板翅式換熱器高精度翅片成形創(chuàng)新研究

毛國平 董明智

摘 要 板翅式換熱器是各類氣體分離設(shè)備的熱交換器，而翅片是板翅式換熱器的關(guān)鍵部件，占整個換熱器體積的80%以上。復(fù)雜型面高精度翅片成形技術(shù)是制造中高壓高效板翅式換熱器，實現(xiàn)大型、特大型空分設(shè)備國產(chǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)。多年來，高精度翅片以其成形工藝復(fù)雜、制造精度要求高、生產(chǎn)效率低成為全球行業(yè)性技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞 板翅式換熱器;翅片;成形;創(chuàng)新

引言

由于板翅式換熱器翅片規(guī)格的多樣化及材料的特殊性（材料為鋁箔，強度低，節(jié)距之間的彈性大），通用的裁斷設(shè)備及碼料設(shè)備無法實現(xiàn)翅片的自動裁斷與自動碼料。之前，國內(nèi)外空分企業(yè)均采用人工方式對翅片進行裁斷與碼料，導(dǎo)致翅片的生產(chǎn)效率低、誤差大、廢品多。

為了提高翅片的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)翅片生產(chǎn)過程的自動化，項目組對翅片裁斷和碼料的工藝進行了研究，并進行了大量的工藝和結(jié)構(gòu)實驗，由此開發(fā)出了翅片自動裁斷設(shè)備及翅片自動碼料設(shè)備。翅片自動裁斷設(shè)備依靠由電磁鐵驅(qū)動的壓緊機構(gòu)阻止裁斷過程中翅片向前運動，加上導(dǎo)向機構(gòu)，以保證翅片裁斷面的線性度，依靠由伺服電機驅(qū)動的裁斷機構(gòu)實現(xiàn)對翅片的裁切。自動裁斷設(shè)備的周期裁斷動作用時只有2秒，不影響翅片連續(xù)沖壓成形。翅片自動碼料設(shè)備設(shè)計了兩個可間斷碼料工位，翅片通過撥料機構(gòu)滑動到碼料托架上，碼料托架通過伺服電機驅(qū)動實現(xiàn)上下碼料運動。每一次碼料運動，托架下降一個翅高距離，保證下次碼料時翅片又能在同一個平面上滑動，實現(xiàn)翅片自動化無損傷碼料。

1實施效果

通過本項研究，進一步完善了鋁合金薄板復(fù)合彎曲成形理論內(nèi)涵和主要技術(shù)，創(chuàng)新了板翅式換熱器高精度翅片成形技術(shù)和工藝。研究結(jié)果已全部用于提升復(fù)雜翅片的制造技術(shù)水平，該技術(shù)及關(guān)鍵制造設(shè)備填補了國內(nèi)空白，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。項目組開發(fā)的板翅式換熱器高精度翅片自動成形生產(chǎn)線已在項目合作企業(yè)寧波寧創(chuàng)自動化設(shè)備有限公司實現(xiàn)了定型生產(chǎn)，系列翅片成形機已通過FIVES公司法國總部的技術(shù)檢測和生產(chǎn)試驗并率先出口法國和德國，項目技術(shù)水平和使用效果在國內(nèi)外獲得一致好評，得到了用戶的高度評價。在不到兩年時間內(nèi)該生產(chǎn)線已成功推廣55條，目前國內(nèi)四川川空股份有限責(zé)任公司、開封空分集團有限責(zé)任公司、杭州中泰過程設(shè)備有限責(zé)任公司等企業(yè)都在使用本項目技術(shù)設(shè)備。杭州杭氧集團有限公司等企業(yè)已與項目合作公司達成批量引進的意向。本項目的開發(fā)成功，使我國實現(xiàn)了大型、特大型中高壓空分設(shè)備重大技術(shù)裝備的國產(chǎn)化，極大地提升我國板翅式換熱器制造行業(yè)的核心國際競爭力，使我國由空分設(shè)備大國向空分設(shè)備強國邁進。同時為實現(xiàn)工業(yè)升級轉(zhuǎn)型，打造低碳綠色的節(jié)約型可持續(xù)發(fā)展社會做出了貢獻。本項目開發(fā)的薄板成形技術(shù)和翅片成形技術(shù)及設(shè)備也可應(yīng)用于其他工業(yè)領(lǐng)域，如汽車覆蓋件新型吸震材料，多孔結(jié)構(gòu)吸聲、吸波材料，家用空調(diào)、汽車空調(diào)新型換熱器制造等領(lǐng)域。

2主要技術(shù)創(chuàng)新點

板翅式換熱器高精度翅片自動成形生產(chǎn)的相關(guān)工藝及多項技術(shù)填補了國內(nèi)外空白，同時該項目成套技術(shù)裝備已獲得國家多項專利授權(quán)。主要有以下技術(shù)創(chuàng)新點：

（1）理論及試驗方法創(chuàng)新：此前板料彎曲成形回彈研究中，采用V型和U型試驗方法，大都針對鋼鐵材料。對3003、3004鋁合金薄板N型折彎機理和回彈試驗的研究尚屬首次。利用有限元數(shù)值模擬方法對N型、M型或W型復(fù)合折彎成形機理及回彈過程進行深入系統(tǒng)研究，其邊界受限和約束復(fù)雜，分析難度大，這是前人未曾進行的工作，研究成果填補了有關(guān)開模條件下薄板復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的復(fù)合成形理論方面的空白[1]。

（2）成形工藝技術(shù)創(chuàng)新：本項研究首次提出M型或W型復(fù)合折彎工藝方法，其成形過程是材料纖維方向的多重受限折彎及齒寬方向約束錯列剪裁的三維復(fù)合成形過程，主要采用了以下技術(shù)：①多刀技術(shù)-使傳統(tǒng)的翅片單齒單次成形變?yōu)閱锡X多次成形，無須二次擠壓整形工藝就能保證翅片節(jié)距的一致性，解決了翅片翅形精度及節(jié)距精度難以保證的技術(shù)難題;②整體刀片技術(shù)-研制出整體模具刀片，解決了單齒組合刀片精度低、強度低、壽命短、安裝煩瑣的問題;③復(fù)合成形技術(shù)-在折彎成形基礎(chǔ)上附加了塑性整形技術(shù)，翅片齒頂形成一定面積的平面，大大增加了翅片的釬焊強度;④固定式脫模技術(shù)-設(shè)計了固定脫模結(jié)構(gòu)，解決已有的浮動脫模引起的精度不穩(wěn)定問題。

（3）產(chǎn)品技術(shù)集成創(chuàng)新：開發(fā)的ZWK系列翅片折彎沖壓機生產(chǎn)線屬國內(nèi)首創(chuàng)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，達世界先進水平。設(shè)備主要采用以下新技術(shù)：①采用上下分體結(jié)構(gòu)，使沖壓模具上下刀片都有沖壓動作，實現(xiàn)了設(shè)備柔性可調(diào);②采用液壓系統(tǒng)脹緊上座的恒力沖壓，保證了翅片平面的高精度，方便了翅高調(diào)整，降低了設(shè)備振動和噪聲;③采用伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)來調(diào)整模具閉合高度，實現(xiàn)了翅片高度的精確調(diào)整;④采用伺服系統(tǒng)和一套獨特的杠桿彈性系統(tǒng)，實現(xiàn)了節(jié)距的精確調(diào)整;⑤采用彈性系統(tǒng)設(shè)計方案，解決了高速沖壓中共振與噪聲的技術(shù)難題;⑥采用特殊的數(shù)齒裁斷系統(tǒng)，變絕對數(shù)齒裁斷為相對數(shù)齒裁斷，解決了翅片裁斷精度低、效率低、易損壞的技術(shù)難題。

3與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力的比較

國內(nèi)傳統(tǒng)的翅片成形技術(shù)裝備盡管售價較低，但在生產(chǎn)效率、成形精度及操作性方面已遠遠落后于英國FMC產(chǎn)品和本項目設(shè)備，不具備市場競爭力，已基本淘汰出局。FMC翅片成形設(shè)備沖壓力不可調(diào)，難以生產(chǎn)全系列規(guī)格的翅片，潤滑散熱不理想，翅片的翅高及節(jié)距精度不高，沒有自動裁斷和自動碼料系統(tǒng)，且其售價每臺近千萬元人民幣，是本項目設(shè)備的10余倍。總體而言，本項目設(shè)備的部分技術(shù)指標(biāo)與FMC設(shè)備相當(dāng)，但綜合指標(biāo)及性能全面優(yōu)于FMC設(shè)備。在市場認可度和占有率方面，根據(jù)FMC公司銷售記錄顯示，過去10多年此設(shè)備只銷售10套左右，平均每年不到一套，說明還沒有得到用戶的完全肯定。

板翅式換熱器高精度翅片成形創(chuàng)新為我國空分行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級和國際競爭力提高做出了貢獻;該技術(shù)裝備的研制成功提升了板翅式換熱器裝備技術(shù)性能，該項目多項技術(shù)填補了該領(lǐng)域的技術(shù)空白，并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。為節(jié)能減排及發(fā)展低碳經(jīng)濟做出了貢獻;利用本項目技術(shù)及裝備生產(chǎn)的高精度翅片大大增加了換熱器翅片的釬焊面積和強度，提高了換熱器的使用壓力和換熱效率，換熱效率比其他類型換熱器高 30%-50%，可有效減少資源消耗。

參考文獻

[1] 王松漢.板翅式換熱器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984：22-23.