胡立超

（珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519070）

引言

高效管指能實(shí)現(xiàn)管內(nèi)外流體換熱的元件。隨著空調(diào)制冷行業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了高效管的快速發(fā)展。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，中國(guó)的高效管經(jīng)歷了從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)的發(fā)展歷程。在國(guó)內(nèi)一批企業(yè)的不懈努力下，高效管的工藝技術(shù)、裝備水平、產(chǎn)品品種及質(zhì)量等已達(dá)到國(guó)際同行先進(jìn)水平[1]。目前，高效管的應(yīng)用正從傳統(tǒng)的空調(diào)行業(yè)向石油、化工、發(fā)電、冶金、艦船等領(lǐng)域延伸，高效管的材質(zhì)也從傳統(tǒng)的鋼鐵和銅材向鋁材、鈦材、鎳材、鋯材等發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，必將推動(dòng)高效管生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展[2]。

在商用空調(diào)中，高效管使用量大、要求高。此外，高效管的換熱性能對(duì)整個(gè)商用冷水機(jī)組的換熱效率起著決定性作用。由于生產(chǎn)用管坯為軟態(tài)，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝在翅片形成過(guò)程中易撕裂翅片形成毛刺及影響翅片高度的形成，給商用空調(diào)造成質(zhì)量問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)及影響換熱效率。本文主要研究了在翅片成型過(guò)程中增加預(yù)硬化輪對(duì)翅片成型及單管換熱效率的影響。

1 翅片加工試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)管坯

換熱器的換熱方式包括三種基本方式，分別是傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。換熱器中的銅管起著傳導(dǎo)換熱的作用，是換熱的最直接方式。銅管本身的換熱性能直接影響空調(diào)器的換熱效果，商用空調(diào)器所用銅管為內(nèi)螺紋外翅片管，強(qiáng)化了換熱效率，提高了換熱能力，實(shí)現(xiàn)了換熱器銅管的一次大革命。同時(shí)，銅管本身也起到構(gòu)成制冷系統(tǒng)回路的作用。本文選取10支新管坯，管坯部分特性如表1所示。利用卷尺、千分尺、壁厚千分尺對(duì)每支管坯進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)外徑、壁厚、長(zhǎng)度等各參數(shù)符合使用要求；并確認(rèn)管坯無(wú)油污、明顯磕碰變形等。

表1 管坯特性要求

1.1.2 工裝模具

1.1.2.1 墊片選取

本文所用墊片主要為厚0.25 mm的，墊片部分特性如表2所示。利用千分尺和游標(biāo)卡尺對(duì)墊片厚度、外徑進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)其符合使用要求。

表2 墊片部分特性

1.1.2.2 工裝刀具選取

所用工裝刀具部分特性如表3所示。選取全新的工裝刀具，利用千分尺和游標(biāo)卡尺對(duì)工裝刀具厚度、外徑進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)其符合要求，并檢查刀具無(wú)缺塊、掉齒等。

表3 刀具部分特性

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用的翅片成型設(shè)備參數(shù)如下：設(shè)備加工能力為直徑12.88～28.23 mm；轉(zhuǎn)速為800 r/min；進(jìn)刀位置為60 800；潤(rùn)滑液為銅材切削液。

1.3 對(duì)比試驗(yàn)

1.3.1 無(wú)預(yù)硬化處理試驗(yàn)

1）將選取的成型刀具按順序進(jìn)行排列，且每個(gè)刀具之間加1片墊片。將排列好的刀具安裝到設(shè)備對(duì)應(yīng)刀套上；將內(nèi)芯頭安裝到芯頭芯桿上[3]。

2）將刀套安裝到翅片成型設(shè)備上，緊固后連接設(shè)備潤(rùn)滑液。將檢驗(yàn)合格的管坯放到待加工區(qū)。

3）啟動(dòng)設(shè)備，待工裝模具充分潤(rùn)滑后調(diào)試設(shè)備，使管坯表面加工出清晰的螺紋，對(duì)進(jìn)刀位置進(jìn)行遞增，使加工的翅片高度達(dá)到最高時(shí)，保存此時(shí)進(jìn)刀位置為60 800。

4）設(shè)備調(diào)試完成后，調(diào)用保存的進(jìn)刀位置，在自動(dòng)加工條件下啟動(dòng)加工5支高效管。

1.3.2 預(yù)硬化處理試驗(yàn)

1）在無(wú)預(yù)硬化處理的基礎(chǔ)上，保持上述條件不變。將刀套拆下，并用壓縮空氣清潔刀具；清潔完成后，在每個(gè)刀具上增加1個(gè)預(yù)硬化輪；增加完成后，重新安裝到翅片成型設(shè)備上。

2）啟動(dòng)設(shè)備，待工裝模具充分潤(rùn)滑后，調(diào)用保存的進(jìn)刀位置，在自動(dòng)加工模式下加工5支高效管。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 外觀(guān)對(duì)比

試驗(yàn)樣品加工完成后，利用60倍放大鏡對(duì)高效管成型表面進(jìn)行觀(guān)察分析。

管坯未進(jìn)行預(yù)硬化處理的高效管外觀(guān)，如圖1所示。由圖1可知，未進(jìn)行預(yù)硬化處理，直接進(jìn)行翅片成型加工時(shí)，由于翅片薄，在加工過(guò)程中翅片成型設(shè)備的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)工裝模具旋轉(zhuǎn)，并且由于加工管坯為軟態(tài)，隨著工裝模具的高速旋轉(zhuǎn)，翅片側(cè)面或頂部被工裝模具撕裂形成毛刺。

圖1 管坯未預(yù)硬化處理翅片成型狀態(tài)

管坯進(jìn)行預(yù)硬化處理的外觀(guān)，如圖2所示。在翅片成型加工前，通過(guò)預(yù)硬化輪對(duì)管坯進(jìn)行預(yù)硬化處理，增加管坯硬度，在設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)加工過(guò)程中，增加了翅片的硬度，不易撕裂，使翅片成型清晰無(wú)毛刺。

圖2 管坯經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理翅片成型狀態(tài)

2.2 翅片成型高度對(duì)比

2.2.1 測(cè)量樣品制備

隨機(jī)選取經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理與未經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理的樣品各兩件，在每個(gè)樣品中間位置兩邊截取兩個(gè)試樣，試樣長(zhǎng)度10～20 mm，研磨后試樣厚度1/2 D±1 mm（D為高效管的外徑），剖面縱向無(wú)偏斜；手工在平臺(tái)上或研磨機(jī)上研磨剖面，要求水平研磨；按順序用800號(hào)、1200號(hào)水砂紙研磨管壁毛邊；研磨標(biāo)準(zhǔn)以?xún)蛇叡诤裉師o(wú)飛邊毛刺、翅根明顯可見(jiàn)、內(nèi)齒輪廓明顯可見(jiàn)、壁厚面光亮無(wú)明顯粗拉道為準(zhǔn)，如圖3所示。吹掃清理，翅縫間應(yīng)無(wú)砂塵、水分及銅屑[4]。

圖3 研磨樣品

2.2.2 樣品測(cè)量分析

采用翅型檢測(cè)儀顯微鏡，對(duì)樣品進(jìn)行觀(guān)察測(cè)量，如圖4所示。取樣品翅型較好的部分，用點(diǎn)到直線(xiàn)距離法對(duì)樣品兩邊進(jìn)行測(cè)量，在外翅最高處取點(diǎn)，到翅根部直線(xiàn)的距離。注意選取直立無(wú)變形的翅片測(cè)量。

圖4 試樣顯示

每個(gè)試樣對(duì)兩邊翅片各測(cè)量?jī)蓚€(gè)翅高，求平均值，得到結(jié)果如表4所示。由表4可知，管坯未經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理時(shí)，隨著加工的進(jìn)行，刀具撕裂翅片頂部或側(cè)面,直接造成翅片高度降低，或者翅片厚度減薄，影響翅片高度的增加，翅片高度在0.8 mm左右。

表4 翅片高度 mm

管坯經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理后，翅片硬度增加，加工過(guò)程不易撕裂，利于翅片高度的形成，翅片高度達(dá)到0.9 mm以上。

2.3 單管換熱效率對(duì)比

對(duì)加工的樣品利用測(cè)試平臺(tái)對(duì)單管換熱效率進(jìn)行測(cè)量對(duì)比分析。

隨機(jī)各選取兩支進(jìn)行單管換熱效率測(cè)試，對(duì)管進(jìn)行定尺鋸切，保留長(zhǎng)度2 500 mm，換熱效率對(duì)比如下頁(yè)圖5所示。其中1號(hào)、2號(hào)冷凝管為管坯經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理加工；3號(hào)、4號(hào)冷凝管為管坯未經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理加工。

圖5 冷凝管換熱效率

由圖5可知，當(dāng)流速較低時(shí)，液體流動(dòng)平穩(wěn)，層流換熱，各管換熱面積接近，因此換熱效率相近；隨著液體流速的增加，擾流明顯，翅片高，換熱面積大，換熱效率高。由此可知，經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理后，高效管翅片高度增加，外表面換熱面積增加，換熱效率增強(qiáng)[5]。

3 結(jié)論

本文以19.05冷凝管為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)管坯有無(wú)預(yù)硬化加工進(jìn)行翅片成型外觀(guān)、翅片高度及換熱效率的對(duì)比，得出如下結(jié)論：

1）管坯未經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理時(shí)，直接進(jìn)行翅片成型加工，在加工過(guò)程中造成翅片側(cè)面或頂部撕裂形成毛刺；經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理后，管坯硬度增加，成型過(guò)程翅片不易撕裂，表面毛刺明顯減少或消除。

2）管坯未經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理時(shí)，加工過(guò)程易造成翅片頂部或側(cè)面撕裂，直接造成翅片高度降低，或翅片厚度減薄影響高度的形成，翅片高度在0.8 mm左右；管坯經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理后，翅片硬度增加，不易撕裂，利于翅片高度的形成，翅片高度提升至0.9 mm以上。

3）管坯經(jīng)過(guò)預(yù)硬化處理后，翅片高度提升，外表面換熱面積增大，單管換熱效率提升。