AL單、雙金屬翅片管的軋制工藝

■萬學東 ■江蘇煤炭地質勘探一隊，江蘇 無錫 214063

1 翅片管的分類

翅片管是構成各種熱交換器的核心元件，根據翅片管的復合形式可分為:單金屬翅片管和雙金屬復合翅片管;根據翅片分布可分為:內翅片管和外翅片管;根據翅片管加工方式可分為:繞片式翅片管、套片式翅片管、和軋制式翅片管。由于軋制式翅片管的結構緊密、傳熱性能好、整體剛性強等優點，目前在國內市場上得到了廣泛的應用。

軋制式單金屬翅片管由單金屬整體軋制而成，常見的有鋁翅片管、銅翅片管、不銹鋼翅片管等，這種翅片管無接觸熱阻，強度高，耐熱震和機械振動，熱膨脹性能好，具有可觀的擴展換熱面。

軋制式雙金屬復合翅片管是兩種金屬管經過復合后再軋制出翅片，常見的有銅鋁復合翅片管、鋼鋁復合翅片管、銅鋼復合翅片管等，這種翅片管具有結合緊密，熱阻小，傳熱性能好、強度高、防腐蝕性能強、在長期冷熱工況下不易變形、工作壽命長等特點。

2 軋制設備及原理

2．1 軋制設備

我廠生產的GJ－66B金屬翅片管軋機結構緊湊，性能穩定，操作方便，有三種機型，可分別軋制基管為 Φ8～Φ15，Φ12～Φ25，Φ25～45，，翅片高為1mm～16mm，片距為1mm～8mm的單、雙金屬翅片管，以及節距為30mm以內的波紋管、波節管。整體結構如圖1。

圖1 GJ－66B金屬翅片管軋機

2．2 軋制刀片

軋制刀片為對稱結構，在初次使用時沒有正反面之分。每付刀由三組參數和數量相同的刀組成，每組刀按由小到大順序排列，處在同一位置的刀片具有互換性。軋制不同片距、片高的翅片管，應選用相應的刀片。

2．3 軋制原理

GJ－66B金屬翅片管機的軋制原理如圖2所示。

調節三個刀架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的高低使三組刀片成等邊三角形分布，且內切于基管，在軋制過程中只需通過上下移動刀架Ⅰ即可實現退刀、進刀。

逆時針轉動刀架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ使刀片軸中心線與軋制管中心線成一定傾斜角度，傾角與翅片管的螺旋角相同。軋制過程中通過刀片的旋轉與摩擦力使軋制管自動做軸向進給，同時通過刀片和基管組成的空腔擠壓出翅片。

3 軋制過程

本文以軋制翅片外徑為Φ57mm，基管外徑為Φ25mm，翅片片距為2.3mm的鋼鋁復合翅片管為例，簡單介紹從設備調整到軋制出合格翅片的過程。

圖2 軋制結構原理

3．1 設備調整

3．1.1 刀架角度調整

刀架角度的大小對翅片管延伸率、翅片管外徑形狀及片距大小有很重要的影響。角度越大，片距相應越大，鋁管延伸率越大，同時刀片受力越大;角度小則片距變小延伸率變小。外徑Φ45以下翅片管，角度大小對外徑的影響較小;大外徑翅片管，角度過大或過小都會引起外徑波浪高低。三個位置的刀架角度必須方向一致，任何一個相反，均軋制不出翅片管。

松開刀架嵌套上的螺栓，逆時針方向輕微撥動刀架，調到角度2°06 ˊ左右，鎖緊嵌套螺栓。角度刻度原理與萬能角度尺原理一致，嵌套上每小格1°，弧形板上每小格6ˊ。

3．1.2 放差位圈

差位圈是軋制翅片管過程中重要部件之一，差位在三刀軸上放置順序為:順時針方向，厚(刀架Ⅰ)、中(刀架Ⅱ)、薄(刀架Ⅲ)，放置順序不能變。按照放置順序差位圈的厚度數值差為1/3刀片厚度。軋制不同片距翅片管，必須更換相應的差位圈。

3．1.3 裝刀片

根據我們要軋制的翅片管選用相應的刀片，在此我們選用厚度為2.1mm，外徑為100mm，肩徑為63mm的刀片。

按照由小到大的順序依次將刀片裝入刀軸，檢查無誤后再放入隔套、鋼套、掛腳、鎖緊螺母。鎖緊螺母一定要鎖緊，否則在軋制過程中會引起刀片的竄動現象影響翅片管質量。

按照同樣的方法將其他兩組刀片裝好。裝好的結構如圖3。

圖3 軋制變形過程

3．2 調配冷卻液

在軋制工作時，刀片與鋁管的摩擦及冷軋變形會產生大量的熱量，嚴重影響了翅片管質量和刀片使用壽命，為了保證熱量的散失、減少阻力要選用冷卻液進行冷卻、潤滑。

冷卻液必須選擇專用乳化油，按照軋制經驗乳化油稀釋濃度為30%左右，冷卻液濃度過低會導致翅片管失形或飛不高。

3．3 軋制翅片管

鋁管必須選擇專業生產用于軋翅片鋁管的廠家，鋁質越純越好，鋁管擠壓密度越高翅片越易飛高，含有雜質或擠壓鋁管機噸位不夠，都可能造成翅片高度達不到要求或局部開裂等現象。在本實驗中選擇外徑36mm，壁厚5mm的鋁管，將鋼管襯套在鋁管內，鋼管的長度要比鋁管稍長一些，因為在軋制過程中鋁管會延伸出來。

先開冷卻水泵，再開啟主電機，送鋁管的時候手要把鋁管拿平，防止鋼管碰到刀片后損傷刀片。對于厚壁鋁管，為了能夠順利起頭，通常在鋁管起頭一端進行倒角。

軋制出的翅片管要進行翅片外徑、翅片距、鋁管延伸率等項目的檢測。

AL單金屬翅片管軋制過程與復合翅片管軋制不同的是，單金屬管軋制時鋁管內襯一根固定的芯棒拉桿，在軋制過程中芯棒始終被固定在刀片的位置，這樣可以防止刀片的下壓而引起的鋁翅片管縮孔現象。根據使用壓力的要求，單金屬翅片管的底部要留有一定厚度的金屬。

在長期的軋制工作中我們得到如下經驗:一般情況下，每毫米壁厚的鋁管軋制后翅片飛高3.00～3.4毫米，復合翅片管中鋁管的延伸率為15%～20%，鋁單金屬翅片管中鋁管的延伸率為12% ～15%。片距大小、角度大小都對鋁管的延伸有一定影響，片距大大則延伸率大，對于同一副刀片來說角度增大會使片距增大、延伸率增大。

4 小結

從目前來看，由于整體軋制式翅片管各方面的優點突出，在某些領域已經完全取代了套片式和繞片式，但是也逐步暴露出一些問題，如:加工時使用的軋制油、清洗時使用的NaOH溶液會造成環境污染，軋制效率低，自動化程度低，成本問題等。隨著國外機械技術的發展，鑲嵌式翅片管開始誕生，其加工環境無污染，效率高，成本低，具有較好的綜合經濟性能，在某些領域已開始取代軋制式。

［1］肖亞慶．謝水生．劉靜安．王濤．鋁加工技術實用手冊．北京:冶金工業出版社．2005．

［2］王必武．楊子謙．施廣森．高效節能翅片管的加工、應用及發展趨勢．水利電力機械．2002(24)．