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，帶動了高效管的快速發(fā)展。自20世紀(jì)80年代以來，中國的高效管經(jīng)歷了從無到有、從弱到強的發(fā)展歷程。在國內(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)量等已達到國際同行先進水平[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)濟和技術(shù)的發(fā)展，必將推動高效管生產(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整個商用冷水機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)量問題風(fēng)險及影響換熱效率。本文主要研究了在翅片成型過程中增加預(yù)硬化輪對翅片成型及單管換熱效率的影響。

1 翅片加工試驗

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗管坯

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，強化了換熱效率，提高了換熱能力，實現(xiàn)了換熱器銅管的一次大革命。同時，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、壁厚千分尺對每支管坯進行測量，確認(rèn)外徑、壁厚、長度等各參數(shù)符合使用要求；并確認(rèn)管坯無油污、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)卡尺對墊片厚度、外徑進行測量，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)卡尺對工裝刀具厚度、外徑進行測量，確認(rèn)其符合要求，并檢查刀具無缺塊、掉齒等。

表3 刀具部分特性

1.2 試驗設(shè)備

試驗采用的翅片成型設(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；進刀位置為60 800；潤滑液為銅材切削液。

1.3 對比試驗

1.3.1 無預(yù)硬化處理試驗

1）將選取的成型刀具按順序進行排列，且每個刀具之間加1片墊片。將排列好的刀具安裝到設(shè)備對應(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)備潤滑液。將檢驗合格的管坯放到待加工區(qū)。

3）啟動設(shè)備，待工裝模具充分潤滑后調(diào)試設(shè)備，使管坯表面加工出清晰的螺紋，對進刀位置進行遞增，使加工的翅片高度達到最高時，保存此時進刀位置為60 800。

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

1.3.2 預(yù)硬化處理試驗

1）在無預(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，在每個刀具上增加1個預(yù)硬化輪；增加完成后，重新安裝到翅片成型設(shè)備上。

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

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 外觀對比

試驗樣品加工完成后，利用60倍放大鏡對高效管成型表面進行觀察分析。

管坯未進行預(yù)硬化處理的高效管外觀，如圖1所示。由圖1可知，未進行預(yù)硬化處理，直接進行翅片成型加工時，由于翅片薄，在加工過程中翅片成型設(shè)備的高速旋轉(zhuǎn)帶動工裝模具旋轉(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)

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

圖2 管坯經(jīng)過預(yù)硬化處理翅片成型狀態(tài)

2.2 翅片成型高度對比

2.2.1 測量樣品制備

隨機選取經(jīng)過預(yù)硬化處理與未經(jīng)過預(yù)硬化處理的樣品各兩件，在每個樣品中間位置兩邊截取兩個試樣，試樣長度10～20 mm，研磨后試樣厚度1/2 D±1 mm（D為高效管的外徑），剖面縱向無偏斜；手工在平臺上或研磨機上研磨剖面，要求水平研磨；按順序用800號、1200號水砂紙研磨管壁毛邊；研磨標(biāo)準(zhǔn)以兩邊壁厚處無飛邊毛刺、翅根明顯可見、內(nèi)齒輪廓明顯可見、壁厚面光亮無明顯粗拉道為準(zhǔn)，如圖3所示。吹掃清理，翅縫間應(yīng)無砂塵、水分及銅屑[4]。

圖3 研磨樣品

2.2.2 樣品測量分析

采用翅型檢測儀顯微鏡，對樣品進行觀察測量，如圖4所示。取樣品翅型較好的部分，用點到直線距離法對樣品兩邊進行測量，在外翅最高處取點，到翅根部直線的距離。注意選取直立無變形的翅片測量。

圖4 試樣顯示

每個試樣對兩邊翅片各測量兩個翅高，求平均值，得到結(jié)果如表4所示。由表4可知，管坯未經(jīng)過預(yù)硬化處理時，隨著加工的進行，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)過預(yù)硬化處理后，翅片硬度增加，加工過程不易撕裂，利于翅片高度的形成，翅片高度達到0.9 mm以上。

2.3 單管換熱效率對比

對加工的樣品利用測試平臺對單管換熱效率進行測量對比分析。

隨機各選取兩支進行單管換熱效率測試，對管進行定尺鋸切，保留長度2 500 mm，換熱效率對比如下頁圖5所示。其中1號、2號冷凝管為管坯經(jīng)過預(yù)硬化處理加工；3號、4號冷凝管為管坯未經(jīng)過預(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，液體流動平穩(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[5]。

3 結(jié)論

本文以19.05冷凝管為試驗對象，通過管坯有無預(yù)硬化加工進行翅片成型外觀、翅片高度及換熱效率的對比，得出如下結(jié)論：

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

2）管坯未經(jīng)過預(yù)硬化處理時，加工過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。