全自動精確掃描兩器管端加工機的開發研究

熊立貴，李壯志，李飛龍

（1.中山火炬職業技術學院，廣東中山 528436；2．中山市科力高自動化設備有限公司，廣東中山 528400；3.TCL空調器（中山）有限公司，廣東中山 528427）

全自動精確掃描兩器管端加工機的開發研究

熊立貴1，李壯志2，李飛龍3

（1.中山火炬職業技術學院，廣東中山 528436；2．中山市科力高自動化設備有限公司，廣東中山 528400；3.TCL空調器（中山）有限公司，廣東中山 528427）

兩器是指空調換熱器即蒸發器和冷凝器。在空調制冷行業中，管片式換熱器(冷凝器、蒸發器)是空調機及制冷設備中的關鍵部件，其換熱器換熱效率的高低是評價空調機及制冷設備質量的重要指標。全自動精確掃描管端加工機是空調器生產專用設備，用于將高速沖床加工好的鋁翅片和銅U型管脹接在一起，實現了兩器的銅管擴口后端板的固定，以滿足生產工藝的需要。介紹了研制開發的新一代成型機，智能全自動掃描定位檢測，具有自動化程度高、工作效率高、使用方便、沖口平穩、性能可靠等優點。

空調；兩器；智能全自動；掃描；脹管機

0 前言

在空調行業，隨著人民生活水平提高，空調已普及到農村，相對來說產量不斷的提升，車間的加工強度增大，現在又處于用人招工難的時期，產品加工精度要求高的情況下，生產制造商對于機械化的需求十分迫切，因此希望開發全自動化、高精度、智能設備。

換熱器中的冷凝器、蒸發器不論是中央空調、家用空調還是汽車上的空調等都是制冷主要零部件。蒸發器的用途是將經過毛細管節流降壓后的液態冷媒由液態轉化為氣態，吸收蒸發器周邊附近空氣的熱量而降溫，周邊的低溫度再被風機轉動將冷風吹到制冷空間內，達到使空間的溫度下降的目的[1-3]。

換熱器（兩器）的性能直接影響空調器的制冷性能，它的重量占整個空調器重量的50%～70%，它所占據的空間直接影響體積大小，因此研制生產高效換熱器是極為重要的，且具有現實意義。

全自動精確掃描兩器管端加工機的組成：機械結構系統、伺服電機系統、掃描管端加工部分系統、絲桿上下運動系統、電氣控制系統、光柵安全保保護系統等部分[4]。

1 機械結構部分

機械結構部分主要由機架、兩器U形固定加工件機構、銅管端部加成型機構、掃描定位機構裝置等組成（含壓緊、六邊形旋轉軸），見圖1和圖2。

圖1 左視示意圖

圖2 主視示意圖

1.1 機架

機架是由槽鋼材料、鋼板材等焊接而形成的機架。背面裝有散熱的鍍鋅板，兩側裝有控制箱。機架上面有一個電機動力系統，并在兩側裝有導軌，帶動左、右絲桿上下運動。底座下端焊接槽鋼，脹管成機擺好放置后，可以用固定螺釘固定在地面上[5]。

1.2 兩器固定機構

兩器固定裝置：是由固定在機身上的加工件后固定板、前壓緊固定板、加工件U型固定座等組成。根據工件的大小及長度規格尺寸，調整后背板的固定高度，再通過前壓緊固定板固定兩器，如圖3所示。

圖3 兩器固定組件圖

1.3 脹管成型機構

如圖4～6所示，脹管成型機構是由從動齒輪、主動齒輪、脹管頭、六角旋轉軸、絲桿等構成。其特征是六角旋轉軸在動力的作用下，帶動主動齒輪轉動，從動輪在主動輪的作用下也轉動，最后脹管頭上、下運動。脹管頭可以根據兩器的銅管規格來更換，這樣就可以加工不同規格的兩器。沖頭安裝在脹管成型加工頭上，把沖頭從下面往上將它推入模板孔內，模型孔內有裝置將它鎖住，并旋轉180°就可以將其取出。擴口沖頭是用特殊合金工具模具鋼加工制造而成的，高頻淬火處理后其硬度可以達到HRC=60～68，具有較高的韌性和硬度[1，3，5]。

2 銅管端口脹管機的設計計算

無論是冷凝器還是蒸發器，關鍵的計算就是如何確定長U型管的長度，而長U型管的長度主要由脹管的收縮率確定。在脹管時，銅管會有一個縮短的過程，此過程涉及的因素很多，如材質、脹管速度、潤滑情況等。

圖4 加工管端機構

圖5 正處加工兩器管端的沖頭

圖6 成型內部結構

目前空調器內的換熱器所采用的銅管(合金牌號)大部分是TP2，其狀態是中軟態(M)，此種薄壁銅管材質多是經過多次拉伸，并在650℃回火處理后的中軟狀態，它的屈服極限σ0.2在88～120 MPa。

銅管規格是：?9.52±0.05 mm，壁厚t 0.35± 0.03 mm。

（1）每根空調銅管計算屈服塑性變形所需的最大力F1，取空調兩器用薄壁銅管的最大屈服極限為：σ0.2=120 MPa，求空調換熱器用薄壁銅管的截面面積：

S=π 4(d2外-d2內)，

S1=π4(9.522-8.822)=10.1 mm2=10.1×10-6m2，根據：σ0.2=F1·S1，

F1=σ0.2×S1=120×106×10.1×10-6=1 212 N= 123.7 kg。

（2）計算112根銅管屈服塑性變形所需要的最大力F2

F2=112×F1=112×123.7=13 854.4 kg（3）脹管機脹制所需的壓下力F3

從理論說用13 854.4 kg的力就可以滿足脹管工作所需的力，并且還需要考慮脹管機的摩擦力等損失，以及沖頭在擴口時的面接觸，選取了一個安全系數n，取n=1.5：

F3=n×F2=1.5×13 854.4 kg=20 781.6 kg。

3 電控系統控制

3.1 脹管成型機的工作原理

脹頭插入熱交換器的銅管中，使銅管進行塑性變形，從而使銅管和翅片緊密接觸的目的。國內一般的鋁翅片孔徑是?9.95 mm，銅U型管是?9.52× 0.35 mm，通過沖頭用管后銅U型管的外徑是?10.05 mm，這樣兩器用的銅U型管和鋁翅片就獲得了0.1 mm的過盈配合，形成了管片式換熱器的一體化，從而獲得了較高的換熱效率。工作原理如圖7和圖8所示。

圖7 半成品（未脹管管前）

圖8 端口脹管后成品

掃描式脹管機最大的特點就是根據兩器的規格進行一次加工，系統會自動保存它的加工信息，第二次加工時就可以調出來，無需再作批產前的調試，能夠精確保證和第一次加工調好一樣的準確性。也可以手動調試，讓它記錄加工過的信息。這樣第二次加工調試設備就會節省很多調試時間。如果在加過程中沒有掃描到兩器加工件，設備就會報警停止運行工作[6-7]。

掃描兩器管端加工機的特點：節省材料，工件脹大部分無材料長度收縮；效率高，每分鐘脹管速度大于4米；模具更換方便快捷；擴口，打杯，一次成型，加工速度快；采用伺服電機調整加工件的高度，可以實現（1～4層之間）自動調整，精度高；采用三菱觸摸屏，功能強大，畫面清晰，操作方便。

3.2 管口脹管成型機的兩器成型工藝的原理

操作方式的選擇：掃描式管端加工成型機在接通電源時，所有控制操作均為點動狀態，可選擇自動、手動方式。按下手動按鈕方式，可根據控制操作面板所示，每個步驟程序都可以單獨完成。按下自動按鈕方式，只須操作面板上的觸摸屏按鍵或操作面板上的按鈕，則本機由PLC控制自動完成：放入工件——兩器放入U型定位——前固定板夾緊兩器——操作面板啟動按鈕——沖頭從左向右的工作——加工完成——取出加工的工件一系列動作。如上所述的加工步驟反復循環，到兩器的管件脹管加工成型，然后成型的動作回到原始設定位置，以便進入后續的脹管成型。

3.3 脹管成型機電控電源及主要參數

（1）使用電源：三相交流電源，380 V，50 Hz。

（2）主要技術參數如表1所示。

（3）電控部分：用伺服電機、可編程序多點位控制（PLC）集中控制，傳感器、觸摸屏操作面板、光柵、電控箱等組成。

表1 技術參數

系統總體電路設計如圖9所示。

圖9 電路圖

掃描伺服電機在操作控制面板上可以進行手動或自動控制。采用的是三菱可編程控制器進行集中控制，并具有絕對位置控制功能。

4 小結

本論文主要研究內容：對空調器用兩器全自動精確掃描兩器管端加工機詳細的闡述，包括安裝、壓緊、沖頭管端加工、自動掃描等；及對兩器端口加工成型機的工作原理研究。此臺脹管成型機已投入大批量加工生產，設備加工產品時運行可靠、加工產品深受用戶的好評，實現了人機交互界面易操作等特點。具有使用維護簡便、性能可靠、自動化智能操作效率高、運行平穩、技術工藝先進等優點。并且脹管加工成型的成品率高、銅管不容易開裂。

該機解決了原脹管機脹管時工件銅管收縮（3%～5%）的問題，節約了銅材，簡化了工藝，是未來脹管機的方向性產品。

［1］畢耀德.空調制冷換熱器超大型脹管機 ［J］.機械設計與制造，2000（4）：71-74.

［2］閻紅慶.全自動立式脹管機研制［J］.機械設計與制造，1999（10）：53-55.

［3］熊立貴.空調換熱器成型機開發及應用［J］.家電科技，2013（10）：74-76.

［4］熊立貴.三維數控空調銅管彎管機研究及應用［J］.家電科技，2012（11）：59-63.

［5］湯習成.冷沖壓工藝與模具設計［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2006.

［6］吳業正.小型制冷裝置設計指導［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［7］李玉春.制冷裝置制造工藝［M］.北京：人民郵電出版社，2003.

Development of the Heat Exchanger Tube Ends Accurate Automatic Scanning and Processing Machines

XIONG Li-gui1，LI Zhuang-zhi2，LI Fei-long3
（1.Zhongshan Torch Polytechnic，Zhongshan528436，China；2.Zhongshan Colego Automation Equipment Co.，Ltd.，Zhongshan528400，China；3.TCL Air Conditioner(zhongshan)Co.，Ltd.，Zhongshan528427，China）

Air conditioning heat exchanger refers to the evaporator and condenser.In air conditioning and refrigeration industry，heat exchanger tube sheet(condenser，evaporator)is air conditioners and refrigeration equipment key components，the heat transfer efficiency is an important indicator of the level of evaluation of air conditioners and refrigeration equipment quality.Automatic scanning precision air conditioner pipe end processing machine is the production of special equipment for high-speed presses processed aluminum fins and copper U-tube expansion together to achieve a fixed two flared rear end of the brass plate to meet the needs of the production process.This machine is developed by a new generation of machine，it scans the intelligent automatic location detection，with a high degree of automation，high efficiency，easy to use，blurted smooth，reliable performance.

air conditioner；heat-exchanger；intelligent automatic；scanning；expanding machine

TP23

A

1009－9492(2015)10－0084－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.021

熊立貴，男，1975年生，江西南昌人，大學本科，高級工程師。研究領域：非標設備的開發，機械制造及裝配。已發表論文20篇。

(編輯：向 飛)

2015－04－02