空調(diào)換熱器U型管常見加工缺陷與對策

黃冬磊

格力電器（合肥）有限公司 安徽合肥 230000

空調(diào)換熱器U型銅管是換熱器的重要組成部分，其加工質(zhì)量的好壞直接影響到空調(diào)整體性能，在空調(diào)廠內(nèi)加工長U管時，受彎管加工過程中的銅管材質(zhì)、參數(shù)調(diào)節(jié)、備件使用等因素的影響，容易產(chǎn)生彎皺、彎癟、彎裂等各種缺陷。本文主要通過對彎管過程進行分析，從而對常見加工缺陷提出相應(yīng)的對策。

1 理論分析

1.1 彎制U型管時的銅管受力分析

根據(jù)空調(diào)換熱器U型管生產(chǎn)過程，分析彎制銅管時的受力。銅管的來料參數(shù)假設(shè)為TP2MΦD*S（D為外徑，S為管壁厚，此處壁厚為底壁厚與齒高之和），當直管彎曲成U型管時，長彎管機彎彎管時的力為M，拉應(yīng)力σ1使得銅管拉伸形變U管外壁厚減薄，壓應(yīng)力σ2使得銅管擠壓形變，U管內(nèi)壁厚增厚，如圖1所示。

1.2 U管彎曲部位斷面變形及壁厚變化

在拉應(yīng)力產(chǎn)生的合力F1和F2作用下，彎曲處的橫截面發(fā)生變形成近橢圓形，也就是通常生產(chǎn)中用彎扁率，當銅管受力彎時，格力一般生產(chǎn)對彎扁率的要求是≦1.03。彎扁率的計算方式：

其中：x——彎曲處截面最寬處尺寸；

y——彎曲處截面最窄處尺寸。

通過對其彎扁率與曲率變化的關(guān)系分析及實際生產(chǎn)驗證都得出相同結(jié)論，即對于同一規(guī)格、同一廠家銅管，彎管處彎曲程度越大，其橫斷面彎扁率越大。由對銅管應(yīng)力的應(yīng)變分析可知，銅管在彎曲部位U管外側(cè)（遠離芯頭側(cè)）壁厚減薄，U管內(nèi)側(cè)（靠近芯頭側(cè)）壁厚增厚。銅管彎曲外側(cè)的最大壁厚t1和內(nèi)側(cè)的最小壁厚t2，可以用式（2）、式（3）作近似估算：

式中：t——銅管管原始壁厚；

D——銅管外徑；

r——彎曲半徑（中心層）。

由式（2）、式（3）可以得出，銅管壁厚的變化量與銅管相對厚度t/D及相對彎曲半徑r/D有關(guān)。根據(jù)以上變形分析，使用φ7.94×0.25×0.18的內(nèi)螺紋在r=22毫米的條件下彎制長U管（底壁厚t，平均值0.25毫米），測量彎制好的U型管底壁厚，測量內(nèi)外側(cè)尺寸值。

利用公式（2）和公式（3）可以得出理論t1=0.32毫米，相比實際生產(chǎn)測量值偏差0.011毫米，t2=0.21毫米，相比實際生產(chǎn)測量值偏差0.016毫米。經(jīng)過實際彎制和理論計算據(jù)都表明了壁厚在U型管底部變形量最大，彎扁率在底部兩側(cè)35°～55°方向上最為明顯。同時，由于彎管處外端壁厚變薄，在實際生產(chǎn)中容易出現(xiàn)彎裂，彎管處內(nèi)側(cè)擠壓變形，壁厚增厚容易產(chǎn)生彎皺。

圖1 銅管彎制時受力和變形情況

圖2 管子彎曲處橫截面變形情況

2 缺陷分析及對策

2.1 缺陷產(chǎn)生的相關(guān)要素分析

結(jié)合空調(diào)U管的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，在長U管機彎管過程中，芯頭從銅管內(nèi)部支撐住抵消一部分的作用力，并且在彎管過程中，芯頭與內(nèi)壁會產(chǎn)生一定的摩擦，若間隙過小，摩擦力過大，就容易刮傷銅管內(nèi)部，嚴重的還會導致芯金頭斷裂在U管內(nèi)，造成空調(diào)產(chǎn)品的系統(tǒng)漏堵。如果間隙過大，則芯金對銅管的支撐不足，也會造成U管內(nèi)側(cè)起皺扁平率較大。目前一般芯頭選取的原則是0.1mm≤S-D≤0.15mm。如表1所示。

表1 常見銅管對應(yīng)彎管芯頭直徑

若芯頭伸出量不足，即芯頭最大直徑處尚未與管內(nèi)壁接觸時，芯頭未起到支撐的作用，U管彎管部扁平率過大，或者出現(xiàn)內(nèi)側(cè)起皺；但當伸出量過長時，芯頭會成為銅管隨彎模轉(zhuǎn)動的阻礙，U管外側(cè)出現(xiàn)彎突、開裂或者直接折斷芯金頭。

長U彎管機操作流程中，芯棒前進就是使芯棒有合理的伸出量。芯頭插入管子開始彎曲處的位置尺寸e（如圖3所示）是影響彎管質(zhì)量的一個不可忽視的因素。

如果伸出量過大，可能會擠裂U管外壁；如果插入不足，由于彎曲處缺乏支撐力，銅管容易彎扁，U管內(nèi)側(cè)還可能起皺。芯棒插入管子的初始位置尺寸e可參照式（4）選取：

其中：e——芯棒初始插入點與銅管彎曲起始處的距離；

d1——銅管內(nèi)徑。

為彎出產(chǎn)品質(zhì)量符合企標的長U管，在按照上式選取e值后，應(yīng)先進行試彎，根據(jù)試彎情況再調(diào)整芯棒直至最優(yōu)，在相應(yīng)彎管機上實驗出同批次的回彈量并調(diào)整修正補償角度，這樣彎制出的U管其圓弧處的橫截面形狀基本都能保證彎扁率不超標。芯頭最大處直徑尺寸d2可參照經(jīng)驗公式（5）選取：

式中：d2——芯頭最大處直徑；

d3——管內(nèi)徑名義尺寸。

通過對外徑為7毫米，總壁厚為0.40毫米的內(nèi)螺紋銅管，用芯頭尺寸為5.97毫米的芯棒，在彎管機上進行彎管試驗，得知只有在一定間隙和芯頭位置的條件下才能得到高質(zhì)量的U管。

在彎管過程中，銅管與芯頭直接接觸相互摩擦，必須使用專用的彎管油進行潤滑，減少因干澀導致的彎管不良，如果噴油量過小或噴油周期不足，會導致芯金與銅管摩擦阻力變大，銅管內(nèi)壁齒型容易變形，彎管時銅管容易彎扁，芯金由于摩擦力較大容易在反復彎制中掉落到長U管中，造成系統(tǒng)堵塞，如果噴油量過大，周期過頻繁會導致后工序烘干不良，銅管內(nèi)殘油，有銅管蟻巢腐蝕隱患。因此銅管與芯頭之間的間隙，芯頭合理的伸出量以及長U機噴油量噴油周期對彎制U管都起到了重要的作用。

要避免各種缺陷的產(chǎn)生就要對銅管和芯頭作一定的匹配，同時對不同管徑不同彎管設(shè)備的彎管機進行噴油量參數(shù)的標準化。

2.2 彎皺缺陷的產(chǎn)生及分析

結(jié)合空調(diào)廠商生產(chǎn)U型管的實際經(jīng)驗來看，在使用專業(yè)的有芯彎管設(shè)備彎制高質(zhì)量的內(nèi)螺紋銅管時，最容易產(chǎn)生的是底部彎皺，如圖4所示。

（1）前切點處起皺：前切點起皺一般是由于前切點處管壁在彎曲過程中得不到芯棒支撐，防皺模位置靠后型槽尺寸大造成，前切點處起皺一般是由于芯棒安裝時提前量e過小，或芯棒前端過度磨損導致芯金頭尺寸偏小，需要測量芯金頭最大外徑是否符合要求以及伸出量是否合理。

（2）后切點處起皺：后切點起皺一般是由于沒有安裝防皺模，或雖有防皺模但防皺模的安裝與彎管模之間的切點位置不在同一條中心線上，或者防皺模傾斜度太大，未能有效支撐管壁；芯軸的直線段直徑偏小，插入銅管后間隙太大，未能有效支撐管壁，助推壓力大或助推速度與旋轉(zhuǎn)速度不配；檢測彎曲段銅管壁厚，若厚度減少不多，說明壓模壓力可能小；防皺模尖部磨損，根部與輪模型腔配合不好，這些都會造成后切點處起皺。

（3）圓弧內(nèi)側(cè)全皺紋：使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)一開始使用的幾卷料是好的，換料后就出現(xiàn)圓弧內(nèi)側(cè)全皺紋現(xiàn)象, 出現(xiàn)這種情況主要是內(nèi)螺紋銅管尺寸不均一，需要排查不同廠家不同批次銅管內(nèi)徑差。當內(nèi)螺紋銅管內(nèi)徑過大，造成芯棒與銅管間的間隙過大。尤其在使用球型芯棒時，如果球節(jié)直徑較小，再加上節(jié)距不當?shù)仍蚋桩a(chǎn)生皺紋；防皺模尖部過厚且位置靠前，在輪模切點形成臺階，彎曲時U管內(nèi)側(cè)受壓，當管材料硬度低時，在此形成堆積。壓緊模的壓力偏小，銅管受力不足導致前竄，銅管內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力的作用后有失穩(wěn)起皺的空間。銅管前竄導致銅管在彎曲過程中很好地與彎管模及防皺模貼合，產(chǎn)生圓弧內(nèi)側(cè)全皺紋。

3 結(jié)論

根據(jù)以上對銅管受力分析、芯頭的伸長量、銅管與芯頭之間的間隙、芯頭的構(gòu)造分析得出，要減少U管生產(chǎn)過程中的缺陷，可以采取以下措施：

（1）控制銅管的橢圓度，使用矯直系統(tǒng)，以保證彎頭與銅管之間的間隙；

（2）根據(jù)銅管尺寸選取合理的芯金頭，以選取合適的間隙，調(diào)整芯頭的位置達到最佳位置，定期檢查芯金頭磨損及掉落情況；

圖3 芯棒的合理伸出量

圖4 U型管彎皺

（3）針對不同管徑和不同彎管機設(shè)定對應(yīng)噴油量和噴油周期并進行標準化，定期檢查設(shè)備噴油情況及設(shè)備參數(shù)變化。