熱交換器用鋁箔沖制加工失效問(wèn)題分析

莘明哲 汪娓 陸亮 喬雨凡

摘要：針對(duì)鋁箔在換熱器加工過(guò)程中主要的失效模式進(jìn)行分析，明確其發(fā)生機(jī)理和對(duì)應(yīng)的質(zhì)量特性指標(biāo)。針對(duì)性的指導(dǎo)失效問(wèn)題的改善。同時(shí)通過(guò)全面的力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)有鋁合金牌號(hào)狀態(tài)綜合對(duì)比分析強(qiáng)度、塑性、加工硬化指數(shù)和各向異性度，明確產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)。結(jié)合鋁箔沖制加工的成型特點(diǎn)進(jìn)行合金狀態(tài)匹配，可以對(duì)現(xiàn)有翅片成型方式實(shí)現(xiàn)更好的適應(yīng)。

關(guān)鍵詞：換熱器鋁箔;翅片;失效分析

熱交換器是空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要部件，其主要結(jié)構(gòu)為管翅式換熱器和板翅式換熱器，管翅式換熱器由銅管和0.08mm～0.35mm厚度的鋁合金沖壓加工的翅片通過(guò)脹接與銅管緊密結(jié)合，銅管內(nèi)部的流體換熱介質(zhì)通過(guò)壁間換熱與外界空氣進(jìn)行熱交換。目前管翅式結(jié)構(gòu)的換熱器在家用及商用市場(chǎng)仍占據(jù)主要份額。此類(lèi)換熱器鋁箔可用于家用空調(diào)（戶(hù)式中央空調(diào)+室外機(jī)、掛壁機(jī)+室外機(jī)、柜機(jī)+室外機(jī)、窗式一體機(jī)）以及商用類(lèi)型空調(diào)（商場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)館、醫(yī)院等）。其典型的空調(diào)翅片換熱器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

隨著換熱器鋁箔翅片沖制加工市場(chǎng)的發(fā)展，在目前品牌客戶(hù)追求良品率及速度效率的趨勢(shì)下，鋁箔基材發(fā)展需要滿(mǎn)足更廣的適應(yīng)性以及綜合性能更優(yōu)異的合金[1]。作為空調(diào)鋁箔生產(chǎn)企業(yè)，需要針對(duì)現(xiàn)有主要鋁合金牌號(hào)在各類(lèi)沖制加工中的失效狀況進(jìn)行綜合分析。

1? 鋁箔在管翅式換熱器翅片成形過(guò)程中的失效問(wèn)題

1.1翅片端面失效問(wèn)題

翅片加工過(guò)程的側(cè)面（刀切面）通常發(fā)生的失效分為兩類(lèi)：列切毛刺（圖3）和側(cè)面波浪紋問(wèn)題（圖4）。毛刺主要是沖床設(shè)備在生產(chǎn)時(shí)因?yàn)榈兜哪p及上下刀之間產(chǎn)生間隙造成的。測(cè)量切刀間隙，并根據(jù)翅片的走向判定是哪一列刀哪個(gè)位置出現(xiàn)了偏差，對(duì)應(yīng)部位進(jìn)行調(diào)整基本可解決該問(wèn)題。對(duì)于鋁箔本身來(lái)講，需注意跟蹤觀察表面嚴(yán)重波浪或筋印缺陷對(duì)應(yīng)部位是否產(chǎn)生毛刺。同樣端面波浪紋問(wèn)題本質(zhì)上屬于翅片寬度方向裁切尺寸偏差或翹曲。首先也需排查切刀間隙[2]，如果更換鋁箔材料后發(fā)生需要分析鋁箔強(qiáng)度以及厚差情況與正常卷的差異，鋁箔更高的強(qiáng)度和正公差有助于緩解該問(wèn)題 。

1.2 鋁箔表面類(lèi)缺陷導(dǎo)致的失效問(wèn)題

翅片加工是針對(duì)鋁箔表面進(jìn)行的全面加工，其利用率大于99%，因此對(duì)鋁箔表面質(zhì)量的一致性要求很高。因?yàn)殇X箔表面缺陷導(dǎo)致的加工失效主要是沖壓粉屑和表面?zhèn)坶_(kāi)裂。其中粉屑的產(chǎn)生從在沖床中的失效部位分析，依次可分為放卷毛氈處、進(jìn)料油槽壓板處、脹形過(guò)程、變薄拉深過(guò)程、裁切過(guò)程共五處風(fēng)險(xiǎn)較高。其中前三處發(fā)生的失效多為鋁箔表面膜層過(guò)厚或烘烤固化不當(dāng)導(dǎo)致，表面有機(jī)樹(shù)脂涂層或無(wú)機(jī)硅酸鹽涂層固化不足與油反應(yīng)粘連、固化過(guò)度摩擦脫粉都會(huì)造成該情況。變薄拉深和裁切過(guò)程中的粉屑問(wèn)題的失效原因更為綜合，除了膜厚固化之外，鋁箔加工中的起皺以及沖孔邊部斷口殘留也會(huì)造成粉屑產(chǎn)生。需要對(duì)應(yīng)改善合金的屈服強(qiáng)度及與均勻變形相關(guān)的指標(biāo)n值。

1.3 裂口和爛孔失效問(wèn)題

翅片加工開(kāi)裂是發(fā)生度最高的失效問(wèn)題，針對(duì)該問(wèn)題需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的加工情況進(jìn)行分析判斷。我司技術(shù)團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期工作實(shí)踐中整理了典型的失效機(jī)理和處理方式見(jiàn)表1。

2 鋁箔力學(xué)性能的綜合分析

常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，鋁箔抗拉強(qiáng)度和延伸率是重點(diǎn)管控指標(biāo)。對(duì)于提升鋁箔的綜合適應(yīng)能力和穩(wěn)定性的要求，后續(xù)又增加了橫縱向指標(biāo)、屈服強(qiáng)度指標(biāo)的分析[3]。在與沖床模具設(shè)計(jì)技術(shù)團(tuán)隊(duì)多次合作后，我公司結(jié)合模具設(shè)計(jì)階段對(duì)于脹形力、沖裁力、翻邊力等參數(shù)的受力分析，探討了對(duì)應(yīng)各加工步驟主要考量的力學(xué)性能指標(biāo)（表2）。 通過(guò)各產(chǎn)品在沖制加工過(guò)程中的的開(kāi)裂表現(xiàn)，進(jìn)行綜合分析后將反映薄板成形時(shí)厚向變形的難易程度的r值[4]，影響塑性均勻變形階段長(zhǎng)短的n值也納入了綜合對(duì)比指標(biāo)[5]內(nèi)。

3? 結(jié)論

1）鋁箔在模具中發(fā)生端面失效問(wèn)題主要在于切刀間隙調(diào)整，同時(shí)需要分析鋁箔強(qiáng)度以及厚差情況差異性。

2）鋁箔在模具中發(fā)生表面失效問(wèn)題主要在涂層的固化程度以及材料屈服強(qiáng)度與n值和沖制模具的匹配度。

3）結(jié)合鋁箔在模具中的成型過(guò)程，針對(duì)鋁箔的力學(xué)性能評(píng)價(jià)需要增加結(jié)合屈服強(qiáng)度以及r值n值，進(jìn)行綜合的評(píng)價(jià)的匹配選擇。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 蔡春波.1050鋁合金形變和再結(jié)晶過(guò)程中的織構(gòu)演變研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2009.

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（作者單位：江蘇鼎勝新能源材料股份有限公司）