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)發(fā)展過(guò)程1.1國(guó)外內(nèi)螺紋銅管的發(fā)展過(guò)程隨著空調(diào)器制造技術(shù)的不斷進(jìn)步, 對(duì)高效、 節(jié)能、 環(huán)保的要求愈來(lái)愈高, 國(guó)外從70 年代開始先后開發(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)螺紋的發(fā)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

2、料, 隨著環(huán)保要求的提高,新的致冷劑使用以及降低成本的需要, 開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10 20 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)有達(dá)到大批量高速生產(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)部分廠家也花大價(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

3、如江蘇興榮、 北京京圣等,加緊對(duì)加工設(shè)備的開發(fā)和研究,銅管生產(chǎn)廠家如河南金龍、 湖南光遠(yuǎn)、 江蘇名佳利等, 注重研究銅管的品質(zhì), 使得內(nèi)螺紋銅管的生產(chǎn)得到了飛速的發(fā)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)成本,在3 a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)格幾乎接近于成本價(jià), 將國(guó)外產(chǎn)品

4、基本上排擠在國(guó)門之外,國(guó)外廠家因?yàn)樯a(chǎn)成本過(guò)高, 出口不利, 開始大批量減產(chǎn)。內(nèi)螺紋銅管的發(fā)展大致經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)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)外又陸續(xù)推出了高低齒齒型、 齒頂開槽、 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)品相比較, 國(guó)產(chǎn)內(nèi)螺紋管生產(chǎn)成本較低,無(wú)論是設(shè)備還是人工成本都相對(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服務(wù), 得到了空調(diào)制造廠家的一致好評(píng)。但弱勢(shì)顯而易見, 加工設(shè)備自動(dòng)化程

5、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)成本是不利的,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)一些成本壓力。1.4 內(nèi)螺紋銅管的研發(fā)方向 內(nèi)螺紋銅管的發(fā)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)于如何避免由于齒型復(fù)雜化導(dǎo)致的制造難度增加和加工效率降低而導(dǎo)致的成本增加,以及如何

6、保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定提出了新課題。開發(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)螺紋銅管的開發(fā)與生產(chǎn);在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，加大中央空調(diào)用大直徑內(nèi)螺紋銅管的開發(fā)與生產(chǎn)(如:12.7 mm，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： 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 ，后者尚處于發(fā)展之中。3.1無(wú)縫內(nèi)螺紋銅管生產(chǎn)工藝作 為無(wú)縫 內(nèi)螺紋管成型技術(shù),1969年美國(guó)發(fā)明了螺紋芯頭旋鍛法70年代初 ,日本

7、日立 電線發(fā)明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)新和改進(jìn),形成了目前的主流生產(chǎn)工藝：管坯行星鋼球旋壓成型拉拔。 3.1.1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)表面的金屬被壓進(jìn)螺紋芯頭 D 5的齒槽,在銅管內(nèi)表面形成齒高為H 0 的齒型(底壁厚為S 0)。在拉拔力F的作用下, 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 D 1定徑后, 成為符合用戶要求的螺紋管 D 0 S 0 H 0。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:銅管必須

8、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)雜的纏繞和耗費(fèi)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)。銅管前進(jìn)、變徑所需的拉力F1;內(nèi)螺紋成型所需的旋壓動(dòng)力F2;高硬度、高光潔度、規(guī)則的螺紋芯頭模具;高硬度、高光潔度、高精度的旋壓鋼球;成型時(shí)產(chǎn)生的熱量冷卻及成型所需的潤(rùn)滑條件。3.1.2 拉拔工藝 拉拔工藝則可采用多種形式來(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

9、選擇。3.1.3 常見的內(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。直線拉拔由于可以使銅管產(chǎn)生良好的幾何形狀而顯示出優(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

10、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)螺紋銅管表面質(zhì)量要求清潔、光滑,不應(yīng)有影響使用的有害缺陷(摘自有色金屬行業(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)螺紋銅管表面質(zhì)量越光潔。根據(jù)內(nèi)螺紋近幾年的發(fā)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.

11、35一l0mm。如加工細(xì)徑(5mm)和大規(guī)格(12mm)的內(nèi)螺紋管，則應(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)生的熱量若不及時(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,否則會(huì)造成斷管、放料紊亂等現(xiàn)象。在空調(diào)行業(yè)中,對(duì)熱交換管材的清潔度要求相當(dāng)高。相

12、關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,內(nèi)螺紋銅管內(nèi)表面殘留物應(yīng)不大于0. 038g/m2。所以在內(nèi)螺紋成型裝置中必須增加清洗機(jī)構(gòu),以滿足銅管清潔度要求。清洗裝置一般采用柔軟材料(如橡膠擦塊、聚氨脂擦塊等)擦拭銅管表面以達(dá)到清潔要求。由上可知,常見的內(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、清洗機(jī)構(gòu)及銅管收、放料機(jī)構(gòu)等輔助裝置。如圖3所示:3.1.4 內(nèi)螺紋成型裝置的發(fā)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,主要體現(xiàn)在內(nèi)螺紋銅管向小而高的方向發(fā)展。小而高是指小規(guī)格銅管和齒型瘦高。一般內(nèi)螺紋齒頂角在40度以下時(shí),稱該螺紋齒為瘦齒

13、。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)螺紋最佳成型速度限制在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)最常見的轉(zhuǎn)速大約為24000轉(zhuǎn)/分鐘,國(guó)內(nèi)外一部分廠家已成功運(yùn)用轉(zhuǎn)速為35000轉(zhuǎn)/分鐘的高速電機(jī)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)速已達(dá)到其極限使用速度。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

14、高高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速的發(fā)展方向。3.1.5 常見的內(nèi)螺紋缺陷及排除方法3. 1.5.1齒高不夠,形狀不清原因: a)旋壓環(huán)外圈太大,尺寸不合適,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。解決辦法: a)檢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表面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)外圈太小;d)外圈太大而導(dǎo)致球體間的間隙不均

15、勻;e)球體大小不均勻。措施: a)更換鋼球;b)清洗旋轉(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)拉伸模處拉力太大。同時(shí),管子拉過(guò)游動(dòng)拉伸模后,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;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)致壁厚太小;h)潤(rùn)滑油流量太小,設(shè)備配置不

16、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0. 02,最大為0. 03);b)在把料筐放上開卷機(jī)前,檢查母管,如果上面油污太多則要放慢拉制速度或干脆拒絕拉制;c)切掉母管有凹痕或扁平的部分,或拉制時(shí)遇到這些地方請(qǐng)放慢拉制速度;d)在拋光了滑動(dòng)部分后,檢查芯桿與游動(dòng)芯頭和內(nèi)螺紋芯頭的間隙;e)在購(gòu)買或者使用母管前,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)滑油充足且干凈;I)更換游動(dòng)拉伸外模和游動(dòng)拉伸芯頭。3.1.5. 4管子內(nèi)外表面有劃痕原因: 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)滑油或清洗裝置中有金屬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)拋光或更換清洗塊;d)過(guò)濾或更換潤(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;