沈 平，黃勤芳

（1.南寧市安和機(jī)械設(shè)備有限公司，廣西 南寧530007；2.廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530226）

0 前言

汽車運(yùn)行會(huì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生大量熱量，為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，需對(duì)汽車燃燒室周圍的零部件包括缸套、缸蓋、氣門等進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，散熱器就是負(fù)責(zé)循環(huán)水的冷卻。鋁制汽車散熱器由散熱管和散熱片或散熱帶制成，其結(jié)構(gòu)特性對(duì)散熱器散熱性能有著重要的作用[1]。散熱管的結(jié)構(gòu)特性取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性不是本文討論的重點(diǎn)。本文從散熱管制造工藝角度分析散熱管制管工藝及關(guān)鍵工序的技術(shù)特點(diǎn)，以便為散熱管制管設(shè)計(jì)、模具的創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 散熱管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

以鋁制管帶式散熱器為例，如圖1所示，管帶式散熱器是由進(jìn)水室、出水室及散熱器芯（波紋狀散熱帶、散熱管、護(hù)板）組成，管帶式散熱器芯子是由波紋狀散熱帶和冷卻管相間排列經(jīng)焊接而成。散熱器芯部并應(yīng)具有足夠的通流面積，讓冷卻液通過，同時(shí)也應(yīng)具備足夠的空氣通流面積，讓足量的空氣通過以帶走冷卻液傳給散熱器的熱量，同時(shí)還必須具有足夠的散熱面積，來(lái)完成冷卻液、空氣和散熱帶之間的熱量交換。

圖1 鋁管帶式散熱器結(jié)構(gòu)圖

散熱管的結(jié)構(gòu)、材料對(duì)散熱器的散熱性能起重要作用，實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)各品牌型號(hào)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱要求設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)，比如大馬力的柴油動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和小功率的汽油動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其散熱要求不同，所設(shè)計(jì)的散熱管結(jié)構(gòu)也會(huì)不同。散熱管的質(zhì)量由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性和制造質(zhì)量保證。本文重點(diǎn)分析散熱管制造工藝及關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)。

以管帶式鋁制散熱器的散熱管作分析，目前鋁散熱管主要是采用高頻焊接。按管型特征，分有單孔高頻散熱孔、高頻B型（多孔）散熱孔、單孔打點(diǎn)散熱管、多孔打點(diǎn)高頻散熱管等。其中，高頻B型系列管型是南寧市安和機(jī)械設(shè)備有限公司的發(fā)明產(chǎn)品，高頻B型打點(diǎn)管的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜。如圖2所示，是某品牌汽車高頻B型鋁制散熱管結(jié)構(gòu)圖。技術(shù)要求：

（1）焊縫飽滿無(wú)焊料堆積現(xiàn)狀；

（2）表面清潔、無(wú)明顯油漬、輪廓無(wú)凹陷磕刮傷等缺陷；

（3）散熱管高頻焊縫經(jīng)刮削后不得出現(xiàn)凹陷不平現(xiàn)象；

（4）散熱管端口切面無(wú)裂口，切斷毛刺超過要求；

（5）散熱管拱形彎曲度、扭度不超過要求；

（6）散熱管需經(jīng)過爆破壓力試驗(yàn)。

圖2 高頻B型打點(diǎn)散熱管

從圖中看出，鋁制散熱管是由多層復(fù)合鋁合金薄壁管材制作，其尺寸精度、表面粗糙度、焊縫質(zhì)量、表面缺陷、爆破壓力均有較高要求，對(duì)其制造技術(shù)提出了較高的要求

2 散熱管制造技術(shù)原理分析

傳統(tǒng)的鋁散熱管主要是由鋁合金的拉拔形成的，拉拔目的是為了保證獲取壁薄、散熱性好質(zhì)量穩(wěn)定的散熱管。但拉拔技術(shù)不能保證散熱管獲取均勻的壁厚，同時(shí)拉拔會(huì)出現(xiàn)管壁沙孔。

上世紀(jì)70年代，美國(guó)開始采用高頻焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)材料在高速運(yùn)行中進(jìn)行焊接。鋁散熱管的高頻焊接基本工藝是“滿足壁厚要求鋁帶型材開料——形成圓管——焊接——成型——整型——成品”，其中焊接工序所采用的高頻焊接技術(shù)是鋁散熱管現(xiàn)代制造技術(shù)的革命性突破，近二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁散熱管制造工藝的研究取得了較好的成果。其中德國(guó)高頻制管機(jī)高精度、高效率、高質(zhì)量技術(shù)是散熱管制造工藝的最先進(jìn)代表[2]。

南寧市安和機(jī)械設(shè)備有限公司深入研究了鋁散熱管成型原理，對(duì)德國(guó)高頻制管技術(shù)進(jìn)行吸收及優(yōu)化整合，開發(fā)了全自動(dòng)高頻制管生產(chǎn)線（全自動(dòng)制管機(jī)）。為解決高頻成型、高頻焊接的精度和質(zhì)量問題，我們從高頻散熱管制造工藝特性尤其是高頻B型打點(diǎn)散熱管的制造工藝性進(jìn)行分析。

2.1 高頻B型打點(diǎn)散熱管的結(jié)構(gòu)工藝性

結(jié)合圖1、圖2，高頻B型打點(diǎn)散熱管與散熱帶、護(hù)板組裝成散熱器芯子。散熱管與護(hù)板孔的配合有要求，散熱管與散熱管之間組裝有散熱帶，因此，散熱管截面尺寸和直線度也有要求，散熱管的尺寸精度及表面質(zhì)量如下：

（1）散熱管端面質(zhì)量有要求（護(hù)板孔配合）：為保證散熱管端口質(zhì)量，切斷工序應(yīng)能保證切口質(zhì)量，不能有毛刺、變形；

（2）散熱管直線度有要求（與護(hù)板、散熱帶配合）；

（3）焊接位置、焊縫質(zhì)量有要求：散熱管高頻焊縫經(jīng)刮削后不得出現(xiàn)凹陷不平現(xiàn)象；

（4）截面尺寸有要求（與護(hù)板配合、與散熱帶配合）：尺寸精度決定與護(hù)板孔口配合精度。

散熱管的制造工藝應(yīng)能保證上述尺寸精度及表在表面質(zhì)量的要求。

2.2 高頻B型打點(diǎn)散熱管制造工藝

高頻散熱管的制造工藝應(yīng)結(jié)合散熱管制管機(jī)工藝范圍進(jìn)行分析。

高頻散熱管的原材料是鋁帶，高頻制管機(jī)生產(chǎn)散熱管的制造工藝路線如下圖3所示。經(jīng)過“卷料——開卷——打點(diǎn)——壓筋——成型——高頻焊接——整型——切斷——成品”等主要工序，全自動(dòng)制管機(jī)把鋁帶加工成散熱管。如果是普通管，則不需要打點(diǎn)、壓筋等工序。工藝路線圖明確了全自動(dòng)制管機(jī)的生產(chǎn)工位（工序）。

圖3 散熱管制造工藝

3 高頻B型打點(diǎn)散熱管制造關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)分析得知高頻B型打點(diǎn)散熱管關(guān)鍵性工藝為打點(diǎn)、壓筋、成型、焊接、整型切斷等工序。解決關(guān)鍵技術(shù)原理主要從精度、質(zhì)量、效率方面考慮。

3.1 打點(diǎn)工序

該工序是制造打點(diǎn)散熱管的固定工序，可通過打點(diǎn)模具、擠壓散熱帶使散熱管表面均勻分布一些凹槽，與未打點(diǎn)的散熱管相比可以提升15%～20%的散熱效果。該工序是通過上下擠壓模實(shí)現(xiàn)，加工過程要注意凹槽的深度，以防擠壓過度造成散熱管撕裂，可通過模具設(shè)計(jì)及滾壓力保證打點(diǎn)質(zhì)量。

3.2 壓筋工序

壓筋工序是高頻B型散熱管重要工序，可通過多次滾壓，把B型散熱管的加強(qiáng)筋擠壓成如圖2中的I視圖所示。該工序的關(guān)鍵技術(shù)是如何控制好壓筋的高度，保證剛好成內(nèi)壁貼合，可通過滾壓模具結(jié)構(gòu)保證壓筋質(zhì)量。

3.3 成型工序

主要功能是可能過設(shè)計(jì)一組連續(xù)的卷管成型滾輪組，使鋁合金帶材形成一個(gè)具有V形焊接縫的管筒，以備焊接?？赏ㄟ^合理的成型滾輪組保證成型質(zhì)量。

3.4 高頻焊接工序

高頻焊接技術(shù)和焊接工裝設(shè)計(jì)是本工序的關(guān)鍵技術(shù)。高頻焊接技術(shù)能實(shí)現(xiàn)散熱管在高速運(yùn)行中快速有效焊接，同時(shí)確保焊接質(zhì)量。高頻焊接技術(shù)是相對(duì)于50 Hz的交流電流頻率而言的，一般是指50 kHz～400 kHz的高頻電流。高頻電流通過金屬導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩種奇特的效應(yīng)：集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，高頻焊接就是利用這兩種效應(yīng)來(lái)進(jìn)行鋁管的焊接的[3]。

集膚效應(yīng)是指以一定頻率的交流電流通過同一個(gè)導(dǎo)體時(shí)，電流的密度不是均勻地分布于導(dǎo)體的所有截面的，它會(huì)主要向?qū)w的表面集中，即電流在導(dǎo)體表面的密度大，在導(dǎo)體內(nèi)部的密度小，所以我們形象地稱之為：“集膚效應(yīng)”；鄰近效應(yīng)是指高頻電流在兩個(gè)相鄰的導(dǎo)體中反向流動(dòng)時(shí)，電流會(huì)向兩個(gè)導(dǎo)體相近的邊緣集中流動(dòng)，即使兩個(gè)導(dǎo)體另外有一條較短的邊，電流也并不沿著較短的路線流動(dòng)，我們把這種效應(yīng)稱為：“鄰近效應(yīng)”。這兩種效應(yīng)是實(shí)現(xiàn)金屬高頻焊接的基礎(chǔ)。高頻焊接就是利用了集膚效應(yīng)使高頻電流的能量集中在工件的表面；而利用了鄰近效應(yīng)來(lái)控制高頻電流流動(dòng)路線的位置和范圍。電流的速度是很快的，它可以在很短的時(shí)間內(nèi)將相鄰的鋁板邊部加熱、熔融，并通過擠壓實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

散熱管焊接工裝的設(shè)計(jì)是本工序技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，可通過設(shè)計(jì)一組連續(xù)的卷管成型滾輪組，使鋁合金帶材形成一個(gè)具有V形焊接縫的管筒，通過一個(gè)高頻感應(yīng)線圈，使V形焊接縫產(chǎn)生高頻電流，并使V形焊接縫的匯合處迅速發(fā)熱至熔化：用擠壓輥向V形焊接縫的匯合處的管筒施加壓力，使熔化后的V形焊接縫焊接粘合，形成密封型腔

3.5 整型工序

本工序主要的作用是通過一組連續(xù)的整型滾輪組，使散熱管的外型符合圖紙要求，并對(duì)焊縫部位多余焊料進(jìn)行刮削整型，使行散熱管外型尺寸、直線度、表面質(zhì)量符合圖紙要求，整型工序是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

3.6 切斷工序

本工序是控制散熱管長(zhǎng)度尺寸及端部質(zhì)量的關(guān)鍵工序，一般散熱管產(chǎn)品長(zhǎng)度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一尺寸精度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許毛刺0.3 mm以內(nèi)，孔口端面不允計(jì)有毛刺變形?？赏ㄓ?jì)設(shè)計(jì)合理切斷裝置的結(jié)構(gòu)、切斷速度、潤(rùn)滑工藝來(lái)盡量減少毛刺和大小。對(duì)于大口徑中冷管，則需增加校管口工序以保證散熱管質(zhì)量。

上述散熱管的制造工藝分析及制造關(guān)鍵技術(shù)分析表明，解決散熱管各關(guān)鍵工序技術(shù)，才能證全自動(dòng)制管機(jī)的制造精度

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究結(jié)果為高頻熱交換器管子制造技術(shù)提供了的依據(jù)，在今后新管型開發(fā)中，比如新能源汽車散熱管、空調(diào)散熱管、新型油冷器等熱交換器管子的制造技術(shù)，均可借鑒該研究思路解決制管工藝的難題。