基于換熱波紋板自動切斷機的研究與設(shè)計

李宏波

摘要：本文簡述了一種如何定波切斷、如何小波距切斷、如何自動控制切斷的換熱波紋板自動切斷機，其具有定位精度高、切斷效率高、提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度的特點。

關(guān)鍵詞：自動切斷機;定波;小波距;自動控制

一、引言

換熱波紋板是換熱器中的關(guān)鍵換熱元件，其廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、工程機械等的換熱系統(tǒng)中，它的形狀復(fù)雜、尺寸各異、材料多樣精度要求高，目前國內(nèi)市場上對波紋板的需求量非常大。然而波紋板在加工完成后的切斷問題一直是個技術(shù)難題，大多企業(yè)均采用手工切斷，勞動強度大，效率低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場的需要。如今，不斷提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，追求高效節(jié)能，最大限度地獲取經(jīng)濟效益已經(jīng)成為企業(yè)組織生產(chǎn)所遵循的基本原則，同時也是現(xiàn)代化工業(yè)的要求。本文以0.15mm 不銹鋼平頂水波的切斷進(jìn)行分析與設(shè)計

二、波紋板參數(shù)工藝性分析

翅片材料：304不銹鋼料厚0.15mm，具有較高的塑性、韌性和機械強度;（見圖一）波峰與波底之間的間隙僅0.3mm;波高4.6mm，波距3.6mm。根據(jù)以上參數(shù)分析得出以下結(jié)論：

（1）0.15mm 厚的304不銹鋼波紋板比較少見，常見的為0.1mm 以下，該材料韌性較強，切斷過程中極有可能出現(xiàn)切斷力不夠，切斷刀刃口崩裂等問題;

（2）?????? 波距太小，落刀間隙（波峰與波底之間的間隙）非常有限，因此對切刀的外形結(jié)構(gòu)及材質(zhì)強度要求更高;

三、換熱波紋板切斷機原理：

（1）?????? 因波紋板的波數(shù)是每個波紋板產(chǎn)品的最重要的參數(shù)。故該切斷機采用伺服電機帶動傳動輪快速送料，傳動輪每轉(zhuǎn)一周，滾輪送料一個波距，從而達(dá)到通過控制伺服電機轉(zhuǎn)速來保證送料距離，即可準(zhǔn)確的控制和計數(shù)波紋板波數(shù)的目的。

（2）?????? 通過調(diào)整運行中的切斷模具使切刀準(zhǔn)確的停留在波紋板波谷上，這樣就可以將連續(xù)長度的波紋板按照產(chǎn)品設(shè)定的波數(shù)準(zhǔn)確切斷。

（3）?????? 切斷機上切刀采用氣缸控制行程，僅設(shè)置3s 的延時行程，通過調(diào)整伺服電機轉(zhuǎn)速來控制切斷速度，伺服電機速度越快，則傳動輪速度越快，氣缸工作次數(shù)越多。因為波紋板切斷機是波紋板成型機的附屬設(shè)備，故通過波紋板成型次數(shù)將切斷機切斷次數(shù)穩(wěn)定在70次 /s 比較理想（切斷次數(shù)小于成型次數(shù)）。

四、換熱波紋板切斷機設(shè)計：

（1）?????? 送料機構(gòu)設(shè)計：

該切斷機采用伺服電機帶動傳動輪的方式進(jìn)行送料，具體結(jié)構(gòu)（圖二）

1.支架2.彈簧3.左右導(dǎo)向塊4.傳動軸5 .錐齒輪組6.傳動輪7.銷軸8.緊定螺釘9.支撐塊10.螺釘11.壓板12.壓緊螺釘

1）? 該機構(gòu)的動力由伺服電機連接傳動軸（4）通過錐齒輪組（5）傳遞給傳動輪（6）進(jìn)行工作。伺服電機固定在右導(dǎo)向塊上，傳動輪（6）固定在支撐塊（9）上，支撐塊（9）通過調(diào)節(jié)支架連接在左右導(dǎo)向塊上（3），左右導(dǎo)向塊在支架（1）上可以通過精加工的壓緊螺釘（12）上下調(diào)節(jié)，從而達(dá)到上下調(diào)節(jié)傳動輪的目的。

2）? 如右圖傳動輪是該機構(gòu)實現(xiàn)波紋板定波切斷的關(guān)鍵零部件，同時它也是該切斷機唯一的一個頻繁更換的非標(biāo)零部件。波紋板的精準(zhǔn)送料主要是通過傳動輪在滾動過程中螺旋推進(jìn)來實現(xiàn)，因此不同波距的波紋板需要配做不同螺距的傳動輪。傳動輪的精度要適當(dāng)高，齒的厚度小于0.3mm，以保證能精準(zhǔn)的插入該波紋板中。傳動輪通過緊定螺釘（8）固定在銷軸上（7），方便即時更換

（2）?????? 切斷模設(shè)計：

該模具采用框架式上下模導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)（見圖三）

1.下刀座2.底板3.下切刀4.下壓板5.上刀座6.上切刀7.上壓板8.固定板9.導(dǎo)柱10.小壓板11.法蘭12.浮動接頭13.模板14.支撐板15.導(dǎo)套

1）? 該模具在切斷過程中因切斷力較大，各零部件需要承受不同程度的壓力及扭矩，為防止這種情況的產(chǎn)生，故底板（1）、固定板（8）、支撐板（14）、模板（13）材料采用45號鋼，淬火至 HRC35-40，以增加其強度與韌性

2）? 該模具上下模通過氣缸的伸縮迅速完成切斷，切斷過程中必須保證上切刀（6）與下切刀（3）剪裁間隙0.015mm 間隙配合。

通過查閱相關(guān)資料推薦不銹鋼板上下切刀間隙（雙面）選取公式：

當(dāng) t（料厚）<1間隙按14%t16%t22t%選取（為保證小間隙，選取14%t）

故上下刀間隙0.15×0.14=0.021>0.015，可見間隙滿足條件

3）? 該模具在兩側(cè)設(shè)置非脫開式自制導(dǎo)向組件進(jìn)行導(dǎo)向，該導(dǎo)向機構(gòu)經(jīng)過幾十年的論證，因其導(dǎo)向精準(zhǔn)、硬度強度高、耐磨的特點，一直為我們公司所用。

4）? 為防止模具在工作的過程中導(dǎo)柱（9）受壓變形，將導(dǎo)柱上下固定在模具框架上，保證其導(dǎo)向精度與強度

5）? 該模具的上切刀（圖四）是實現(xiàn)波紋板小波距切斷的關(guān)鍵零部件，切刀設(shè)計的難點在于它既要保證能順利切入0.3mm 的間隙中，又要保證刃口強度。經(jīng)過查閱相關(guān)資料及多方論證比較，上切刀和下切刀的材料舍棄 Cr12MoV 鋼，選用 W18Cr4V，該材料為鎢系高速鋼，導(dǎo)熱性差，具有高的硬度、紅硬性及耐磨性特點。為保證沖切質(zhì)量，盡量減少沖裁力，上切刀

刃口部分加工成斜面，改切開為剪開或撕開（圖四），刃口長度適當(dāng)大于波紋板產(chǎn)品料寬度取220mm，刃口斜度在先加工12°斜面的基礎(chǔ)上再加工15°小斜面，該斜面的高度7mm ，滿足切刀順利切入，從而達(dá)到保證切刀強度，改善沖裁條件的目的。

6）為保證足夠的切斷力，該模具采用兩個直徑為Φ100的氣缸通過浮動接頭（12）連接倒上模座來給上切刀提供切斷力

①上下切刀切斷力計算公式：切刀刃口周長（mm ）×板材厚度（mm）

×材料的剪切強度（KN/mm2）換算成公噸：用 KN÷9.81

在材料手冊中查到304不銹鋼剪切強度為0.5171KN/mm2切刀刃口長=200mm 材料厚度=0.15mm

故切斷力：200×0.15×0.5171=31.02KN

31.02KN÷9.81=1.08噸

②氣缸壓力計算公式：F=PS= 壓強×受力面積

氣缸直徑：100mm 氣壓通過二聯(lián)件調(diào)至：P=0.6Mpa G=F=MG=0.66×3.14×0.052=4710N M=G/g=4710/9.81=4557.6kg=0.55噸

0.55×2>1.08故選用兩個氣缸比較合適

（3） 機架設(shè)計

機架是由方鋼管焊接構(gòu)成，是安裝所有部件的基礎(chǔ)。其內(nèi)部設(shè)有安裝各電控配件的支撐板，支撐板與機架采用螺釘連接。機架雙面設(shè)有門組件，便于對傳動部分進(jìn)行調(diào)整和維修。機架上部為工作臺板，用于安裝傳動機構(gòu)、切斷模、托料板組件、滾動機構(gòu)等部分。（該論文僅對切斷機主要機構(gòu)進(jìn)行分析）

五、結(jié)語

現(xiàn)散熱波紋板均采用手動劃斷或線切割切開，效率非常低，且產(chǎn)品質(zhì)量較差。該臺切斷機（如右圖）已經(jīng)于2020年初經(jīng)過多次調(diào)試后交付使用，，切斷效率提高80%。沖出的零件尺寸和外觀均符合設(shè)計要求，質(zhì)量可靠、穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

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