CN102398145B - 蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蛇形流道制冰板结构及其整体近净成型加工制造方法，传统的蛇形流道制冰板由两块薄钢板，通过熔化焊接，然后压力胀形而成；由于蛇形流道制冰板的焊道多、分布密，熔化焊接热输入较大，容易产生较大的残余应力，导致蛇形流道制冰板熔化焊接胀形加工后及其使用过程中容易发生变形和翘曲，从而影响到生产效率和制冰效果，严重时导致制冰机无法正常工作，必须停止生产，进行维修或更换。而采用铝合金整体厚度板材料，通过搅拌摩擦复合加工制造方法近净成型，能有效地解决蛇形流道制冰板焊接残余应力、变形和翘曲问题，使冷媒流动均匀、通畅、制冰良好，并提高了蛇形流道制冰板的热交换能力，减少加工工序，节约成本，特别适用于船舶运输领域对于制冰机的特殊要求，对于节能、资源友好的可持续经济发展具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是一种蛇形流道制冰板及其整体近净成型加工制造方法。
背景技术
普通的蛇形流道制冰板一般是采用长1.2~1.8m、宽0.5~1.2m的两块1~3mm厚的304不锈钢板材料通过电阻滚焊的方法焊接而成，经高压气体对不锈钢制冰板进行胀形，使之成型为具有蛇形中空流道的制冰板，让冷媒（如R-22或氨）在中空流道中流动。由于蛇形流道制冰板上的焊道多、分布密，电阻滚焊的方法焊接热输入较大，而且因为不锈钢线膨胀系数大、导热系数低（17w/m×kJ左右），电阻焊接时容易产生较大的焊接残余应力，导致蛇形流道制冰板焊接加工后和随后的使用过程中容易发生变形和翘曲，因此需要采用一种更适合的焊接方法来加工制造蛇形流道制冰板。
铝合金具有独特的物理化学性能，它密度小，电阻率小，线膨胀系数大和导热系数大。铝合金的密度比不锈钢小得多，导热系数比不锈钢大得多。采用铝合金来代替不锈钢不但可以减轻蛇形流道制冰板的重量，更能够减小焊接变形的发生，提高蛇形流道制冰板的工作效率。
普通的铝合金制冰板是由铝合金型材经过焊接而成的平行流制冰板，铝合金型材壁厚、结构成型复杂，使得铝合金平行流制冰板的重量大，消耗铝合金材料多，成本高，而且采用常规熔化焊接工艺成型的铝合金制冰板质量不太稳定，制冰板的热交换效率不太高。而由两块铝合金薄板制造的蛇形流道制冰板，传统的制造方法也需要通过气体保护熔化焊接方法，或者激光焊接方法进行连接，然后经压力胀形而成；与不锈钢薄板制造的制冰板一样，由于蛇形流道制冰板的焊道多、分布密，熔化焊接热输入较大，容易产生较大的残余应力，导致由两块铝合金薄板经熔化焊接制造的蛇形流道制冰板，在胀形加工后及其使用过程中容易发生变形和翘曲，从而影响到制冰板的生产效率和制冰效果，严重时导致制冰机无法正常工作，必须停止生产，进行制冰板的维修或更换。
搅拌摩擦焊是一种新型固相焊接方法，其焊缝中心的最高温度仅为熔化温度的80%，所以搅拌摩擦焊时不会产生与金属熔化有关的焊接缺陷。由于搅拌摩擦焊温度相对较低，焊接热输入较小，焊接后结构的残余应力或变形较小。同时，搅拌摩擦焊是一种绿色焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小。因此，采用搅拌摩擦焊来加工成型蛇形流道制冰板可以减小焊接热输入、减小了焊接残余应力，控制蛇形流道制冰板的焊接变形，并且搅拌摩擦焊接效益高，不需要其他填充焊料，对环境污染小，经济效益较高。而且，近年来，搅拌摩擦焊接技术与其它加工技术相结合，产生了许多复合加工制造新技术和新工艺，在机械制造领域具有巨大的应用前景。
采用铝合金整体厚度板材料，通过切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造方法近净成型内部中空的蛇形流道，能有效地解决采用两块薄板焊接然后胀形制造而成的蛇形流道制冰板因焊接残余应力、变形和翘曲问题，以及采用铝合金型材导致制冰板结构复杂、制冰板笨重、较厚以及工序繁杂的诸多问题，能够使得冷媒流动均匀、通畅、制冰良好，并提高了蛇形流道制冰板的热交换能力，减少加工工序，以及对材料、加工、人力资源的浪费，节约成本，特别适用于船舶运输领域对于制冰机的特殊要求，对于节能、资源友好的可持续经济发展具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有蛇形流道制冰板及其加工成型技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种新型结构的蛇形流道制冰板及其加工成型方法，特别是采用铝合金厚板整体材料和独特的结构形式，代替传统的不锈钢、铝合金型材和铝合金板材的结构形式来创新式地设计、加工、制造蛇形流道制冰板，以减少制冰板的厚度，提高制冰板的整体强度和抗失稳的能力，提高蛇形流道制冰板的效率和效果，减轻蛇形流道制冰板的自身重量，减小的焊接残余应力，减小制冰板的焊接变形以及使用过程中发生的不平衡变形与翘曲，使蛇形流道内的冷媒流道均匀，冷媒流动阻力小，提高蛇形流道制冰板抗冷热冲击能力与抗疲劳的性能。
本发明的目的是这样实现的：蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，制冰板结构由本体、进口管、出口管和内部空心流道构成；制冰板采用铝合金整体厚板材料，通过同时进行的切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造方法，整体近净成型为蛇形流道制冰板，进口管和出口管分别放置于铝合金厚板内部空心流道的两端，使用焊接方法将进口管、出口管与铝合金制冰板本体相连接，进口管、出口管与内部空心流道一起形成冷却介质的流动通道，无需通过模具、高压胀形工艺和其它焊接工序，使得蛇形流道制冰板整体近净成型；铝合金蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法包括以下步骤。
1）按结构设计要求，选取长度、宽度和厚度尺寸符合工程要求的铝合金厚板进行加工和处理：对铝合金厚板材进行预处理，施加预应力，增强整体强度，并对铝合金厚板材的表面进行清洁和干燥处理，然后将铝合金厚板放置于水平加工工作台面上，并保证铝合金厚板待加工区域的下表面垫实、不落空，使用夹具将铝合金厚板整体固定。
2）在铝合金厚板本体侧面的进口管安放部位先行加工出一个“凸”形槽，“凸”形槽的上部开口于铝合金厚板本体上表面，“凸”形槽的下部位于铝合金厚板本体侧面中部，将切削-搅拌摩擦焊接复合工具安装于“凸”形槽中；使切削-搅拌摩擦焊接复合工具的搅拌针位于“凸”形槽的上部，并将切削-搅拌摩擦焊接复合工具的搅拌摩擦焊接轴肩下表面与铝合金厚板本体的上表面压紧，在“凸”形槽的上部形成搅拌摩擦焊接加工方式；而切削-搅拌摩擦复合工具的铣削刀位于“凸”形槽的下部，在“凸”形槽的下部形成立铣削侧面切削加工方式；根据流道设计要求，利用切削-搅拌摩擦焊接复合工具，同时进行切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造的方式，对制冰板本体的蛇形流道进行顺序加工，在铝合金制冰板本体形成内部空心流道，而同时在铝合金制冰板本体上表面被使用的搅拌摩擦焊接方式进行了密封焊合，最后，在铝合金厚板本体侧面的出口管安放部位引出切削-搅拌摩擦复合工具，从完成铝合金制冰板蛇形流道的整体近净成型。
3）将进口管和出口管安置于铝合金制冰板本体内部空心流道的两端，并采用焊接方法将进口管和出口管与铝合金制冰板本体密封相连。
4）按设计要求检测蛇形流道制冰板的密封性能和强度指标，最终完成蛇形流道铝合金制冰板的加工制造。
所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，进口管和出口管是铝合金管，或铜合金管，或是通过机械制造工艺方法制造的铝铜复合管；进口管和出口管的横截面是圆形，或者长方形形、或者正方形；进口管和出口管与铝合金制冰板本体的内部空心流道形状相适应，不对在铝合金制冰板本体内部空心流道中流动的介质形成阻碍。
所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，采用立铣削侧面切削加工方式和搅拌摩擦焊接方式的复合加工制造方法；在立铣削侧面切削加工部位，使用水基环保型、对人体无害的铝合金铣削液，对铝合金制冰板本体起到良好的冷却、润滑、清洗、防锈、有色金属缓蚀作用，有效避免毛刺的产生，确保加工后的铝合金制冰板本体的内部空心流道的内表面光亮，有效防止铝合金材料加工后的变色，并促进废屑排屑容易，不粘刀；切削-搅拌摩擦焊接复合加工完成后，使用高压气体将铣削过程中残留在内部空心流道废屑吹出，清理干净铝合金制冰板本体内外部分；在搅拌摩擦焊接部位，使用夹具将铝合金制冰板本体固定装配在工作台上，在铝合金制冰板本体上表面搅拌摩擦焊接区域采用保护气体进行保护，并且在铝合金制冰板本体上表面采用水冷温度控制方法，以进一步降低焊接热输入和热应力。
所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，对铝合金厚板材进行施加预应力的预处理技术是采用表面微锻处理技术，或表面喷丸纳米化处理技术，或机械研磨表面纳米化处理技术，或机械表面微碾压处理，或机械微滚压处理，以提高铝合金制冰板本体的表面性能或整体强度。
所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，切削-搅拌摩擦焊接复合加工方法的工艺参数是：主轴旋转速度为300~2500r/min，加工速度为20~500mm/min，轴肩与铝合金制冰板本体上表面的压力为0.1~40KN，保护气体流量为10~30L/min，整体材料板厚8~30mm。
所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，适用于船用制冰领域；或用于超市保险；或用于禽类加工；或用于肉类加工；或用于面包饼干糕点加工；或用于乳品生产；或用于冰蓄能；或用于混凝土降温；或用于化工染料；或用于核电站；或用于军事舰艇；或用于酿酒工业；或用于蔬果保鲜；或用于矿井降温。
既可用于铝合金材料加工，也可用于镁合金材料加工，或用于不锈钢材料加工，或用于钛合金材料加工，或用于铜合金材料加工，或用于碳钢材料加工。
用于制冰板制造；或用于冷凝板制造；或用于蒸发板制造；或用于片冰机制造；或用于板冰机制造；或用于冷凝器制造；或用于蒸发器制造；或用于速冻设备的制造；或用于制冰设备的制造；或用于蒸发设备的制造；或用于冰蓄能设备的制造；或用于空调设备的制造。
既可用于蛇形流道结构的制造，也可用于蜂窝流道结构的制造，或桶状结构的制造，或板片状结构的制造。
采用氦气、或氩气、或氮气、或二氧化碳气体，或两元混合气体，或多元混合气体，进行区域保护。
采用可换铣刀头的切削-搅拌摩擦焊接复合工具，或采用固定铣刀头的切削-搅拌摩擦焊接复合工具，或采用铣刀头为一个可浮动轴肩的双轴肩自支撑的切削-搅拌搅拌摩擦焊接复合工具。
本发明利用导热系数（160 w/m×kJ）比不锈钢（17w/m×kJ）大，而密度（2800㎏/m3）比不锈钢轻（7900㎏/m3）的铝合金厚板材代替不锈钢薄板材，不但可以减小焊接残余应力、减小焊接变形，并且可以提高蛇形流道制冰板的冷却效果；而且，采用铝合金厚板材代替铝合金厚型材，可以减轻由铝合金型材制造而成的蛇形流道制冰板的重量，节约铝合金材料和加工成本；同时，采用采用铝合金厚板材代替铝合金薄板材，提高了薄板焊接胀形制造而成的蛇形流道制冰板的强度、降低了变形程度，提高了制冰板抗失稳的能力。本发明的蛇形流道制冰板是采用切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造的新方法，在铝合金厚板中间切削形成所需要的中空蛇形流道，同时，将类似于铣削加工“T”槽的上部采用搅拌摩擦焊接方法同时将其缝合，使得工件表面无损坏，形成所需要的封闭的中空式的蛇形流道，同时，在铣削过程中加入铣削液，在搅拌摩擦焊接部位采用气体保护，在工件上采用水冷温度控制方法降低焊接热输入和热应力。由于切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造方法，同时进行铣削加工和焊接加工两种状态，并且搅拌摩擦焊接方法是一种固态连接方法，这是在固相状态下完成缺口部位的焊接，形成封闭的中空结构，降低了焊接热输入、减小了焊接残余应力、能有效地防止蛇形流道制冰板使用过程中容易发生的变形和翘曲。并且在焊接时不需要对工件表面、中空流道内部进行复杂的清理，减小了焊接工序、提高了生产制造效益、减小了对环境的污染、增加了利润，这是新型制冰板整体加工近净成型的创新方法和技术。本发明制造的蛇形流道蛇形制冰板的中空流道，具有最终合理的结果和形状，能够使蛇形流道内的冷媒流动均匀，冷媒流动阻力小，热交换率高，各种技术参数均满足了制冷工程的实际需要。
相比现有技术，本发明具有如下优点。
1. 采用铝合金代替不锈钢能够在满足强度的条件下，减小焊接残余应力、减小焊接变形、提高蛇形流道制冰板的换热效率，减轻蛇形流道制冰板的重量。
2. 采用铝合金整体厚板材料代替铝合金型材结构，能够在满足强度技术指标的条件下，减轻蛇形流道制冰板的自身重量，减少型材的加工制造工序，减小成本，提高容积率，提高蛇形流道制冰板的换热效率和产量，节约材料、能源和人力资源。
3. 采用铝合金整体厚板材料代替铝合金薄板焊接胀形结构，能够提高制冰板的整体强度和抗变形能力，减小熔化焊接残余应力、降低焊接变形，提高蛇形流道制冰板的使用寿命。
4. 采用切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造新方法代替电阻滚焊、激光焊等方法制造蛇形流道制冰板，使得焊接温度低，焊接热输入少，产生的焊接残余应力小，焊接残余变形小，蛇形流道制冰板整体近净成型，减少了制造工序，提高了制造加工生产效率。不需要特殊的清理工作，不需要其他填充材料，材料生产加工的适应性好、产品质量高、易于实现自动化生产过程，在生产加工过程中无烟尘、辐射、飞溅、噪音及弧光等有害物质产生，对环境无污染，对操作工人无危害。
5. 对铝合金整体厚板材进行预处理，在铝合金厚板内产生预应力，提高了铝合金厚板整体的强度，因此，在制冰板使用过程中提高了其抗热力冲击和疲劳的能力,延长了使用寿命；在表面喷丸纳米化处理技术，或机械研磨表面纳米化处理技术，提高了制冰板的耐蚀性和表面质量，并且使制造出来的冰表面光滑易于脱离。
6.蛇形流道制冰板的中的内部中空流道的表面质量，可以通过铣削工具进行精确控制，通过蛇形流道制冰板中空流道内表面的粗糙度，从而提高了蛇形流道制冰板的换热效果，提供了汽化核心，降低了温度过冷度，易于制冰和制冷。
7.采用切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造方法，近净整体成型的蛇形流道制冰板中空流道的最终的形状易于控制，适应性强，能够制造多种截面形状的中空流道，并且使制冰板内的流动的介质流动均匀，流动阻力小，制冰效果良好。
8. 本发明提高了铝合金蛇形流道制冰板抗由温度和压力变化引起的疲劳能力，热效率高，冷媒的充注量少，流体惯性小，反应灵敏，满足了对日益上涨的能耗降低的要求，符合环保标准，减少了对材料、加工和人力资源的浪费；并且具有占地少，可拆卸检查清洗，板片数量和形式可控可变，制冷剂消耗少的优点。
9.本发明不仅适用于铝合金材料，而且还适用于其它材料，如镁合金材料、不锈钢材料、钛合金材料等，不仅适用于制造蛇形流道制冰板，还适用于于蜂窝流道等其它结构的制冰板，以及制冰桶的加工制造，应用范围十分广泛，如，建筑、核电、军舰、水产、食品等行业。
附图说明
图1 本发明的蛇形流道制冰板结构图。
图2蛇形流道制冰板中空流道剖面图。
图中，1. 制冰板本体；2. 进口管；3. 出口管；4. 空心流道；5. “凸”形槽的上部；6. “凸”形槽的下部。
具体实施方式
通过采用铝合金整体厚板材，利用切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造方法整体近净成型蛇形流道制冰板，有效解决蛇形流道制冰板焊接变形和翘曲问题，使介质流动均匀、通畅，提高蛇形流道制冰板的热交换效率，满足制冰板对冷热冲击的要求，减少对材料、加工和人力资源的浪费，实现对高效、优质、节能、环境友好的高质量蛇形流道制冰板的设计及其加工成型方法。
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，蛇形流道制冰板结构及其整体近净成型加工制造方法，制冰板结构由本体1、进口管2、出口管3和内部空心流道4构成；制冰板采用铝合金整体厚板材料，通过同时进行的切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造方法，整体近净成型为蛇形流道制冰板，进口管2和出口管3分别放置于铝合金厚板内部空心流道4的两端，使用焊接方法将进口管2、出口管3与铝合金制冰板本体1相连接，进口管2、出口管3与内部空心流道4一起形成冷却介质的流动通道，无需通过模具、高压胀形工艺和其它焊接工序，使得蛇形流道制冰板整体近净成型；铝合金蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法包括以下步骤。
步骤A. 按结构设计要求，选取长度、宽度和厚度尺寸符合工程要求的铝合金厚板进行加工和处理：对铝合金厚板材进行预处理，施加预应力，增强整体强度，并对铝合金厚板材的表面进行清洁和干燥处理，然后将铝合金厚板放置于水平加工工作台面上，并保证铝合金厚板待加工区域的下表面垫实、不落空，使用夹具将铝合金厚板整体固定。
步骤B.在铝合金厚板本体1侧面的进口管2安放部位先行加工出一个“凸”形槽，“凸”形槽的上部5开口于铝合金厚板本体1上表面，“凸”形槽的下部6位于铝合金厚板本体1侧面中部，将切削-搅拌摩擦焊接复合工具安装于“凸”形槽中；使切削-搅拌摩擦焊接复合工具的搅拌针位于“凸”形槽的上部5，并将切削-搅拌摩擦焊接复合工具的搅拌摩擦焊接轴肩下表面与铝合金厚板本体1的上表面压紧，在“凸”形槽的上部5形成搅拌摩擦焊接加工方式；而切削-搅拌摩擦复合工具的铣削刀位于“凸”形槽的下部6，在“凸”形槽的下部6形成立铣削侧面切削加工方式；根据流道设计要求，利用切削-搅拌摩擦焊接复合工具，同时进行切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造的方式，对制冰板本体1的蛇形流道进行顺序加工，在铝合金制冰板本体1形成内部空心流道4，而同时在铝合金制冰板本体1上表面被使用的搅拌摩擦焊接方式进行了密封焊合，最后，在铝合金厚板本体1侧面的出口管3安放部位引出切削-搅拌摩擦复合工具，从完成铝合金制冰板蛇形流道的整体近净成型。
步骤C.将进口管2和出口管3安置于铝合金制冰板本体1内部空心流道4的两端，并采用焊接方法将进口管2和出口管3与铝合金制冰板本体1密封相连。
步骤D. 按设计要求检测蛇形流道制冰板的密封性能和强度指标，最终完成蛇形流道铝合金制冰板的加工制造。
所述的蛇形流道制冰板结构及其整体近净成型加工制造方法，进口管2和出口管3是铝合金管，或铜合金管，或是通过机械制造工艺方法制造的铝铜复合管；进口管2和出口管3的横截面是圆形，或者长方形形、或者正方形；进口管2和出口管3与铝合金制冰板本体1的内部空心流道4形状相适应，不对在铝合金制冰板本体1内部空心流道4中流动的介质形成阻碍。
所述的蛇形流道制冰板结构及其整体近净成型加工制造方法，采用立铣削侧面切削加工方式和搅拌摩擦焊接方式的复合加工制造方法；在立铣削侧面切削加工部位，使用水基环保型、对人体无害的铝合金铣削液，对铝合金制冰板本体1起到良好的冷却、润滑、清洗、防锈、有色金属缓蚀作用，有效避免毛刺的产生，确保加工后的铝合金制冰板本体1的内部空心流道4的内表面光亮，有效防止铝合金材料加工后的变色，并促进废屑排屑容易，不粘刀；切削-搅拌摩擦焊接复合加工完成后，使用高压气体将铣削过程中残留在内部空心流道4废屑吹出，清理干净铝合金制冰板本体1内外部分；在搅拌摩擦焊接部位，使用夹具将铝合金制冰板本体1固定装配在工作台上，在铝合金制冰板本体1上表面搅拌摩擦焊接区域采用保护气体进行保护，并且在铝合金制冰板本体1上表面采用水冷温度控制方法，以进一步降低焊接热输入和热应力。
所述的蛇形流道制冰板结构及其整体近净成型加工制造方法，对铝合金厚板材进行施加预应力的预处理技术是采用表面微锻处理技术，或表面喷丸纳米化处理技术，或机械研磨表面纳米化处理技术，或机械表面微碾压处理，或机械微滚压处理，以提高铝合金制冰板本体1的表面性能或整体强度。
所述的蛇形流道制冰板结构及其整体近净成型加工制造方法，切削-搅拌摩擦焊接复合加工方法的工艺参数是：主轴旋转速度为300~2500r/min，加工速度为20~500mm/min，轴肩与铝合金制冰板本体1上表面的压力为0.1~40KN，保护气体流量为10~30L/min，整体材料板厚8~30mm。
所述的蛇形流道制冰板结构及其整体近净成型加工制造方法，用于船用制冰领域；或用于超市保险；或用于禽类加工；或用于肉类加工；或用于面包饼干糕点加工；或用于乳品生产；或用于冰蓄能；或用于混凝土降温；或用于化工染料；或用于核电站；或用于军事舰艇；或用于酿酒工业；或用于蔬果保鲜；或用于矿井降温。
既可用于铝合金材料加工，也可用于镁合金材料加工，或用于不锈钢材料加工，或用于钛合金材料加工，或用于铜合金材料加工，或用于碳钢材料加工。
用于制冰板制造；或用于冷凝板制造；或用于蒸发板制造；或用于片冰机制造；或用于板冰机制造；或用于冷凝器制造；或用于蒸发器制造；或用于速冻设备的制造；或用于制冰设备的制造；或用于蒸发设备的制造；或用于冰蓄能设备的制造；或用于空调设备的制造。
既可用于蛇形流道结构的制造，也可用于蜂窝流道结构的制造，或桶状结构的制造，或板片状结构的制造。
采用氦气、或氩气、或氮气、或二氧化碳气体，或两元混合气体，或多元混合气体，进行区域保护。
采用可换铣刀头的切削-搅拌摩擦焊接复合工具，或采用固定铣刀头的切削-搅拌摩擦焊接复合工具，或采用铣刀头为一个可浮动轴肩的双轴肩自支撑的切削-搅拌搅拌摩擦焊接复合工具。
本发明制冰板结构及其加工成型方法，适用于多种金属材料，适用于多种流道结构的制冰板及其加工制造过程，使用于多种领域，并不局限于蛇形流道制冰板范围；本发明采用铝合金整体厚板材料，结合切削-搅拌摩擦焊接复合工具，采用切削-搅拌搅拌摩擦焊接复合加工方法，同时进行铣削和焊接两个过程，整体近净成型制冰板，能有效地解决蛇形流道制冰板焊接变形和翘曲问题，使介质流动均匀、通畅，提高了蛇形流道制冰板抗由温度和压力变化引起的疲劳能力，热效率高，介质的充注量少，流体惯性小，反应灵敏，满足了国家经济发展对成本日益上涨的能源消耗降低的需要，符合国家环保标准，减少了对材料、设备、人力资源的浪费，节约了能源；并且具有占地少，可拆卸检查清洗，单位体积的容积率提高，强度改善，制冷剂消耗少的优点，蛇形流道制冰板的使用寿命提高。
实施例一。
下述实施例是按照本发明提供的制冰板结构和整体近净成型方法来实施的，并不意味着是对本发明保护范围的限制。
船用铝合金蛇形流道制冰板的制造加工。参见图1和图2所示，6063铝合金整体厚板材料，其尺寸为长1.5m、宽0.8m、厚12mm，进行加工和机械预应力碾压处理后，对铝合金厚板进行表面喷丸纳米化处理，采用切削-搅拌搅拌摩擦焊接复合工具，将铝合金整体厚板通过夹具固定于工作台，使铝合金整体厚板背面垫实，无空隙存在，使用搅拌摩擦焊接设备或者立式龙门铣床设备进行加工；采用切削-搅拌搅拌摩擦焊接复合加工工艺，切削-搅拌搅拌摩擦焊接复合工具以1200r/min速度旋转，焊接速度为100mm/min，搅拌摩擦焊接去采用氩气为保护气体，其流量为20L/min，采用水基环保型铣削液进行铣削加工，铝合金整体厚板材料采用隔绝水冷的方式控制其加工制造温度；采用引出板取出切削-搅拌搅拌摩擦焊接复合工具，使铝合金厚板上不留匙孔，采用高压气体清理中空蛇形流道，完成制冰板中空蛇形流道的整体近净成型；将铝铜复合进口管和铝铜复合出口管采用电弧焊接方法与制冰板本体密封相连；经密封性检测和耐压强度、疲劳试验检验合格后，进行表面后处理，最后包装，形成了船用铝合金蛇形流道制冰板。
实际加工制造时，因根据不同结构设计和技术要求，用途和使用环境，确定需要使用的切削-搅拌搅拌摩擦焊接复合工具以及加工制造工艺，采用本发明提供的结构和方法，应综合考虑各种加工制造工艺参数的合理匹配，并且需要对主要工艺参数进行优化，可保证高效、优质、低成本、新型制冰板整体近净成型的切削-搅拌搅拌摩擦焊接复合加工制造过程的实施。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (6)
1.蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，其特征在于，制冰板结构由本体（1）、进口管（2）、出口管（3）和内部空心流道（4）构成；制冰板采用铝合金整体厚板材料，通过同时进行的切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造方法，整体近净成型为蛇形流道制冰板，进口管（2）和出口管（3）分别放置于铝合金厚板内部空心流道（4）的两端，使用焊接方法将进口管（2）、出口管（3）与铝合金制冰板本体（1）相连接，进口管（2）、出口管（3）与内部空心流道（4）一起形成冷却介质的流动通道，无需通过模具、高压胀形工艺和其它焊接工序，使得蛇形流道制冰板整体近净成型；铝合金蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法包括以下步骤：
步骤A.按结构设计要求，选取长度、宽度和厚度尺寸符合工程要求的铝合金厚板进行加工和处理：对铝合金厚板进行预处理，施加预应力，增强整体强度，并对铝合金厚板的表面进行清洁和干燥处理，然后将铝合金厚板放置于水平加工工作台面上，并保证铝合金厚板待加工区域的下表面垫实、不落空，使用夹具将铝合金厚板整体固定；
步骤B.在铝合金厚板本体（1）侧面的进口管（2）安放部位先行加工出一个“凸”形槽，“凸”形槽的上部（5）开口于铝合金厚板本体（1）上表面，“凸”形槽的下部（6）位于铝合金厚板本体（1）侧面中部，将切削-搅拌摩擦焊接复合工具安装于“凸”形槽中；使切削-搅拌摩擦焊接复合工具的搅拌针位于“凸”形槽的上部（5），并将切削-搅拌摩擦焊接复合工具的搅拌摩擦焊接轴肩下表面与铝合金厚板本体（1）的上表面压紧，在“凸”形槽的上部（5）形成搅拌摩擦焊接加工方式；而切削-搅拌摩擦复合工具的铣削刀位于“凸”形槽的下部（6），在“凸”形槽的下部（6）形成立铣削侧面切削加工方式；根据流道设计要求，利用切削-搅拌摩擦焊接复合工具，同时进行切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造的方式，对制冰板本体（1）的蛇形流道进行顺序加工，在铝合金制冰板本体（1）形成内部空心流道（4），而同时在铝合金制冰板本体（1）上表面使用搅拌摩擦焊接方式进行密封焊合，最后，在铝合金厚板本体（1）侧面的出口管（3）安放部位引出切削-搅拌摩擦复合工具，从而完成铝合金制冰板蛇形流道的整体近净成型；
步骤C.将进口管（2）和出口管（3）安置于铝合金制冰板本体（1）内部空心流道（4）的两端，并采用焊接方法将进口管（2）和出口管（3）与铝合金制冰板本体（1）密封相连；
步骤D.按设计要求检测蛇形流道制冰板的密封性能和强度指标，最终完成蛇形流道铝合金制冰板的加工制造。
2.按照权利要求1所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，其特征在于：进口管（2）和出口管（3）是铝合金管，或铜合金管，或是通过机械制造工艺方法制造的铝铜复合管；进口管（2）和出口管（3）的横截面是圆形，或者长方形、或者正方形；进口管（2）和出口管（3）与铝合金制冰板本体（1）的内部空心流道（4）形状相适应，不对在铝合金制冰板本体（1）内部空心流道（4）中流动的介质形成阻碍。
3.按照权利要求1所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，其特征在于：采用立铣削侧面切削加工方式和搅拌摩擦焊接方式的复合加工制造方法；在立铣削侧面切削加工部位，使用水基环保型、对人体无害的铝合金铣削液，对铝合金制冰板本体（1）起到良好的冷却、润滑、清洗、防锈、有色金属缓蚀作用，有效避免毛刺的产生，确保加工后的铝合金制冰板本体（1）的内部空心流道（4）的内表面光亮，有效防止铝合金材料加工后的变色，并促进废屑排屑容易，不粘刀；切削-搅拌摩擦焊接复合加工完成后，使用高压气体将铣削过程中残留在内部空心流道（4）废屑吹出，清理干净铝合金制冰板本体（1）内外部分；在搅拌摩擦焊接部位，使用夹具将铝合金制冰板本体（1）固定装配在工作台上，在铝合金制冰板本体（1）上表面搅拌摩擦焊接区域采用保护气体进行保护，并且在铝合金制冰板本体（1）上表面采用水冷温度控制方法，以进一步降低焊接热输入和热应力。
4.按照权利要求1所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，其特征在于：对铝合金厚板进行施加预应力的预处理技术是采用表面微锻处理技术，或表面喷丸纳米化处理技术，或机械研磨表面纳米化处理技术，或机械表面微碾压处理，或机械微滚压处理，以提高铝合金制冰板本体（1）的表面性能或整体强度。
5.按照权利要求1所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，其特征在于，切削-搅拌摩擦焊接复合加工方法的工艺参数是：主轴旋转速度为300～2500r/min，加工速度为20～500mm/min，轴肩与铝合金制冰板本体（1）上表面的压力为0.1～40KN，保护气体流量为10～30L/min，整体材料板厚8～30mm。
6.按照权利要求1、或2、或3、或4、或5所述的蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法，其特征在于：
所述切削-搅拌摩擦焊接复合工具采用可换铣刀头的切削-搅拌摩擦焊接复合工具，或采用固定铣刀头的切削-搅拌摩擦焊接复合工具，或采用铣刀头为一个可浮动轴肩的双轴肩自支撑的切削-搅拌摩擦焊接复合工具。
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