淺析高精度翅片成型關鍵技術及應用

王榮 毛國平

摘 要 板翅式換熱器具有結構緊湊，重量輕，換熱效率高的優(yōu)點，換熱效率比其他種類換熱器高 30%以上。翅片作為熱交換的關鍵部件，占整個換熱器體積的 80%以上。翅片廣泛應用于汽車、燃料電池、通信基站、數(shù)據(jù)庫、高鐵、航空航天、石化、LNG冷箱、空分等領域。目前國內(nèi)外翅片的翅高和節(jié)距精度一般只能達到±0.05mm，不能滿足高精度翅片的技術要求。因此，高精度翅片的加工制造成為一項世界性的技術難題，也是市場的迫切需求。加快研究開發(fā)高精度翅片顯得尤為重要。

關鍵詞 高精度;翅片;成型;技術

引言

本文主要闡述內(nèi)容包括三項核心創(chuàng)新點：①攻克了上模固定式翅片成型原理和高精度送料的難題，首次發(fā)明了上模固定、動態(tài)平衡、翅高伺服可調(diào)、節(jié)距彈性伺服可調(diào)的翅片成型裝備，可以使翅高精度和節(jié)距精度達到±0.01mm。②突破了高精度翅高調(diào)整技術，發(fā)明了柔性可控的翅高調(diào)整系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中對翅高精度的多點自適應調(diào)整。③突破了翅片精確裁斷的技術難題，發(fā)明了可以單向切斷、雙向切斷、滑切、多條切斷以及自動穿管的產(chǎn)品柔性制造系統(tǒng)。

1上模固定式翅片成型原理

設計了一種上模固定、翅高伺服調(diào)整的成型機結構，該成型機在翅片成型過程中，上模不動，下模單獨實現(xiàn)了上下和左右兩個動作。解決了原有的翅片成型機中由于重力加速度的作用使得上模和下模作用力不一致導致翅片平面彎曲變形，最終引起翅片精度超差的問題。

同時，通過伺服微調(diào)上模機構，保證了翅片平面度的要求，實現(xiàn)了翅高精度可調(diào)。

經(jīng)實際生產(chǎn)檢驗，該成型機生產(chǎn)的翅高精度達到±0.01mm，遠高于市場上生產(chǎn)的翅片的精度[1]。

2高精度送料的技術難題

設計一種全新的彈簧壓縮式送料結構，通過伺服電機和彈簧杠桿機構來調(diào)整送料行程的大小，在送料的過程中彈簧1和彈簧2起到了消除系統(tǒng)間隙的作用，從而實現(xiàn)了送料節(jié)距的高精度。

3翅片成型設備在高速運動下的動態(tài)平衡難題

發(fā)明了一種翅片成型機平衡系統(tǒng)結構，通過上平衡彈簧、下平衡彈簧、脫模彈簧建立了一種動態(tài)平衡系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點在于：上平衡彈簧給上模提供支撐力和脫模力，而下模板在三種彈簧的作用下浮在彈性平衡系統(tǒng)中，由凸輪傳動機構驅(qū)動而進行上下運動，在連續(xù)生產(chǎn)過程中確保了翅片高度的穩(wěn)定性并降低了設備的噪聲，提高了運動件的使用壽命[2]。

創(chuàng)新點一：

（1）突破了高精度翅高調(diào)整技術，發(fā)明了柔性控的翅高調(diào)整系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中對翅高精度的多點自適應調(diào)整。

（2）突破翅片切割過程中容易破壞翅片邊緣精度的難題，發(fā)明了一種翅片自動切斷系統(tǒng)，通過采用高精度伺服推進系統(tǒng)和伺服切斷系統(tǒng)實現(xiàn)翅片的無損切斷，針對不同翅片可以實現(xiàn)單向切斷、雙向切斷和滑切。

（3）突破了翅片高精度推進過程中由于彈性收放而帶來的送料不 定的技術難題。發(fā)明了一種螺旋推進式機構，該機構通過螺旋推進器 翅片節(jié)距嚙合設計，使得翅片在推進過程中不產(chǎn)生形變，實現(xiàn)了穩(wěn)定精確推進。

創(chuàng)新點二：

（1）突破了多條翅片同步成型后切割的難題，發(fā)明了一種高精度多條翅片滾齒裁斷機，該翅片滾齒裁斷機通過多個直齒輪和多條翅片嚙合同步推進，實現(xiàn)了多條翅片同步切斷，誤差小于0.1mm。

（2）突破了翅片成型切斷后直接穿入散熱管容易破壞翅片自身精度的技術難題，發(fā)明了一種散熱管自動擴口送料機，該機構通過擴口、自動校準、翅片導入、伺服推進等工藝的優(yōu)化，避免了翅片在穿管過程的破壞和精度損失。

在技術發(fā)明點1中發(fā)明了上模固定、動態(tài)平衡、翅高伺服可調(diào)、節(jié)距高精度彈性伺服可調(diào)的翅片成型裝備。主導設計了翅片機的整體結構，包括伺服平衡機制、上模固定式結構，高精度翅片推進機構，以及一種可調(diào)節(jié)的平衡系統(tǒng)結構。在技術發(fā)明點2中設計發(fā)明了多點伺服可調(diào)的翅高調(diào)整，從而實現(xiàn)了在生產(chǎn)過程中對翅高精度的自適應調(diào)整。在技術發(fā)明點3中參與了翅片自動切斷系統(tǒng)、散熱管自動擴口送料機以及一種高精度多翅片裁斷機的工藝及結構方案設計。

通過上述可以看出，本項目設備的綜合 術指標領先于國內(nèi)外現(xiàn)有設備，總體技術已經(jīng)達到國內(nèi)外先進水平，在實際生產(chǎn)應用中完全滿足了客戶的對高精度翅片的技術要求。本項目在高精度翅片成型技術領域擁有完全的自主知識產(chǎn)權，相關技術的研力地支撐了我國基礎裝備及換熱器等行業(yè)的整體競爭力提升。

4結束語

高精度翅片成型生產(chǎn)線具有全球領先的技術實力，是國內(nèi)外傳統(tǒng)翅片設備的升級換代產(chǎn)品，該項目裝備的推廣應用大大推進了該領域我國基礎裝備工業(yè)的現(xiàn)代化進程。高效換熱器是重要發(fā)展方向之一，高精度換熱翅片能夠顯著提升新能源汽車、燃料電池、通信基站、數(shù)據(jù)庫、高鐵、航空航天及空分行業(yè)的各類換熱器換熱效率，降低換熱器體積和重量，符合換熱器小型化等行業(yè)的趨勢。

高精度翅片可提高換熱器換熱效率，實現(xiàn)換熱器小型化。比如一套原20000平方米翅片的換熱器重量達到15噸，而16000平方米的高精度翅片就可以達到同樣換熱效率，重量只12噸。換熱器價格每噸70萬，由此每套可節(jié)約成本210萬。我國市場每年需要此類換熱器達1500套以上，每年可節(jié)約成本超過3億。汽車換熱器更是如此，如果每個換熱器由于翅片換熱效率的提升而減少1kg的重量，可節(jié)約成本50元左右，相關汽 換熱器在國內(nèi)每年需求在5000萬套以上，由此可節(jié)約成本達25億。

該項目裝備具有自動化的優(yōu)勢。以一個中等規(guī)模換熱器供應商為例 使用一般翅片機90臺，每臺一個作業(yè)人員，每天兩班次共需180人。使用我司設備后，至少提升2倍，最多45臺設備，5臺1名作業(yè)人員，兩班次僅需18人。減少 162人，按每年每人成本8萬計，每年合計節(jié)約人力成本1200萬以上。全球此類企業(yè)達2000家以上，綜合節(jié)約成本達到240億。因此，高精度翅片的應用具有顯著的社會效益和間接經(jīng)濟價值。

參考文獻

[1] 王榮，董明智.高精度錯列翅片復合成形工藝及模具技術[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011，24（4）：53-54，52.

[2] 王松漢.板翅式換熱器[M].北京：化學工業(yè)出版社，1984：57.