張松

（410721198002083018，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 引言

人類自很早以前就已經(jīng)懂得低溫環(huán)境下保存食物不容易腐敗。自1910年世界上第一臺壓縮式制冷家用冰箱問世以來，冰箱就逐漸步入了人們的生活中。冰箱作為家庭必備的家電之一，在社會發(fā)展與科技進(jìn)步的同時，人們對冰箱的需求也已經(jīng)不再局限于制冷與食物保鮮等基礎(chǔ)功能。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”思想的不斷深入，智能家電的發(fā)展趨勢逐漸凸顯。針對冰箱的生產(chǎn)與加工，如何在現(xiàn)階段的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，以適應(yīng)當(dāng)前制冷設(shè)備行業(yè)的發(fā)展需求，成為了相關(guān)從業(yè)者的一大機遇與挑戰(zhàn)。鑒于此，本文對冰箱的生產(chǎn)工藝與加工技術(shù)進(jìn)行分析，以期為相關(guān)工藝與技術(shù)的改進(jìn)提供參考。

2 冰箱制冷原理

當(dāng)前家用電冰箱主要由制冷系統(tǒng)、箱體及其附件部分、電氣及供電部分組成。其中，制冷系統(tǒng)為核心組成。根據(jù)《2013-2017年中國冰箱行業(yè)市場前瞻與投資機會分析報告》，冰箱種類可分為壓縮式電冰箱、吸收式電冰箱、半導(dǎo)體電冰箱、化學(xué)冰箱、電磁振動式冰箱、太陽能電冰箱、絕熱去磁制冷電冰箱、絕熱去磁制冷電冰箱、絕熱去磁制冷電冰箱。其中，壓縮式電冰箱具有使用方便、壽命較長等優(yōu)點，因而使用較為普遍。據(jù)統(tǒng)計，全球有90%以上的冰箱為壓縮式電冰箱。壓縮式電冰箱通過壓縮機對制冷系統(tǒng)做功，由電動機提供機械能。吸收式電冰箱主要利用熱源作為動力，如煤油、煤氣等，但因降溫速度較慢，效率偏低，已被逐漸淘汰。

以常見的壓縮式電冰箱為例，分析冰箱的制冷原理。其制冷系統(tǒng)一般包括壓縮機、制冷管路、冷凝器、風(fēng)機、蒸發(fā)器、干燥過濾器、毛細(xì)管等。冰箱在運行時，壓縮機啟動，從蒸發(fā)器吸入制冷劑蒸汽，從而使新的制冷劑蒸發(fā)，同時吸收熱量。壓縮機通過壓縮氣態(tài)制冷劑，使之變?yōu)楦邏焊邷氐闹评鋭┱羝?。蒸汽進(jìn)入冷凝器，并向周圍釋放熱量，在同樣的壓力下完成液化冷卻。液態(tài)制冷劑經(jīng)由干燥過濾器流入毛細(xì)管，毛細(xì)管末端濕蒸汽壓力降低，從而使制冷劑再次進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)。如此循環(huán)進(jìn)行，即達(dá)到制冷的目的。在冰箱設(shè)計階段，可通過調(diào)節(jié)毛細(xì)管的直徑和長度，來實現(xiàn)制冷劑蒸發(fā)溫度與壓力的調(diào)節(jié)。

3 冰箱制冷系統(tǒng)及其加工

制冷系統(tǒng)是冰箱的基本組成，與控制系統(tǒng)、箱體共同構(gòu)成一個整體。就冰箱的制冷功能來看，其目的是將箱內(nèi)的部分熱量轉(zhuǎn)移到箱外的空氣中去，這一過程中所產(chǎn)生的能量差，必須由額外的作功進(jìn)行補償。以常見的壓縮式冰箱為例，即通過壓縮機獲得能量補償，壓縮機質(zhì)量的好壞可直接影響到冰箱的性能。目前的家用電冰箱主要使用全封閉的壓縮機，即將壓縮裝置與電動機組成整體并密封于金屬殼體中。毛細(xì)管是冰箱中的節(jié)流降壓裝置，用于維持兩大換熱部件（蒸發(fā)器與冷凝器）之間的壓力差，控制工質(zhì)的流量，保持合理的蒸發(fā)溫度。在冷凝器的出口與毛細(xì)管的入口之間安裝有干燥過濾器，其目的在于濾除制冷系統(tǒng)中的雜質(zhì)與殘留的水分，以避免雜質(zhì)對壓縮機、毛細(xì)管的正常工作造成影響，或者水分對制冷系統(tǒng)形成腐蝕。

要完成整個制冷循環(huán)的熱力過程，必須要將該過程所涉及的機械設(shè)備通過管路以及管路附件等進(jìn)行連接。因此，在整個制冷系統(tǒng)中，不同內(nèi)徑的導(dǎo)管是使用最多的材料。目前冰箱制冷系統(tǒng)中使用最多的管材為銅管、鋁管或邦迪管。以銅管為例，其熱傳導(dǎo)率較高，且具有耐腐蝕性，在空調(diào)與制冷行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)銅管的主要加工工藝有焊接法、擠壓法、連鑄連軋法等。在冰箱的生產(chǎn)中，管材還需要進(jìn)一步的加工，主要有切管、彎曲、壓扁以及擴口等。根據(jù)相關(guān)設(shè)計與工藝的要求，用管子割刀切割所需長度的管子，并清除管子內(nèi)緣的毛刺與管內(nèi)的碎屑；在冰箱制冷系統(tǒng)中，管道需彎曲為特定形狀，同時彎曲部位要保持管道內(nèi)腔不變形；管子焊接以及接頭連接時還需要進(jìn)行擴口。此外，管板蒸發(fā)器通常需要先將管道制成盤管，然后進(jìn)行壓扁，貼附或黏附于換熱板上，以增強換熱的效果[1]。

4 冰箱制冷設(shè)備加工技術(shù)

4.1 壓縮機

壓縮機為冰箱的核心部件，同時也是技術(shù)含量最高的部件，其工作過程大致可以概括為吸氣、壓縮、排氣以及膨脹的循環(huán)過程。一般情況下，壓縮機的質(zhì)量對冰箱的制冷效率以及噪音等影響較大。就壓縮機的結(jié)構(gòu)來看，有螺桿式壓縮機、滑片式壓縮機、液環(huán)式壓縮機、滾動活塞式壓縮機、渦旋式壓縮機以及偏心滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機等。以螺桿壓縮機為例，屬回轉(zhuǎn)運動的容積式壓縮機，由帶螺旋槽的螺桿在氣缸中旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使工作流體發(fā)生壓縮。因此，其工作工程主要依靠星輪與螺桿的精確嚙合活動來實現(xiàn)。針對壓縮機的工作過程，其冷卻技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。常見的螺桿壓縮機的冷卻方式有噴射、風(fēng)扇、通道、夾套、冷卻器、熱交換等。

在螺桿壓縮機加工制造中，螺桿轉(zhuǎn)子作為其核心部件，在加工制作時存在一定難度。針對精密螺桿轉(zhuǎn)子齒廓的加工，用磨削代替精銑、提供成套轉(zhuǎn)子加工設(shè)備與技術(shù)逐漸成為一種發(fā)展趨勢。針對螺桿的生產(chǎn)工藝，采用粗銑一精磨的工藝能夠在一定程度上提高螺桿的加工質(zhì)量。

4.2 蒸發(fā)器

蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中一個重要的熱交換部件，一般可以分為冷藏蒸發(fā)器與冷凍蒸發(fā)器。冷藏蒸發(fā)器多使用鋁、銅等材質(zhì)，冷凍蒸發(fā)器則多為鉑鎳鋼合金或鋁制。分析制冷系統(tǒng)的制冷速度與制冷量，蒸發(fā)器的面積與分布可直接對其產(chǎn)生影響。在加工蒸發(fā)器時，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)冰箱的尺寸要求與換熱量的要求設(shè)計鋁管管徑、鋁板結(jié)構(gòu)與鋁管在鋁板上的分布，再將鋁管進(jìn)行彎曲，形成若干個直管與圓弧管組成的蛇形鋁管，同時將蛇形鋁管壓制，涂覆釬劑，以夾具將鋁板與扁鋁管夾緊，進(jìn)行釬焊。在焊接完成后即解除夾具，同時焊接固定扁鋁管的出口端與進(jìn)口端，最后進(jìn)行噴粉。以該技術(shù)對蒸發(fā)器進(jìn)行加工，能夠有效提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

4.3 冷凝器

冷凝器與蒸發(fā)器統(tǒng)稱為換熱器，是冰箱、空調(diào)等制冷設(shè)備的重要部件。近年來，冷凝器與蒸發(fā)器被廣泛地應(yīng)用于不同領(lǐng)域。從制冷系統(tǒng)來說，冷凝器主要承擔(dān)向外界空氣散熱的任務(wù)。目前家用冰箱的冷凝器主要有箱壁式、百葉窗式與絲管式，內(nèi)部的高溫制冷劑可通過冷凝器與周圍環(huán)境進(jìn)行輻射和對流，進(jìn)而達(dá)到散熱的目的。絲管式冷凝器具有重量較輕，體積較小，散熱效果好等優(yōu)點；百葉窗式冷凝管的加工工藝雖然相對簡單，但其散熱效果與結(jié)構(gòu)均弱于絲管式冷凝器，因而逐漸被替代；箱壁式冷凝器的結(jié)構(gòu)較為緊湊，不易損傷，且不用占外部空間。就冷凝器的加工來看，增強其散熱效果是研究的一個重點。在加工的過程中，加大管徑并合理布局，能夠有效減少流體的流阻；加長冷凝管能夠加大對流換熱面積。此外，在冷凝過程中起重要作用的防露管，以液相制冷劑作為其熱媒能夠有效避免箱內(nèi)散熱過多的情況。通過在傳統(tǒng)的冷凝器上加裝“蓄冷液”等關(guān)鍵技術(shù)手段，能夠達(dá)到制冷節(jié)能的效果。

5 結(jié)語

就當(dāng)前冰箱市場的發(fā)展趨勢來看，風(fēng)冷冰箱替代直冷冰箱的趨勢逐漸凸顯。作為其核心組成的制冷系統(tǒng)，對相關(guān)設(shè)備的加工技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)與完善，能夠促進(jìn)冰箱制造技術(shù)的進(jìn)步與產(chǎn)品質(zhì)量的提升，進(jìn)而在一定程度上提升人們的生活水平。