內(nèi)螺紋銅管成型技術(shù)與工藝綜述

1、內(nèi)螺紋銅管成型技術(shù)與工藝1內(nèi)螺紋銅管生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)展過(guò)程1.1國(guó)外內(nèi)螺紋銅管的開(kāi)展過(guò)程隨著空調(diào)器制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)局效、 節(jié)能、環(huán)保的要求愈來(lái)愈局, 國(guó)外從70年代開(kāi)始先后開(kāi)發(fā)了用內(nèi)螺紋銅盤管和親水鋁箔做兩器 蒸發(fā)器和冷 凝器的新型空調(diào)。內(nèi)螺紋管與光管相比可增加熱交換面積2 3倍，加之形成 的湍流作用，提高熱交換效率20% 30%,節(jié)能15% 80年代已得到普遍認(rèn)可的主 要銅盤管生產(chǎn)企業(yè)的內(nèi)螺紋盤管的產(chǎn)品比例一般大于50%。國(guó)外內(nèi)螺紋盤管從開(kāi) 發(fā)到大批量生產(chǎn)大約用了近20 a的時(shí)間。1.2國(guó)產(chǎn)內(nèi)螺紋的開(kāi)展過(guò)程80年代末期，國(guó)內(nèi)相繼上馬空調(diào)器生產(chǎn)線，并使用銅光盤管作為熱交換的主 要材料，隨著環(huán)保

2、要求的提高，新的致冷劑使用以及降低本錢的需要,開(kāi)始研究 具有高的換熱效率的銅管進(jìn)行替代，90年代初期和中期，國(guó)內(nèi)有幾家設(shè)備制造 廠家和銅管生產(chǎn)廠家已經(jīng)研究和試制內(nèi)螺紋銅管，并取得了一些成績(jī)，可以在1020 m/ min低速的情況下，直線拉制內(nèi)螺紋實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，但沒(méi)有到達(dá)大批 量高速生產(chǎn)盤管的技術(shù)。而國(guó)外，如日本、韓國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出較成熟的設(shè)備和工藝， 但設(shè)備和技術(shù)價(jià)格較高昂，所以這段時(shí)期，進(jìn)口內(nèi)螺紋銅管成了空調(diào)廠家的首選。 此時(shí)，國(guó)內(nèi)局部廠家也花大價(jià)錢進(jìn)口了一些設(shè)備，但由于光管本身的質(zhì)量問(wèn)題和 模具等因素的影響，國(guó)產(chǎn)內(nèi)螺紋管沒(méi)有太大的批量。90年代中期以后，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠家如7工蘇興榮、北京京圣等，加

3、緊對(duì)加工設(shè)備的開(kāi)發(fā)和研究，銅管生產(chǎn)廠家如河南金龍、湖南光遠(yuǎn)、7工蘇名佳利等，注重研究銅管的品質(zhì)，使得內(nèi)螺紋銅管的生產(chǎn)得到了飛速的開(kāi)展 ，無(wú)論采用原擠 壓法生產(chǎn)的管坯還是采用鑄扎生產(chǎn)的管坯，無(wú)論是用直線拉伸還是用盤拉，都能 生產(chǎn)出合格的內(nèi)螺紋管。90年代末期，由于設(shè)備和工藝的成熟，國(guó)內(nèi)開(kāi)始批量復(fù)制內(nèi)螺紋銅管生產(chǎn)線，如張家港的恒榮、華芳、廣東太平洋、浙江海亮等，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品亦開(kāi)始出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的態(tài)勢(shì)，各個(gè)廠家注重降低產(chǎn)品的生產(chǎn)本錢，在3a的時(shí)間內(nèi)，內(nèi)螺紋銅管的銷售價(jià)格連下1x104萬(wàn)元，目前該產(chǎn)品的價(jià)格幾乎接近于本錢價(jià)，將國(guó)外產(chǎn)品根本上排擠在國(guó)門之外，國(guó)外廠家因?yàn)樯a(chǎn)本錢過(guò)高， 出口

4、不利，開(kāi)始大批量減產(chǎn)。內(nèi)螺紋銅管的開(kāi)展大致經(jīng)歷了如下幾個(gè)開(kāi)展階段：1山型齒內(nèi)螺紋管；2梯型槽內(nèi)螺紋管；3小頂角型內(nèi)螺紋管；4細(xì)高齒型內(nèi)螺紋管。目前，國(guó)外乂陸續(xù)推出了上下齒齒型、齒頂開(kāi)槽、 雙旋向等內(nèi)螺紋管。1.3國(guó)產(chǎn)管的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)與國(guó)外產(chǎn)品相比擬，國(guó)產(chǎn)內(nèi)螺紋管生產(chǎn)本錢較低，無(wú)論是設(shè)備還是人工本錢 都相對(duì)低廉，這對(duì)加工制造業(yè)來(lái)說(shuō)是有利的，特別是來(lái)料加工是再好不過(guò)的，這 對(duì)國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)都不錯(cuò)。在國(guó)內(nèi)，各銅管生產(chǎn)廠家亦提供了良好的售后效勞，得 到了空調(diào)制造廠家的一致好評(píng)。但弱勢(shì)顯而易見(jiàn) ，加工設(shè)備自動(dòng)化程度低，過(guò)分 依賴操作人員的素質(zhì)和加工技術(shù)，導(dǎo)致成品率低下，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性差，這對(duì)降 低生產(chǎn)本錢是

5、不利的，也削弱了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，特別是產(chǎn)品的穩(wěn)定性問(wèn)題使出口成為一大難題。另外國(guó)內(nèi)銅價(jià)居高不下，亦會(huì)對(duì)加工廠家?guī)?lái)一些本錢壓力1.4內(nèi)螺紋銅管的研發(fā)方向內(nèi)螺紋銅管的開(kāi)展趨勢(shì)是薄壁化、 細(xì)徑化、高齒化、小齒頂角化。這種 趨勢(shì)也使內(nèi)螺紋銅管輕量化，即單位長(zhǎng)度的重量進(jìn)一步減輕，盡量提高傳熱性能 以減少銅材用量；內(nèi)螺紋齒型呈復(fù)雜化趨勢(shì)。復(fù)雜的組合齒型內(nèi)螺紋可以大大強(qiáng)化換熱，但對(duì) 加工設(shè)備和模具的制造都提出了新的要求。對(duì)丁如何防止由丁齒型復(fù)雜化導(dǎo)致的 制造難度增加和加工效率降低而導(dǎo)致的本錢增加，以及如何保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定 提出了新課題。開(kāi)發(fā)新的內(nèi)螺紋齒型品種和規(guī)格 ,研制相應(yīng)的加工工藝及技術(shù),拓寬內(nèi)螺紋

6、銅管應(yīng)用領(lǐng)域是內(nèi)螺紋銅管生產(chǎn)廠家面對(duì)的重要課題。加大瘦高齒內(nèi)螺紋銅管的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)；在現(xiàn)有根底上，加大中央空調(diào)用大直徑內(nèi)螺紋銅管的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)如:?12.7mm ? 15.87 mm等2內(nèi)螺紋銅管的齒型高效內(nèi)螺紋傳熱管按旋向和齒型特征分類如下：等高齒通用 C形齒，見(jiàn)圖 2上下齒，見(jiàn)圖 3瘦高齒，見(jiàn)圖 4 “M形齒雙頭，見(jiàn)圖 5斷續(xù)齒，見(jiàn)圖 6交叉齒，見(jiàn)圖 7V、W型齒，見(jiàn)圖 8內(nèi)螺紋管r 單旋向flf圖5 W形齒圖6斷續(xù)齒圖7交叉齒3內(nèi)螺紋成型工藝目前，內(nèi)螺紋銅管有兩大門類：一種是無(wú)縫內(nèi)螺紋管；另一種是焊接內(nèi)螺 紋管。前者的生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟，后者尚處丁開(kāi)展之中。3.1無(wú)縫內(nèi)螺紋銅管生產(chǎn)工藝作 為無(wú)

7、縫 內(nèi)螺紋管成型技術(shù)，1969年美國(guó)創(chuàng)造了螺紋芯頭旋鍛法70年代 初，日本日立 電線創(chuàng)造了螺紋芯頭滾輪旋壓一拉拔法； 之后，經(jīng)過(guò)銅管加工行業(yè) 技術(shù)人員的創(chuàng)新和改良，形成了目前的主流生產(chǎn)工藝：管坯一行星鋼球旋壓成型一拉拔。典型生產(chǎn)工藝為：高精度坯管銅盤管f 超高速旋壓內(nèi)螺紋成型圖 1-精整復(fù)繞+在線旋轉(zhuǎn)渦流探傷 f 連續(xù)內(nèi)腔吹掃光亮退火 f 產(chǎn)品包裝 Q3.1.1內(nèi)螺紋成型原理及成型條件內(nèi)螺紋成型工藝如圖1所示。管坯？ D xS,經(jīng)過(guò)減徑模？ D6減徑后，在高 速旋轉(zhuǎn)的鋼球？ D3的滾壓下，銅管內(nèi)外表的金屆被壓進(jìn)螺紋芯頭？ D5的齒槽，在銅管內(nèi)外表形成齒高為Ho的齒型底壁厚為S 0。在拉拔力F的

8、作用下，銅管 不斷向前運(yùn)動(dòng)，在銅管內(nèi)壁形成連續(xù)的螺紋。最后通過(guò)定徑模？D1定徑后，成為 符合用戶要求的螺紋管？ Do XSoXHo。由內(nèi)螺紋成型原理圖可知，銅管內(nèi)螺紋成型必須具備如下條件：1銅管必須呈軟態(tài)。目前已有廠家成功的使用硬態(tài)管胚生產(chǎn)內(nèi)螺紋銅管，因此節(jié)省了復(fù)雜的纏繞和消耗能源的退火工序。采用這種工藝的前提條件是，材料、 管胚幾何形狀及工具的質(zhì)量必須優(yōu)良，更為重要的是具備調(diào)整設(shè)備的豐富經(jīng)驗(yàn)。2銅管前進(jìn)、變徑所需的拉力F1;3內(nèi)螺紋成型所需的旋壓動(dòng)力F2;4高硬度、高光潔度、規(guī)那么的螺紋芯頭模具；5高硬度、高光潔度、高精度的旋壓鋼球；6成型時(shí)產(chǎn)生的熱量冷卻及成型所需的潤(rùn)滑條件。Q圖2內(nèi)螺紋成

9、型原理3.1.2拉拔工藝?yán)喂に嚹敲纯刹捎枚喾N形式來(lái)實(shí)現(xiàn)， 市場(chǎng)上多采用的包括有鏈?zhǔn)街本€拉拔 機(jī)、履帶式鏈條拉拔機(jī)、舒馬格聯(lián)合拉拔機(jī)、倒立式圓盤拉伸機(jī)，V型槽拉伸等， 各拉拔形式都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，銅管生產(chǎn)廠家需綜合考慮自己的生產(chǎn)需要而選 擇。3.1.3常見(jiàn)的內(nèi)螺紋成型裝置內(nèi)螺紋成型首先要求管胚的偏心度小及管壁均勻性高，以保證內(nèi)螺紋成型穩(wěn)定并精確。為了保證內(nèi)螺紋成型的這一前提條件，內(nèi)螺紋成型前必須進(jìn)行一次預(yù)拉伸。預(yù)拉伸后的銅管尺寸必須考慮到有內(nèi)螺紋成型所需的旋壓余量及螺紋芯頭 靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的間隙。根據(jù)內(nèi)螺紋成型機(jī)所需拉力F1的拉拔方式可分直線拉拔和盤式拉拔。直線拉拔由丁可以使銅管產(chǎn)生良好的幾何形狀

10、而顯示出優(yōu)越性，但對(duì)成品管材的外觀質(zhì)量會(huì)造成一定的損傷，因此國(guó)內(nèi)外很少應(yīng)用。盤式內(nèi)螺紋成型機(jī)在全球使用最為廣泛，這種設(shè)備在國(guó)內(nèi)外已制造了許多，并在世界各地成功的生產(chǎn) 出不同規(guī)格的內(nèi)螺紋銅管。內(nèi)螺紋成型所需的旋壓動(dòng)力F2,根據(jù)不同的需求可以置配不同的傳動(dòng)系統(tǒng)，一般使用電機(jī)功率配置為9. 0kw15kw。因內(nèi)螺紋銅管外表質(zhì)量要求活潔、 光滑,不應(yīng)有影響使用的有害缺陷摘自有色金屆行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T440-2001。為了確保這 一特性，旋壓速度配置很高。旋壓速度越高，內(nèi)螺紋銅管外表質(zhì)量越光潔。根據(jù)內(nèi) 螺紋近幾年的開(kāi)展經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)螺紋成型機(jī)所需的拉伸速度與旋壓轉(zhuǎn)速符合1比0. 4的關(guān)系。即單位時(shí)間內(nèi)螺紋銅管每

11、前進(jìn)1mm,旋壓裝置至少轉(zhuǎn)動(dòng)0.4轉(zhuǎn)。選配轉(zhuǎn)速為1800025000轉(zhuǎn)/分的電機(jī)，成型速度4060m/min;如選配轉(zhuǎn)速高達(dá)4500050000轉(zhuǎn)/分的磁懸浮電機(jī)，成型速度可以提高到7080m/min。該工藝加工的產(chǎn)品范圍外徑為？6.35 l0mm。如加工細(xì)徑5mm和大規(guī) 格習(xí)2mm的內(nèi)螺紋管，那么應(yīng)對(duì)成型機(jī)做適當(dāng)調(diào)整。銅管在拉伸及內(nèi)螺紋旋壓成型時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。產(chǎn)生的熱量假設(shè)不及時(shí) 消除,會(huì)嚴(yán)重影響內(nèi)螺紋成型后的壁厚、橢圓度、米克重等，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生燒黑、斷管等現(xiàn)象。在許多銅管加工企業(yè)，為了保證最終銅管的外型尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求或 顧客使用要求，均在內(nèi)螺紋成型后增加精整裝置。該裝置主要目的是保證

12、內(nèi)螺紋 銅管最終外徑尺寸D符合公差要求。內(nèi)螺紋成型裝置還必須具備必要的銅管放料機(jī)構(gòu)與銅管收料機(jī)構(gòu)。 銅管放料 機(jī)構(gòu)與銅管收料機(jī)構(gòu)的速度必須與內(nèi)螺紋成型速度相匹配，否那么會(huì)造成斷管、放 料紊亂等現(xiàn)象。在空調(diào)行業(yè)中，對(duì)熱交換管材的活潔度要求相當(dāng)高。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，內(nèi)螺紋銅管內(nèi)外表殘留物應(yīng)不大丁0. 038g/m2。所以在內(nèi)螺紋成型裝置中必須增加活洗機(jī) 構(gòu)，以滿足銅管活潔度要求?；钕囱b置一般采用柔軟材料如橡膠擦塊、聚氨脂擦塊等擦拭銅管外表以到達(dá)活潔要求。由上可知，常見(jiàn)的內(nèi)螺紋成型裝置結(jié)構(gòu)主要包括：預(yù)拉伸系統(tǒng)、旋壓裝置、動(dòng) 力機(jī)構(gòu)、精整裝置、冷卻及潤(rùn)滑裝置、活洗機(jī)構(gòu)及銅管收、放料機(jī)構(gòu)等輔助裝置。如圖3所

13、示：圖3常見(jiàn)內(nèi)螺紋成型裝置結(jié)構(gòu)示意3.1.4內(nèi)螺紋成型裝置的開(kāi)展趨勢(shì)目前,國(guó)內(nèi)外制冷行業(yè)對(duì)內(nèi)螺紋銅管的質(zhì)量要求不僅越來(lái)越高，而且對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越關(guān)注，主要表達(dá)在內(nèi)螺紋銅管向小而高的方向開(kāi)展。小而高是指小 規(guī)格銅管和齒型瘦高。一般內(nèi)螺紋齒頂角a在40度以下時(shí),稱該螺紋齒為瘦齒。在橫截面積螺紋數(shù)n相同的情況下，螺紋齒型越高越瘦其熱交換面積就越大。由于受旋壓速度的限制，目前國(guó)內(nèi)外的內(nèi)螺紋最正確成型速度限制在6585m/min之間。要大幅度提高內(nèi)螺紋成型速度，就必須提高旋壓動(dòng)力用高速電 機(jī)。目前高速電機(jī)最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)速大約為24000轉(zhuǎn)/分鐘，國(guó)內(nèi)外一局部廠家已成功運(yùn)用轉(zhuǎn)速為35000轉(zhuǎn)/分鐘的高速電機(jī)

14、生產(chǎn)出高精度的內(nèi)螺紋銅管，其成型速度提 升到了100m/min。高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高受其軸承轉(zhuǎn)速的制約。提高高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ，必須解決 與其相匹配使用的軸承轉(zhuǎn)速及軸承潤(rùn)滑條件。目前多采用陶瓷球角接觸軸承，其轉(zhuǎn)速已到達(dá)其極限使用速度。潤(rùn)滑條件采用油霧、油氣潤(rùn)滑方式。采用磁懸浮軸 承，是再次提高高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速的開(kāi)展方向。3.1.5常見(jiàn)的內(nèi)螺紋缺陷及排除方法3. 1.5.1齒高不夠，形狀不活原因:a旋壓環(huán)外圈太大，尺寸不適宜，相對(duì)內(nèi)螺紋芯頭來(lái)說(shuō)球體直徑小；b母管壁厚太小；c內(nèi)螺紋芯頭外徑太小，尺寸不對(duì)。要么是設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，要么是制造錯(cuò)誤。解決方法：a#僉查所有工模具和母管尺寸，發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題就更換或修復(fù)工模

15、具；b檢查工模具圖紙，用正確的模具參數(shù)去更正。如果是生產(chǎn)過(guò)程不對(duì) ，改變制造工藝。3.1.5. 2外表螺旋印記太深或粗糙，螺旋印記不均勻節(jié)距不相等原因:a鋼球磨損嚴(yán)重或各球體磨損快慢不一；b有銅屑而引起鋼球不轉(zhuǎn)；c旋壓環(huán)外圈太?。籨外圈太大而導(dǎo)致球體間的間隙不均勻；e J求體大小不均勻。措施:a更換鋼球；b活洗旋轉(zhuǎn)頭并更換整套模具；c檢查旋壓環(huán)外圈尺寸和球體直徑，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題請(qǐng)更換。3.1.5. 3在拉制開(kāi)始和中間出現(xiàn)斷管原因:a母管壁厚太厚，導(dǎo)致游動(dòng)拉伸棋處拉力太大。同時(shí)，管子拉過(guò)游動(dòng)拉伸棋后，潤(rùn)滑油膜破裂。這樣，在后面旋壓和空拉過(guò)程中，管子內(nèi)壁潤(rùn)滑油膜可能太薄或根 本沒(méi)有潤(rùn)滑，從而不能連續(xù)拉制

16、；b母管內(nèi)壁有油污；c母管的凹痕處或壓平處太多，導(dǎo)致芯桿和管子內(nèi)壁貼在一起；d由于芯桿彎曲或間隙太小導(dǎo)致芯桿、游動(dòng)芯頭和內(nèi)螺紋芯頭不能轉(zhuǎn)動(dòng)；f由于工模具不正確，導(dǎo)致球體不轉(zhuǎn)動(dòng)；g在旋壓過(guò)程中減壁量太大導(dǎo)致壁厚太?。籬潤(rùn)滑油流量太小，設(shè)備配置不正確；i內(nèi)螺紋芯頭外徑和游動(dòng)芯頭的外徑相比太大，導(dǎo)致內(nèi)螺紋芯頭和管子內(nèi)壁 貼在一起不能轉(zhuǎn)動(dòng)。措施：a保持游動(dòng)芯頭處的縮減量為812%，保證壁厚和外徑的公差范圍最好為土0. 02,最大為土0. 03;b在把料筐放上開(kāi)卷機(jī)前，檢查母管，如果上面油污太多那么要放慢拉制速度或 十脆拒絕拉制；c切掉母管有凹痕或扁平的局部，或拉制時(shí)遇到這些地方請(qǐng)放慢拉制速度；d在拋光

17、了滑動(dòng)局部后，檢查芯桿與游動(dòng)芯頭和內(nèi)螺紋芯頭的間隙；e在購(gòu)置或者使用母管前， 一定要確認(rèn)其質(zhì)量。 特別要確認(rèn)： 母管內(nèi)壁沒(méi)有油 污，盤料上沒(méi)有凹痕、沒(méi)有裂縫、沒(méi)有劃痕、沒(méi)有折疊、沒(méi)有破裂和沒(méi)有起層等 缺陷；f在使用前，確認(rèn)模具旋轉(zhuǎn)狀況良好；g更換旋壓環(huán)或內(nèi)螺紋芯頭；h確認(rèn)潤(rùn)滑設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，潤(rùn)滑油充足且十凈；I更換游動(dòng)拉伸外棋和游動(dòng)拉伸芯頭。3.1.5. 4管子內(nèi)外外表有劃痕原因:a內(nèi)壁劃痕有可能是內(nèi)螺紋芯頭邊沿破裂或不均勻磨損；b在定徑模里有大塊的銅屑或異物；c潤(rùn)滑油或活洗裝置中有金屆屑和異物或銅粉黏結(jié)成的雜質(zhì)。措施:a圓整和拋光內(nèi)螺紋芯頭的邊沿；b拋光或更換定徑模；c拋光或更換活洗塊；d過(guò)濾

18、或更換潤(rùn)滑油。3.1.5. 5同心度不好橢圓度太大原因:a定徑模不均勻磨損；b定徑模在模座中位置歪斜；c緩沖輾壓力太大。措施:a更換定徑模；b活理定徑模座；c確認(rèn)緩沖輾壓力并調(diào)整壓力控制閥。3.1.5. 6外表質(zhì)量太粗糙或不平整原因：a母管晶粒太大超過(guò)了0. 05mm；b在旋壓環(huán)里面有異物或銅屑。措施:a減小退火溫度或提高拉制速度；b用高壓空氣吹旋壓環(huán)內(nèi)部。3.2焊接內(nèi)螺紋銅管生產(chǎn)工藝焊接內(nèi)螺紋銅管的典型生產(chǎn)工藝為：高精度銅帶 f 對(duì)焊連接 f 兩次滾壓成齒 f 多根卷制成管一高頻 焊接+氣體保護(hù) f 定徑切割 f 精整復(fù)繞+探傷 f 退 火 f 產(chǎn)品包裝。近幾年,outkumpu和cerro公司分別在馬來(lái)西業(yè)和美國(guó)新建了條焊接內(nèi)螺紋 銅管生產(chǎn)線2條焊接內(nèi)螺紋銅管生產(chǎn)線。全球范圍內(nèi)已陸續(xù)建成的十余條焊接內(nèi) 螺紋銅管生產(chǎn)線主要分布丁美國(guó)、德國(guó)、日本、巴西、墨西哥、臺(tái)灣等