無(wú)縫翅片管螺紋芯頭的設(shè)計(jì)

王小攏

摘要 在翅片管的生產(chǎn)中，螺紋芯頭的噸成本占據(jù)了模具成本超過(guò)20%的比例。本文針對(duì)螺紋芯頭設(shè)計(jì)中影響其使用壽命、對(duì)無(wú)逢翅片管參數(shù)的影響以及影響無(wú)逢翅片管生產(chǎn)效率的各個(gè)因素進(jìn)行了逐一分析。

關(guān)鍵詞 齒高；齒條數(shù)；螺旋角；齒頂角

中圖分類號(hào) TK17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095—6363（2016）12—0085—02

為了提高空調(diào)冷凝器和蒸發(fā)器的換熱效率，生產(chǎn)廠家通常用紫銅作為基管，利用模具（刀具和芯頭）的配合，加工出無(wú)縫翅片管。無(wú)縫翅片管是采用冷加工的方法在管材外表面、內(nèi)表面或內(nèi)外表面形成系列平行于縱軸或沿管子圓周螺旋擴(kuò)張的金屬翅片（肋）的無(wú)縫管，以達(dá)到增加銅管內(nèi)外表面積，從而提高散熱面積的目的。

要加工出符合技術(shù)要求的無(wú)縫翅片管，必須有配套的工裝模具來(lái)保證，無(wú)縫翅片管所用模具包括螺紋芯頭和刀片，刀片和螺紋芯頭的設(shè)計(jì)、選用對(duì)無(wú)縫翅片管的生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有重要的影響。本文重點(diǎn)介紹螺紋芯頭的設(shè)計(jì)。

螺紋芯頭的參數(shù)包括外徑、內(nèi)孔、長(zhǎng)度、齒條數(shù)、齒深、螺旋角、旋向、槽寬（端面或法向）、齒頂角、齒底圓弧等，螺紋芯頭各個(gè)參數(shù)的大小對(duì)翅片銅管的內(nèi)齒參數(shù)的大小、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本等有一定的影響，而翅片銅管的參數(shù)則直接影響著兩器的換熱效率。

1螺紋芯頭的外徑、內(nèi)孔及長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)

螺紋芯頭的外徑設(shè)計(jì)時(shí)，考慮的因素有2點(diǎn)，一要考慮加工時(shí)螺紋芯頭能順利地穿入無(wú)縫光管的內(nèi)孔；二要考慮加工出的翅片管的外徑尺寸符合客戶要求，能順利穿入管板孔，銅管外徑和管板孔間隙又不能過(guò)大，以避免運(yùn)行時(shí)銅管振動(dòng)太大增加噪音。根據(jù)以上2個(gè)要求，設(shè)計(jì)時(shí)采用的原則是芯頭外徑等于管材（翅片管的母管）外徑減去二倍的壁厚再減去0.3mm的間隙。這樣制定出外徑的螺紋芯頭加工翅片管的過(guò)程中既能順利穿入管材，又不會(huì)導(dǎo)致加工出的翅片銅管外徑過(guò)大或過(guò)小，保證翅片銅管穿入管板順利及避免翅片管在管板中振動(dòng)過(guò)大。

內(nèi)孔的確定：內(nèi)孔主要根據(jù)和芯頭配合的芯桿的外徑尺寸來(lái)確定，按芯桿的名義尺寸走正差0.02即可。如果芯頭和芯桿配合間隙過(guò)小，生產(chǎn)加工翅片管過(guò)程中芯頭內(nèi)孔與芯桿外徑摩擦發(fā)熱，導(dǎo)致芯頭芯桿配合部分粘連卡死，從而引起加工過(guò)程中翅片銅管停止前進(jìn)，造成同一位置循環(huán)加工，產(chǎn)生報(bào)廢品。而間隙過(guò)大，長(zhǎng)芯桿在芯頭孔中間固定不穩(wěn)，跳動(dòng)幅度大，引起銅管內(nèi)壁的劃傷，造成翅片產(chǎn)品報(bào)廢。

長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)：理論上芯頭的長(zhǎng)度只要超過(guò)加工刀具的排刀長(zhǎng)度即可，對(duì)加工出的翅片管內(nèi)齒的尺寸沒(méi)有影響。但考慮到加工翅片管的整體質(zhì)量，螺紋芯頭長(zhǎng)度越長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行越平穩(wěn)，翅片管表面越均勻，翅片管質(zhì)量也越穩(wěn)定；然而螺紋芯頭長(zhǎng)度太長(zhǎng)時(shí)，內(nèi)齒形成過(guò)程中所遇阻力也會(huì)增加，且螺紋芯頭的價(jià)格也會(huì)增加，所以其長(zhǎng)度也不是越長(zhǎng)越好。反之，如長(zhǎng)度過(guò)短，翅片銅管加工過(guò)程中就容易跳動(dòng)，導(dǎo)致翅片表面凸凹不平，整管直線度差，表面出現(xiàn)發(fā)黑等情況。根據(jù)刀組的尺寸，芯頭長(zhǎng)度一般取25mm～40mm，最好取30mm～40mm為宜。

2螺紋芯頭齒高、齒條數(shù)、螺旋角及旋向的確定

單純從增加銅管的內(nèi)表面換熱面積來(lái)說(shuō)，增加齒高（本文不考慮外翅參數(shù)）及齒條數(shù)是有效的選擇；然而，考慮到其他參數(shù)相同，生產(chǎn)情況也一致的情況下，齒條越高的芯頭，其強(qiáng)度越小，生產(chǎn)中遇到的阻力也越大，容易出現(xiàn)齒條斷齒的現(xiàn)象；其他參數(shù)一致的情況下，齒條數(shù)越多，齒條越細(xì)，其強(qiáng)度也越小，所能承受的阻力也越小，越容易出現(xiàn)齒條崩齒的現(xiàn)象。芯頭出現(xiàn)崩齒斷齒現(xiàn)象的后果，一是增加廢品率，二是如后續(xù)工序生產(chǎn)檢漏發(fā)現(xiàn)不了廢品，會(huì)給空調(diào)生產(chǎn)廠家?guī)?lái)較大的損失。螺紋芯頭更換也增加了翅片生產(chǎn)的時(shí)間和生產(chǎn)的模具成本。并且螺紋芯頭齒條數(shù)越多，雖然銅管內(nèi)表面積會(huì)對(duì)應(yīng)增加，但齒間距會(huì)變小，反而會(huì)減小管內(nèi)流體的被攪拌強(qiáng)度，加大齒間液膜厚度，增大熱阻，從而降低換熱能力。

改變螺旋角的大小時(shí)，螺旋角越大，翅片管的內(nèi)表面積增加也越大，換熱效果也越好，但同時(shí)也意味著生產(chǎn)時(shí)銅管前進(jìn)的阻力增大，也是越容易螺紋芯頭崩齒，導(dǎo)致報(bào)廢。而一旦報(bào)廢，就要更換螺紋芯頭，從而增加生產(chǎn)的輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。并且螺紋芯頭本身的成本比較高，報(bào)廢的越多，越增加生產(chǎn)的成本。所以螺紋芯頭設(shè)計(jì)時(shí)，不能單純地增加齒高、齒條數(shù)及螺旋角，要依據(jù)客戶的換熱效率要求，綜合考慮各參數(shù)，確定最適合的尺寸范圍。螺旋角的旋向是根據(jù)客戶的要求來(lái)確定左旋右旋的，如果客戶沒(méi)有提出要求，就默認(rèn)是右旋。

3槽寬（端面或法向）、齒頂角、齒底圓弧的設(shè)計(jì)

螺紋芯頭設(shè)計(jì)時(shí)其他參數(shù)大小一定的情況下，減小齒頂角能增加銅管內(nèi)表面的換熱面積，提高銅管的換熱效率。增加槽寬可以使銅管內(nèi)齒齒形飽滿，利于成齒，但是槽寬的大小變化會(huì)帶來(lái)銅管齒形的變化，槽寬越大，內(nèi)齒越肥，翅片管的單根重越大，越不利于降低生產(chǎn)成本；在齒條數(shù)較多不易成齒時(shí)，加工出齒底圓弧，不僅有利于銅管內(nèi)齒成型，同時(shí)也可降低翅片銅管的米克重，達(dá)到降低成本的目的。

4螺紋芯頭材質(zhì)的選擇

螺紋芯頭材質(zhì)的選用也很重要。由于翅片管加工是靠刀片和芯頭強(qiáng)力壓制銅管擠壓出外翅和內(nèi)齒的，所以材質(zhì)要求高硬度；翅片管的生產(chǎn)是連續(xù)的，螺紋芯頭處于連續(xù)工作狀態(tài)，所以材質(zhì)要求有高耐磨性；翅片銅管加工過(guò)程中發(fā)熱，會(huì)引起螺紋芯頭的溫度變化，故材質(zhì)對(duì)熱硬性也有要求；另外，銅管具有粘性，如螺紋芯頭的材質(zhì)紅硬性過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致齒縫中粘銅嚴(yán)重，影響芯頭的使用壽命。綜上所述，螺紋芯頭一般采用鎢鈷類硬質(zhì)合金。

5螺紋芯頭加工的難易度

螺紋芯頭是精加工產(chǎn)品，生產(chǎn)工序繁多，越是齒條數(shù)多，內(nèi)齒高、螺旋角大的參數(shù)，生產(chǎn)難度越大，生產(chǎn)周期越長(zhǎng)，成本也對(duì)應(yīng)越高。所以設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮螺紋芯頭本身的生產(chǎn)因素。

6結(jié)論

螺紋芯頭齒形設(shè)計(jì)中，單從提高換熱面積來(lái)講，應(yīng)從增加齒條數(shù)，提高齒高，增大螺旋角，減小齒項(xiàng)角等方面來(lái)考慮。但考慮到空調(diào)的節(jié)能降耗、翅片管的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率，應(yīng)該合理地優(yōu)化芯頭的各個(gè)參數(shù)，實(shí)際生產(chǎn)中，合理優(yōu)化齒形參數(shù)比單獨(dú)增大換熱面積對(duì)換熱性能的影響更有意義。endprint