特許第6676772号(P6676772)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6676772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
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6676772
(24)【登録日】2020年3月16日
(45)【発行日】2020年4月8日
(54)【発明の名称】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
(51)【国際特許分類】
   B21D 53/06 20060101AFI20200330BHJP
   B23P 23/04 20060101ALI20200330BHJP
   B23B 5/48 20060101ALI20200330BHJP
   B23P 15/26 20060101ALI20200330BHJP
   B23B 11/00 20060101ALI20200330BHJP
   F28F 1/40 20060101ALI20200330BHJP
【FI】
   B21D53/06 G
   B23P23/04
   B23B5/48
   B23P15/26
   B23B11/00
   F28F1/40 D
【請求項の数】6
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2018-543645(P2018-543645)
(86)(22)【出願日】2017年11月8日
(65)【公表番号】特表2019-512394(P2019-512394A)
(43)【公表日】2019年5月16日
(86)【国際出願番号】CN2017109917
(87)【国際公開番号】WO2018086528
(87)【国際公開日】20180517
【審査請求日】2018年9月7日
(31)【優先権主張番号】201610988108.5
(32)【優先日】2016年11月10日
(33)【優先権主張国】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】512000569
【氏名又は名称】華南理工大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】SK特許業務法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】万珍平
(72)【発明者】
【氏名】黄書烽
(72)【発明者】
【氏名】鄒水平
(72)【発明者】
【氏名】陸龍生
(72)【発明者】
【氏名】湯勇
【審査官】 飯田 義久
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許第03938374(US,A)
【文献】 特公昭42−010149(JP,B1)
【文献】 特表2008−534296(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B21D 53/06
B23B 5/48
B23B 11/00
B23P 15/26
B23P 23/04
F28F 1/40
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1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図5はツール取り出し機構の部分構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
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。
【0020】
実施例
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
以上のように、本発明をよく実現できる。
【0035】
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。
図1
図2
図3
図4
図5