CN102441775A - 一种三维整体非连续外翅片及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有较大表面积、高传热性能的三维整体非连续外翅片管的制造方法，采用滚压、犁切/挤压复合成形。该加工方法在普通车床上进行，首先是用标准滚花刀在金属基管上加工出二维V型沟槽，然后采用自行设计的犁切/挤压刀具，通过犁切/挤压过程在二维V型沟槽上加工出三维整体非连续外翅片结构。采用该方法加出的三维整体非连续外翅片管，翅片形成过程属无屑加工，相比相同内径和壁厚的光管，大大提高了传热表面积，有效增加了材料的利用率，并且翅片是在基管上直接加工出来的，翅片和基管之间不存在接触热阻，因此显著提高了传热性能。
Description
技术领域
本发明涉及传热与节能技术领域，具体是指一种三维整体非连续外翅片及其加工方法。
背景技术
面对日益严重的能源危机，节能已经成为全球性的共识，强化传热技术是指能显著改善传热性能的节能新技术，可大大提高传热效率。翅片管作为一种最常的强化传热元件，被广泛应用于电力、冶金、机械、石油、化工、电子、制冷、航空航天、国防军工、生物制药等行业的强化传热与节能。
目前工业上常用的外翅片管基于第二代传热技术的二维连续外翅片管，制造方式主要有套片、绕片、滚轧等，这几种方法制造的翅片都是以一定的方法安装在基管上，存在加工工艺复杂、成本高等缺点，并且翅片和基管之间结合不紧密，接触热阻较大，降低了传热性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种三维整体非连续外翅片及其加工方法，解决了现有技术加工外翅片管存在着翅片和金属基管之间结合不紧密，接触热阻大、工艺复杂、加工成本高等技术问题。
本发明的目的可通过如下技术方案来实现：
一种三维整体非连续外翅片加工方法，如下步骤：
(1)沿金属基管的外圆周加工出二维沟槽。具体加工过程：将金属基管装夹于车床上，在金属基管内部嵌入不锈钢棒作为支撑以增加金属基管管体强度，车床上安装跟刀架，跟刀架支架上安装两个顶柱，防止金属基管在水平和竖直方向变形，采用滚花刀具沿金属基管的外圆周滚压出二维沟槽。
(2)用犁切/挤压刀具沿金属基管的外圆周犁切/挤压二维沟槽，得到三维整体非连续外翅片。具体加工过程是：将步骤(1)加工好的带二维沟槽的金属基管装夹于车床上，在管内嵌入不锈钢棒作为支撑以增加金属基管管体强度，车床上安装跟刀架，跟刀架支架上安装两个顶柱，防止金属基管在水平和竖直方向上变形，采用犁切/挤压刀具沿金属基管外圆周犁切/挤压该二维沟槽，得到三维整体非连续外翅片。
二维沟槽深度为0.30～0.51mm。二维沟槽为“V”型结构。金属基管可采用铜管或者不锈钢管。
用犁切/挤压刀具沿金属基管的外圆周犁切/挤压二维沟槽，加工的翅片高度为0.78mm～1.28mm，具有三维非连续性和表面形貌结构丰富等特征。
上述加工方法得到的三维整体非连续外翅片，翅片呈一定间距在基管上有规律的排列，单个翅片结构呈圆弧形(其他形状可以根据要求自行制造刀具即可)，具有丰富的表面结构，和相同内径、壁厚的光管相比，大大提高了传热表面积，有效增加了材料的利用率，并且翅片是在基管上直接加工出来的，翅片和金属基管之间不存在接触热阻，因此显著提高了传热性能。
本发明技术手段简便易行，传热效果好，成本低，便于推广应用。
附图说明
图1为三维整体非连续外翅片，滚压过程示意图。
图2为三维整体非连续外翅片，犁切/挤压过程示意图。
图3为三维整体非连续外翅片，SEM图示意图。
图4为单个翅片SEM图。
图5为三维整体非连续外翅片实物图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术特点，下面结合具体说明。
如图1所示。将Φ12×500mm金属基管2，如长铜管装夹于C6132A1车床上，由于所加工的铜管较长，并且滚花过程受力较大，因此在铜管内部嵌入不锈钢棒(图中未示出)作为支撑，防止滚花过程中，铜管受力发生弯曲变形，车床上安装跟刀架，跟刀架支架上安装两个顶柱，防止铜管在水平和竖直方向的变形，采用滚花刀具1沿金属基管2的外圆周滚压出二维沟槽3。通过调整滚花刀规格和滚花过程中不同加工参数，可得到不同高度的二维沟槽3结构。
如图2示出了翅片的犁切A、挤压B到成翅C的过程。将已经获得二维沟槽3的铜管装夹于C6132A1车床上，铜管内部嵌入不锈钢棒作为支持，防止犁切/挤压刀具4在犁切/挤压过程中，铜管受力发生弯曲变形，车床上安装跟刀架，跟刀架支架上安装两个两个顶柱，分别防止铜管在水平和竖直方向的变形，通过更换不同犁切/挤压刀具4的参数和加工参数，可在铜管上得到不同高度及不同形貌的三维整体非连续外翅片结构。
图3为三维整体非连续外翅片，SEM图示意图。
图4为单个翅片SEM图。单个翅片结构呈圆弧性，顶部呈尖角，翅片和犁切/挤压刀具主切削刃接触的一面较为光滑，和挤出面接触的一面较为粗糙。
图5为三维整体非连续外翅片实物图。翅片形成过程属无屑加工，相比相同内径和壁厚的光管，大大提高了传热表面积，有效增加了材料的利用率；
采用该方法所得到的三维整体非连续外翅片管，和光管相比，大大提高了传热表面积，有效增加了材料的利用率，并且翅片是在基管上直接加工出来的，翅片和基管之间不存在接触热阻，因此显著提高了传热性能。在换热器及许多换热设备中，传热壁面两侧流体的对流换热系数往往相差很大，和光管相比外翅片管可以增大气体侧的热交换面积，提高总传热系数，从而有效地解决热交换介质导热系数不同而导致的热交换不平衡问题，进而改善传热效果，故被广泛应用于核电、火力发电、制冷、化工等领域。
如上所述便可较好的实现本专利。
Claims (8)
1.一种三维整体非连续外翅片加工方法，其特征在于如下步骤：
(1)沿金属基管的外圆周加工出二维沟槽；
(2)用犁切/挤压刀具沿金属基管的外圆周犁切/挤压二维沟槽，得到三维整体非连续外翅片。
2.根据权利要求1所述的三维整体非连续外翅片加工方法，其特征在于，步骤(1)具体加工过程：将金属基管装夹于车床上，在金属基管内部嵌入不锈钢棒作为支撑以增加金属基管管体强度，车床上安装跟刀架，跟刀架支架上安装两个顶柱，防止金属基管在水平和竖直方向变形，采用滚花刀具沿金属基管的外圆周滚压出二维沟槽。
3.根据权利要求2所述的三维整体非连续外翅片加工方法，其特征在于，
步骤(2)具体过程是：将步骤(1)加工好的带二维沟槽的金属基管装夹于车床上，在管内嵌入不锈钢棒作为支撑以增加金属基管管体强度，车床上安装跟刀架，跟刀架支架上安装两个顶柱，防止金属基管在水平和竖直方向上变形，采用犁切/挤压刀具沿金属基管外圆周犁切/挤压该二维沟槽，得到三维整体非连续外翅片。
4.根据权利要求3所述的三维整体非连续外翅片加工方法，其特征在于，二维沟槽深度为0.30～0.51mm。
5.根据权利要求4所述的三维整体非连续外翅片加工方法，其特征在于，二维沟槽为“V”型结构。
6.根据权利要求5所述的三维整体非连续外翅片加工方法，其特征在于，金属基管为铜管或者不锈钢管。
7.根据权利要求6所述的三维整体非连续外翅片加工方法，其特征在于，外翅片高度为0.78mm～1.28mm。
8.权利要求1至7任一项所述加工方法得到的三维整体非连续外翅片。
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