱，內(nèi)螺紋管的內(nèi)流動(dòng)和換熱機(jī)制則更 為復(fù)雜，齒高的變化對(duì)管內(nèi)部的內(nèi)流動(dòng)、壓力損失和換熱都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。 內(nèi)螺紋管熱交換器需要經(jīng)脹管成形工藝，使其與散熱翅片連接。該成形過程中， 內(nèi)螺紋受模具擠壓其齒高減小，原本在帶材上設(shè)計(jì)的壓紋齒形參數(shù)會(huì)發(fā)生變化， 造成設(shè)計(jì)換熱效果與實(shí)際偏差較大。因此如果在帶材壓紋齒形設(shè)計(jì)階段，使用 試驗(yàn)的方法模擬每種齒形的脹管成形，并獲得成形后齒形幾何參數(shù)的變化量， 可以對(duì)所設(shè)計(jì)的齒形進(jìn)行合理的修正，減小脹管成形后實(shí)際齒形幾何參數(shù)與設(shè) 計(jì)方案的誤差，對(duì)帶材壓紋齒形設(shè)計(jì)有重要意義。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利授權(quán)公告號(hào)為CN1945267，名稱為 一種力學(xué)試驗(yàn)機(jī)。該設(shè)備包括液壓缸、內(nèi)活塞、控制液壓缸內(nèi)活塞運(yùn)動(dòng)的電動(dòng) 機(jī)、放置試件的上固定座和底座；力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)的液壓缸通過其上、下部分分別 連接的液壓傳動(dòng)管控制第一液壓缸和第二液壓缸的運(yùn)動(dòng)，并且可通過壓力傳感 器將壓力數(shù)值實(shí)時(shí)反饋至控制模塊，控制模塊再根據(jù)此反饋的壓力數(shù)值調(diào)整電
3動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及角度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)試件上作用力的精確控制。同時(shí)，對(duì)試件進(jìn) 行拉、壓、彎、扭等參數(shù)進(jìn)行測量的力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)主體部分與液壓缸通過液壓傳 動(dòng)管軟連接，可自由移動(dòng)。其不足之處在于無法實(shí)現(xiàn)模擬脹管成形加工條件; 液壓系統(tǒng)體積大，可能出現(xiàn)泄漏，兩液壓缸不同步運(yùn)動(dòng)等因素，影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 性和測量精確性；設(shè)備復(fù)雜，使用不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi) 表面齒形幾何形狀變化測量裝置，使其利用先進(jìn)的高精度三相動(dòng)力儀模擬內(nèi)螺 紋管脹管成形過程——脹管壓力對(duì)管壁的作用，并用千分表測量齒高減少和回 彈量，解決現(xiàn)有技術(shù)無法對(duì)內(nèi)螺紋管脹管成形后齒高變化量有效獲取的問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括三維坐標(biāo)儀刀柄，脹管 模具、試件粘接槽、粘接槽固定臺(tái)、三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)、三維坐標(biāo)儀 工作臺(tái)、千分表。三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)固定在三維坐標(biāo)儀工作臺(tái)上，并 通過信號(hào)線連接電荷放大器和A/D采集計(jì)算機(jī)。試件粘接在試件粘接槽內(nèi)部。試 件粘接槽固定在粘接槽固定臺(tái)上，粘接槽固定臺(tái)固定在三相動(dòng)力儀壓電傳感器 平臺(tái)上，保證好固定平臺(tái)的水平度。脹管模具緊固在三維坐標(biāo)儀刀柄上，并將 三維坐標(biāo)儀刀柄的旋轉(zhuǎn)自由度鎖定。千分表以磁力座固定在三維坐標(biāo)儀刀柄上。
所述三維坐標(biāo)儀刀柄連接并控制脹管模具的運(yùn)動(dòng)。
所述脹管模具是一個(gè)帶柱狀柄的方形件，通過柄與三維坐標(biāo)儀刀柄進(jìn)行連 接，脹管模具底部側(cè)面輪廓設(shè)計(jì)為與實(shí)際使用的圓錐形脹管模具輪廓相同的平 底。
所述試件粘接槽，是一個(gè)帶有容納試件的凹槽的方形件。 所述粘接槽固定臺(tái)，其結(jié)構(gòu)為帶有螺紋孔的矩形鐵塊，通過螺紋連接動(dòng)力
儀壓電傳感器平臺(tái)。
所述三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)是長寬比試件固定臺(tái)長寬稍大的矩形塊，
其內(nèi)部裝有壓電傳感器，實(shí)時(shí)感應(yīng)試件所受正壓力和切向力的作用，并在配有
A/D采集卡的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示出來。
測量時(shí)，先對(duì)三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)的讀數(shù)調(diào)零，操作三維坐標(biāo)儀刀 柄使脹管模具壓在試件上，利用三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)的實(shí)時(shí)顯示，調(diào)節(jié)脹管模具和試件之間的接觸力，達(dá)到某數(shù)值時(shí)停止。再控制三維坐標(biāo)儀刀柄， 使脹管模具和試件發(fā)生水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，利用三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái) 的壓電傳感原理，通過A/D采集計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的程序，獲得切向力，此切向力 除以脹管模具與試件間的接觸壓力得到此齒形管脹形時(shí)對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)。由于 管脹形時(shí)的驅(qū)動(dòng)力已知，則用此驅(qū)動(dòng)力除以得到的摩擦系數(shù)可得到管脹形時(shí)脹 管模具對(duì)管壁的等效壓力。另取一新試件固定進(jìn)行測試，利用量塊調(diào)節(jié)千分表 使其測頭與脹管模具的底面處于同一平面，分別對(duì)三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái) 和千分表的讀數(shù)調(diào)零，然后下移脹管模具，使脹管模具和千分表測頭同時(shí)與試 件接觸，利用三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)的實(shí)時(shí)顯示調(diào)節(jié)脹管模具和試件之間 的接觸力，達(dá)到上步計(jì)算得到的等效壓力時(shí)停止，此時(shí)千分表的讀數(shù)即為名義 齒高減小量?？刂迫S坐標(biāo)儀刀柄，使脹管模具和試件發(fā)生水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)。移 動(dòng)一段距離后，抬起脹管模具，操作三維坐標(biāo)儀刀柄，使三維坐標(biāo)儀刀柄上安 裝的千分表接觸試件的未變形表面，將千分表調(diào)零，操作三維坐標(biāo)儀刀柄水平 移動(dòng)，使千分表的測頭接觸螺紋壓潰區(qū)域，記錄千分表的讀數(shù)，該值為脹管后 齒高的實(shí)際減少量，該值與名義齒高減少量的差即為齒高回彈量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)無法有效在帶材壓紋齒形設(shè)計(jì)階 段獲取所設(shè)計(jì)齒形在脹管成形后的幾何形狀參數(shù)。通過該裝置，在設(shè)計(jì)階段評(píng) 估所設(shè)計(jì)齒形在脹管成形后幾何參數(shù)的變化，可以通過反向設(shè)計(jì)的方法，對(duì)所 設(shè)計(jì)的齒形進(jìn)行合理的修正，將設(shè)計(jì)齒形與實(shí)際齒形的誤差減小，使內(nèi)螺紋管 材達(dá)到最佳的傳熱效果。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，操作簡便，設(shè)備通用性好， 結(jié)果精確穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方 案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不 限于下述的實(shí)施例。
如圖1-2所示，本實(shí)施例包括三維坐標(biāo)儀刀柄l、脹管模具2、試件3、試件粘接槽4、粘接槽固定臺(tái)5、三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)6、三維坐標(biāo)儀工 作臺(tái)7、千分表8。三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)6通過螺栓連接固定在三維坐標(biāo) 儀工作臺(tái)7上，并通過信號(hào)線連接電荷放大器和A/D采集計(jì)算機(jī)。試件3通過 快干膠粘接在試件粘接槽4內(nèi)部。試件粘接槽4以螺釘連接固定在粘接槽固定 臺(tái)5上，粘接槽固定臺(tái)5以螺釘固定在三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)6上，保證 好固定平臺(tái)的水平度。脹管模具2緊固在三維坐標(biāo)儀刀柄1上，并將三維坐標(biāo) 儀刀柄1的旋轉(zhuǎn)自由度鎖定。千分表8以磁力座固定在三維坐標(biāo)儀刀柄1上。 移動(dòng)三維坐標(biāo)儀刀柄1使千分表8測頭分別經(jīng)過試件3的未變形區(qū)和螺紋壓潰 區(qū)，則千分表8讀數(shù)的變化值即為脹管后齒高的實(shí)際減少量。 所述三維坐標(biāo)儀刀柄1連接并控制脹管模具2的運(yùn)動(dòng)。
所述脹管模具2是一個(gè)帶柱狀柄的方形件，通過柄與三維坐標(biāo)儀刀柄l進(jìn)行 連接，脹管模具底部側(cè)面輪廓設(shè)計(jì)為與實(shí)際使用的圓錐形脹管模具輪廓相同的 平底。
所述試件粘接槽4，是一個(gè)帶有容納試件3的凹槽的方形件，其凹槽底部設(shè) 有小孔。
所述粘接槽固定臺(tái)5，其結(jié)構(gòu)為帶有螺紋孔的矩形塊，通過螺紋連接動(dòng)力儀 壓電傳感器平臺(tái)6。
所述三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)6是長寬比模具固定臺(tái)長寬稍大的矩形塊， 其內(nèi)部裝有壓電傳感器，實(shí)時(shí)感應(yīng)試件3所受正壓力和切向力的作用，與電荷放 大器相連接，并在配有A/D采集卡的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示出來。
所述千分表8，為普通精確度為0.001mm的千分表。
本實(shí)施例中，將壓紋帶材制成20匪X80隱試件。測量前，預(yù)先按照試驗(yàn)要 求準(zhǔn)備好兩條壓紋帶材試件3。將粘膠均勻涂抹在試件粘接槽4的凹槽內(nèi)，然后 將一試件3螺紋面朝上粘在凹槽中，再用硬橡膠墊將待測試件壓緊，使多佘的粘 膠擠入凹槽底部的小孔中。然后用螺釘將試件粘接槽4緊固在粘接槽固定臺(tái)5上。 千分表8以磁力座固定在三維坐標(biāo)儀刀柄1上。
測量時(shí)，先對(duì)三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)6的讀數(shù)調(diào)零，操作三維坐標(biāo)儀刀 柄1使脹管模具2壓在試件3上，利用三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)6的實(shí)時(shí)顯示， 調(diào)節(jié)脹管模具2和試件3之間的接觸力，達(dá)到某數(shù)值時(shí)停止。再控制三維坐標(biāo)儀
6刀柄l，使脹管模具2和試件3發(fā)生水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，利用三相動(dòng)力儀壓電傳 感器平臺(tái)6的壓電傳感原理，通過A/D采集計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的程序，獲得切向力， 此切向力除以脹管模具2與試件3間的接觸壓力得到此齒形管脹形時(shí)對(duì)應(yīng)的摩擦 系數(shù)。由于管脹形時(shí)的驅(qū)動(dòng)力已知，則用此驅(qū)動(dòng)力除以得到的摩擦系數(shù)可得到 管脹形時(shí)脹管模具2對(duì)管壁的等效壓力。如圖1所示，另取一新試件固定進(jìn)行測 試，利用量塊調(diào)節(jié)千分表8使其測頭與脹管模具2的底面處于同一平面，分別對(duì) 三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)6和千分表8的讀數(shù)調(diào)零，然后下移脹管模具2，使脹 管模具2和千分表8測頭同時(shí)與試件3接觸，利用三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)6的 實(shí)時(shí)顯示調(diào)節(jié)脹管模具2和試件3之間的接觸力，達(dá)到上步計(jì)算得到的等效壓力 時(shí)停止，此時(shí)千分表8的讀數(shù)即為名義齒高減小量。控制三維坐標(biāo)儀刀柄l，使 脹管模具2和試件3發(fā)生水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)一段距離后，抬起脹管模具2，操作 三維坐標(biāo)儀刀柄l，如圖2所示，使三維坐標(biāo)儀刀柄1上安裝的千分表8接觸試件3 的未變形表面，將千分表8調(diào)零，操作三維坐標(biāo)儀刀柄l水平移動(dòng)，使千分表8的 測頭接觸螺紋壓潰區(qū)域，記錄千分表8的讀數(shù)，該值為脹管后齒高的實(shí)際減少量， 該值與名義齒高減少量的差即為齒高回彈量。
本實(shí)施例在測量中，基于對(duì)管材加工管壁材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的研究結(jié)論。 利用內(nèi)螺紋管內(nèi)表面螺紋的幾何參數(shù)變化的主要因素是垂向表面方向和切向應(yīng) 力以一定的比例關(guān)系共同作用的結(jié)果這一結(jié)論，通過控制試件所受到的垂直方 向和水平方向的運(yùn)動(dòng)，并采用三相動(dòng)力儀實(shí)現(xiàn)正壓力及切向力的測量，從而根 據(jù)上述原理實(shí)現(xiàn)模擬脹管加工條件，進(jìn)而達(dá)到在帶材輥彎、焊接成管之前，就 得到所需參數(shù)。動(dòng)力儀基于壓電晶體的壓電效應(yīng)，能將正向壓力與摩擦力等力 信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，靈敏度和分辨率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)誤差小。動(dòng)力 儀產(chǎn)生的電信號(hào)由高速采集卡采集，經(jīng)由程序校正濾波后顯示出正壓力、翅片 垂向強(qiáng)度、摩擦力以及正壓力與摩擦力的比值摩擦系數(shù)。
本實(shí)施例能模擬脹管加工條件；已知模具驅(qū)動(dòng)力時(shí)可以獲得模具對(duì)管壁的 正壓力；可以獲得設(shè)計(jì)齒形脹管加工條件下不同齒形的摩擦系數(shù)及齒形的幾何 參數(shù)變化量；測量結(jié)果數(shù)值穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi)表面齒形幾何形狀變化測量裝置，其特征在于，包括三維坐標(biāo)儀刀柄、脹管模具、試件粘接槽、粘接槽固定臺(tái)、三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)、三維坐標(biāo)儀工作臺(tái)、千分表，其中三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)固定在三維坐標(biāo)儀工作臺(tái)上，并通過信號(hào)線連接電荷放大器和A/D采集計(jì)算機(jī)，試件通過粘接在試件粘接槽內(nèi)部，試件粘接槽固定在粘接槽固定臺(tái)上，粘接槽固定臺(tái)固定在三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)上，脹管模具固定在三維坐標(biāo)儀刀柄上，并將三維坐標(biāo)儀刀柄的旋轉(zhuǎn)自由度鎖定，千分表以磁力座固定在三維坐標(biāo)儀刀柄上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi)表面齒形幾何形狀變化測 量裝置，其特征是，所述脹管模具是一個(gè)帶柱狀柄的方形件，通過柱狀柄與三 維坐標(biāo)儀刀柄進(jìn)行連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi)表面齒形幾何形狀變化測 量裝置，其特征是，所述試件粘接槽是一個(gè)帶有凹槽的方形件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi)表面齒形幾何形狀變化測量裝置，其特征是，所述試件粘接槽的凹槽底部有小孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi)表面齒形幾何形狀變化測 量裝置，其特征是，所述粘接槽固定臺(tái)為帶有螺紋孔的矩形塊，通過螺紋連接 固定試件粘接槽。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi)表面齒形幾何形狀變化測 量裝置，其特征是，所述三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)，其內(nèi)部設(shè)有壓電傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種材料加工技術(shù)領(lǐng)域的內(nèi)螺紋管脹管成形中內(nèi)表面齒形幾何形狀變化測量裝置，其中試件粘接在試件粘接槽內(nèi)部，試件粘接槽固定在粘接槽固定臺(tái)上，粘接槽固定臺(tái)固定在三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)上，三相動(dòng)力儀壓電傳感器平臺(tái)固定在三維坐標(biāo)儀工作臺(tái)上，并通過信號(hào)線連接電荷放大器和A/D采集計(jì)算機(jī)。脹管模具緊固在三維坐標(biāo)儀刀柄上，并將三維坐標(biāo)儀刀柄的旋轉(zhuǎn)自由度鎖定。千分表以磁力座固定在三維坐標(biāo)儀刀柄上。本發(fā)明在設(shè)計(jì)階段評(píng)估所設(shè)計(jì)齒形在脹管成形后幾何參數(shù)的變化，可以通過反向設(shè)計(jì)的方法，對(duì)所設(shè)計(jì)的齒形進(jìn)行合理的修正，將設(shè)計(jì)齒形與實(shí)際齒形的誤差減小。測量結(jié)果穩(wěn)定，精確度高。
文檔編號(hào)G01B21/00GK101504284SQ20091004704
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者鼎 唐, 彭穎紅, 李大永, 華 黃 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)