CN115532970A - 一种基于真空环境的换热器负压胀接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于真空环境的换热器负压胀接装置及方法，一种基于真空环境的换热器负压胀接装置，其包括：密闭容器，内设有负压腔，设有供铜管的两个铜管口插入的插孔；密封结构，设于插孔内壁，以与铜管口外周壁密封接触；膨胀夹紧组件，用于使铜管口发生膨胀变形压紧密封结构实现铜管口外周与插孔内壁的密封以及铜管口的固定；真空负压系统，与负压腔连通，用于对负压腔抽真空并能使真空压力值保持恒定。本发明利用真空负压产生的气压差作为胀接压力，气压差产生的胀接压力不会对铜管内壁螺纹等结构造成损伤，保证铜管内壁不受破坏，且真空环境中压差相对均匀，可实现铜管的均匀胀接，相比利用增压设备实现气压胀接，真空负压更加安全。

Description

一种基于真空环境的换热器负压胀接装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于真空环境的换热器负压胀接装置及方法。

背景技术

管翅式换热器是空调器和制冷设备中的核心部件，通常由铜管和铝箔翅片组成。铜管与翅片的连接首先需将翅片通过翅片孔穿到铜管上，翅片孔的直径比铜管的直径稍大，铜管与翅片孔之间存在间隙，然后通过胀接工艺使铜管发生塑性变形压紧翅片孔内壁，实现铜管与翅片的连接。铜管和翅片的连接质量严重影响着换热器的换热效率。目前，换热管与翅片的连接工艺最常用的是机械胀接方法，该方法操作简单便捷，设备发展成熟，易于大规模自动化生产，但机械胀接容易破坏管路内壁的内螺纹等结构；容易受到管径、管长和管形的限制，胀接管径不易太小，胀接深度不易太长，不能用于弯管胀接，在管径扩大过程中，管壁的内部组织因为产生冷变形而导致其塑性降低，因此管材的受力不均而导致胀接不均匀；对于这些机械胀接方法的不足，液压胀接解决了管形复杂的限制和破坏管壁内螺纹形状的问题，胀接过程压力均匀，但需要液压力产生设备，设备成本较大，而且要考虑液压油等介质的污染问题，胀接前需要对铜管进行排空处理，胀接后还需要清理铜管中的液压油等介质。而对于气压胀接，不需要液压油等传压介质，胀接后不用清理铜管中液压油等介质，但胀接成形需要气体胀接压力非常大，需要能够提供较大压力的增压设备，同等压力值的气压比液压的危险性更大。

发明内容

本发明提供一种基于真空环境的换热器负压胀接装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明的技术方案为一种基于真空环境的换热器负压胀接装置，其包括：密闭容器，内设有负压腔，设有供铜管的两个铜管口插入的插孔；密封结构，设于插孔内壁，以与铜管口外周壁密封接触；膨胀夹紧组件，用于使铜管口发生膨胀变形压紧密封结构实现铜管口外周与插孔内壁的密封以及铜管口的固定；真空负压系统，与负压腔连通，用于对负压腔抽真空并能使真空压力值保持恒定。

进一步，所述密闭容器包括箱体和密封端盖，所述箱体一端设有开口，所述密封端盖与箱体可拆卸连接并将开口密封，两个插孔形成于密封端盖。

进一步，所述插孔包括中间段和设于中间段外端的第一扩口段，所述第一扩口段直径大于中间段以在第一扩口段内端形成第一台阶面，所述密封结构包括嵌入第一扩口段并与第一台阶面相抵的第一密封圈。

进一步，所述第一扩口段螺纹连接有外压螺母，以配合第一台阶面夹紧第一密封圈。

进一步，所述膨胀夹紧组件包括膨胀螺栓、膨胀卡筒、紧固螺母，所述膨胀螺栓一端设有膨胀锥头，另一端穿过外压螺母延伸出负压腔并螺纹连接有紧固螺母，所述膨胀卡筒套设于膨胀螺栓；所述紧固螺母与外压螺母相抵且旋转紧固螺母能带动膨胀螺栓朝外运动，进而带动膨胀锥头挤压膨胀卡筒，使膨胀卡筒膨胀造成铜管口发生变形，进一步压紧第一密封圈。

进一步，所述外压螺母中心设有中心通孔，所述中心通孔外端边缘设有朝内延伸的挡圈，所述挡圈中心形成有供膨胀螺栓穿过的穿孔，所述挡圈用于供膨胀卡筒相抵。

进一步，所述插孔包括设于中间段内端的第二扩口段，所述第二扩口段直径大于中间段以在第二扩口段外端形成第二台阶面，所述密封结构包括嵌入第二扩口段并与第二台阶面相抵的第二密封圈，所述第二扩口段螺纹连接有内压螺母，以配合第二台阶面夹紧第二密封圈。

进一步，所述真空负压系统包括第一阶泵和第二阶泵，所述真空负压系统具有第一阶泵单独工作的一阶状态以及第一阶泵和第二阶泵共同工作的二阶状态。

进一步，所述第一阶泵与负压腔连通并依次设有电磁阀、第一冷阱和第一真空阀；所述第二阶泵一端与负压腔连通并依次设有第二冷阱、第二真空阀，另一端与第一冷阱连通并在中间设有第三真空阀。

本发明还提供一种基于真空环境的换热器负压胀接方法，包括如下步骤：

S1、将装配翅片的铜管安装在密闭容器的负压腔中，并使铜管口插入插孔，利用密封结构实现铜管口外周壁与插孔内壁的密封；

S2、采用真空负压系统抽取负压腔中的空气，使负压腔压力达到胀接所需的真空压力，并保持负压腔中负压值恒定，压强差产生的力使铜管充分变形完成铜管与翅片的胀接；

S3、打开负压腔进气口，使负压腔缓慢恢复到大气压，开启负压腔，取出胀接好的成品。

本发明的有益效果为：将装有翅片的铜管安装在密闭容器的负压腔中，利用密封结构实现插孔与铜管口外周壁的密封；再利用膨胀夹紧组件使铜管发生变形同时压紧密封结构，实现铜管与密闭容器的间隙密封以及铜管的固定；采用真空负压系统将负压腔抽真空，使装有翅片的铜管外壁置于真空环境中，内壁处于大气压下，利用铜管外内壁的压力差产生胀接压力，使铜管发生塑性变形，完成铜管与翅片的胀接，可以实现复杂形状的铜管换热器的胀接，同时气压差产生的胀接压力不会对铜管内壁螺纹等结构造成损伤，保证铜管内壁不受破坏，且真空环境中压差相对均匀，可实现铜管的均匀胀接，相比利用增压设备实现气压胀接，真空负压更加安全。

附图说明

图1是根据本发明实施例的基于真空环境的换热器负压胀接装置的结构原理图；

图2是密闭容器、密封结构、膨胀夹紧组件与铜管的连接结构示意图；

图3是图2的A处放大视图；

图4是插孔的结构示意图；

图5是密闭容器、密封结构、膨胀夹紧组件的分解状态结构示意图；

图6是膨胀螺栓、膨胀卡筒的分解状态结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。

参照图1至2，在一些实施例中，根据本发明的一种基于真空环境的换热器负压胀接装置，包括密闭容器100、密封结构200、膨胀夹紧组件300和真空负压系统400。

密闭容器100内设有负压腔101，设有供铜管500的两个铜管口510插入的插孔130；插孔130贯穿密闭容器100的器壁。密封结构200设于插孔130内壁，以与铜管口510外周壁密封接触；膨胀夹紧组件300用于使铜管口510发生膨胀变形压紧密封结构200实现铜管口510外周与插孔130内壁的密封以及铜管口510的固定；膨胀夹紧组件300实现了对密封结构200的预紧密封，相比传统的密封设计，膨胀夹紧组件300和密封结构200的配合密封效果更优，且同时膨胀夹紧组件300还能固定铜管500，实现对铜管500的装夹固定，使后续胀接时，状态稳定。真空负压系统400与负压腔101连通，用于对负压腔101抽真空并能使真空压力值保持恒定。

本发明的一种基于真空环境的换热器负压胀接装置，将装有翅片520的铜管500安装在密闭容器100的负压腔101中，利用密封结构200实现插孔130与铜管口510外周壁的密封；再利用膨胀夹紧组件300使铜管口510发生变形的同时压紧密封结构200，实现铜管口510与密闭容器100(插孔130)的间隙密封以及铜管500的固定；采用真空负压系统400将负压腔101抽真空，使装有翅片520的铜管500外壁置于真空环境中，内壁处于大气压下，利用铜管500外内壁的压力差产生胀接压力，使铜管500发生塑性变形，完成铜管500与翅片520的胀接，可以实现复杂形状的铜管换热器的胀接，同时气压差产生的胀接压力不会对铜管500内壁螺纹等结构造成损伤，保证铜管500内壁不受破坏，且真空环境中压差相对均匀，可实现铜管500的均匀胀接，相比利用增压设备实现气压胀接，真空负压更加安全。

参照图2和图5，在本发明的一些实施例中，所述密闭容器100包括箱体110和密封端盖120，箱体110和密封端盖120材料采用高强度不锈钢制造，保证在承受真空负压过程中而不发生凹陷。所述箱体110一端设有开口111，所述密封端盖120与箱体110可拆卸连接并将开口111密封以形成负压腔101，两个插孔130形成于密封端盖120。安装时，先将铜管500、密封结构200和膨胀夹紧组件300安装在密封端盖120，然后再整体随密封端盖120装入负压腔101内。具体的，密封端盖120与箱体110设有对应的孔位以通过螺栓连接固定；箱体110供密封端盖120连接的端面设有密封凹槽112，密封凹槽112内嵌入有密封圈，密封端盖120与箱体110相贴并设于嵌入密封凹槽112的压环，压环压紧密封圈，以实现密封端盖120与箱体110的密封连接，提高负压腔101的密封性能，同时压环嵌入密封凹槽112还能起到对密封端盖120的定位作用，方便密封端盖120与箱体110上的孔位对齐以安装螺栓。为了方便箱体110的加工以及提高箱体110与密封端盖120的接触面积，箱体110的开口111处设有朝内延伸的凸圈113，密封凹槽112设于凸圈113外表面，箱体110用于安装螺栓的孔位也设置于凸圈113，凸圈113提供足够的空间来布置密封凹槽112和孔位，方便加工，也提高了与密封端盖120的接触面积。

参照图2和图5，在本发明的一些实施例中，所述插孔130包括中间段131和设于中间段131外端的第一扩口段132，所述第一扩口段132直径大于中间段131以在第一扩口段132内端形成第一台阶面134，所述密封结构200包括嵌入第一扩口段132并与第一台阶面134相抵的第一密封圈210。第一台阶面134以方便供第一密封圈210相抵安装，利用第一密封圈210对插孔130和铜管口510之间的间隙进行密封，以保证负压腔101的密封，保证胀接效果。

参照图3和图4，在本发明的进一步的实施例中，所述第一扩口段132螺纹连接有外压螺母220，以配合第一台阶面134夹紧第一密封圈210。具体的，外压螺母220设有第一螺纹部221，第一螺纹部221外周与第一扩口段132螺纹连接并压紧第一密封圈210，保证第一密封圈210的密封效果和安装稳定性。

参照图3、图5和图6，在本发明的进一步的实施例中，所述膨胀夹紧组件300包括膨胀螺栓310、膨胀卡筒320、紧固螺母330，所述膨胀螺栓310一端设有膨胀锥头311，另一端穿过外压螺母220延伸出负压腔101并螺纹连接有紧固螺母330，所述膨胀卡筒320套设于膨胀螺栓310；所述紧固螺母330与外压螺母220相抵且旋转紧固螺母330能带动膨胀螺栓310朝外运动，进而带动膨胀锥头311挤压膨胀卡筒320，使膨胀卡筒320膨胀造成铜管口510发生变形，进一步压紧第一密封圈210。膨胀螺栓310中间为通孔结构，膨胀螺栓310外端直径较小且设有螺纹可与紧固螺母330连接，内端设有直径由小变大的膨胀锥头311。通过压紧第一密封圈210，提高并保证密封效果。

参照图3和图6，在本发明的进一步的实施例中，所述外压螺母220中心设有中心通孔222，所述中心通孔222外端边缘设有朝内延伸的挡圈223，所述挡圈223中心形成有供膨胀螺栓310穿过的穿孔，所述挡圈223用于供膨胀卡筒320相抵以抵抗膨胀锥头311挤压膨胀卡筒320的作用力，中心通孔222用于容纳膨胀卡筒320，通过挡圈223抵挡和膨胀锥头311的挤压，实现对膨胀卡筒320的挤压变形。为了提高膨胀卡筒320的变形能力，膨胀卡筒320朝向膨胀锥头311的一端的周壁开设有条形槽321，以能被膨胀锥头311的挤压时，膨胀卡筒320能更容易向外扩张变形。

参照图3和图4，在本发明的进一步的实施例中，所述插孔130包括设于中间段131内端的第二扩口段133，所述第二扩口段133直径大于中间段131以在第二扩口段133外端形成第二台阶面135，第二扩口段133、中间段131和第一扩口段132均为同轴连通的圆孔，所述密封结构200包括嵌入第二扩口段133并与第二台阶面135相抵的第二密封圈230，所述第二扩口段133螺纹连接有内压螺母240，以配合第二台阶面135夹紧第二密封圈230，内压螺母240设有与第二扩口段133螺纹连接的第二螺纹部241。通过第一密封圈210和第二密封圈230实现铜管口510与插孔130的间隙的两层密封，第一层密封采用第一密封圈210安装于铜管口510与插孔130接触的外侧，由外压螺母220压紧；第二层密封采用第二密封圈230安装于铜管口510与插孔130接触的内侧，由内压螺母240压紧。

参照图1，在本发明的一些实施例中，所述真空负压系统400包括第一阶泵410和第二阶泵420，所述真空负压系统400具有第一阶泵410单独工作的一阶状态以及第一阶泵410和第二阶泵420共同工作的二阶状态，先利用第一阶泵410工作，使其负压达到一定值后，再利用第一阶泵410和第二阶泵420共同工作，使负压进一步提高至所需值。具体的，第一阶泵410可以为机械泵，第二阶泵420可以为涡轮分子泵。为了能迅速释放压力，方便取出成型后的工件，负压腔101会设置一个放气阀。

参照图2，所述第一阶泵410与负压腔101连通并依次设有电磁阀411、第一冷阱412和第一真空阀413；所述第二阶泵420一端与负压腔101连通并依次设有第二冷阱421、第二真空阀422，另一端与第一冷阱412连通并在中间设有第三真空阀430。第一冷阱412和第二冷阱421用于防止有机溶剂和水进入第一阶泵410和第二阶泵420。为了方便监控负压腔101的压力，负压腔101或与负压腔101连通的管路上设置有真空计440。真空压力保持恒定则可通过真空计440监控并反馈到控制器600，控制器600调节涡轮分子泵的转速来实现所需真空压力值的恒定，保持负压腔101真空压力的恒定可产生恒定的胀形力，来保证铜管胀形的均匀性。通过控制第一真空阀413、第二真空阀422和第三真空阀430，可实现真空负压系统400工况的切换，使其能在一阶状态和二阶状态进行切换。

本发明还提供一种基于真空环境的换热器负压胀接方法，包括如下步骤：

S1、将装配翅片520的铜管500安装在密闭容器100的负压腔101中，并使铜管口510插入插孔130，利用密封结构200实现铜管口510外周壁与插孔130内壁的密封。具体步骤如下：首先将装配翅片的铜管500的铜管口510插入密封端盖120的插孔130中，在密封端盖120的插孔130的内侧放入第二密封圈230，用内压螺母240压紧。其次，在膨胀螺栓310上依次装配膨胀卡筒320、外压螺母220、紧固垫片和紧固螺母330，将装配好的膨胀螺栓310塞入铜管口510内，在插孔130外侧放入第一密封圈210，用外压螺母220压紧。最后，将密封端盖120采用螺栓与箱体110进行连接密封。拧紧紧固螺母330，膨胀卡筒320变形膨胀，使铜管口510发生变形进一步压紧第一密封圈210和第二密封圈230实现紧密密封。

S2、采用真空负压系统400抽取负压腔101中的空气，使负压腔101压力达到胀接所需的真空压力，并保持负压腔101中负压值恒定，压强差产生的力使铜管500充分变形完成铜管500与翅片520的胀接。铜管500所需的塑性形变胀形力由铜管内外壁两侧的压强差产生，压强差需大于铜管的塑性变形强度，压强差则通过真空负压系统400在负压腔101形成负压而形成。

步骤S2具体如下：将负压腔101与真空负压系统400进行连接，控制器600关闭第三真空阀430，打开电磁阀411和第一真空阀413，开启机械泵(第一阶泵410)，首先采用机械泵对负压腔101进行抽真空，使真空计数值恒定达到1.33×10^-3Pa左右。随后，控制器600打开第三真空阀430、第二真空阀422，关闭第一真空阀413，开启涡轮分子泵(第二阶泵420)，采用机械泵和涡轮分子泵同时工作对密闭容器进行抽真空，进一步提高密闭容器的真空度，同时控制器控制涡轮分子泵的转速，使真空计440数值恒定在1.0×10^-7Pa左右(1.0×10^{- 6}Pa～1.0×10^-8Pa)，并保持一段时间，保证铜管500发生充分变形，实现铜管与翅片的胀接。

S3、打开负压腔101进气口，使负压腔101缓慢恢复到大气压，开启负压腔101，取出胀接好的成品。具体步骤如下：控制器600依次关闭涡轮分子泵和机械泵，打开放气阀，使负压腔101逐渐恢复大气压力。将密封端盖120从箱体110取下，松开密封端盖120上的紧固螺母330、外压螺母220和内压螺母240，将胀接后的翅片和铜管从密封端盖120上取下。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种基于真空环境的换热器负压胀接装置，其特征在于，包括：

密闭容器(100)，内设有负压腔(101)，设有供铜管(500)的两个铜管口(510)插入的插孔(130)；

密封结构(200)，设于插孔(130)内壁，以与铜管口(510)外周壁密封接触；

膨胀夹紧组件(300)，用于使铜管口(510)发生膨胀变形压紧密封结构(200)实现铜管口(510)外周与插孔(130)内壁的密封以及铜管口(510)的固定；

真空负压系统(400)，与负压腔(101)连通，用于对负压腔(101)抽真空并能使真空压力值保持恒定。

2.根据权利要求1所述的基于真空环境的换热器负压胀接装置，其特征在于，所述密闭容器(100)包括箱体(110)和密封端盖(120)，所述箱体(110)一端设有开口(111)，所述密封端盖(120)与箱体(110)可拆卸连接并将开口(111)密封，两个插孔(130)形成于密封端盖(120)。

3.根据权利要求2所述的基于真空环境的换热器负压胀接装置，其特征在于，所述插孔(130)包括中间段(131)和设于中间段(131)外端的第一扩口段(132)，所述第一扩口段(132)直径大于中间段(131)以在第一扩口段(132)内端形成第一台阶面(134)，所述密封结构(200)包括嵌入第一扩口段(132)并与第一台阶面(134)相抵的第一密封圈(210)。

4.根据权利要求3所述的基于真空环境的换热器负压胀接装置，其特征在于，所述第一扩口段(132)螺纹连接有外压螺母(220)，以配合第一台阶面(134)夹紧第一密封圈(210)。

5.根据权利要求4所述的基于真空环境的换热器负压胀接装置，其特征在于，所述膨胀夹紧组件(300)包括膨胀螺栓(310)、膨胀卡筒(320)、紧固螺母(330)，所述膨胀螺栓(310)一端设有膨胀锥头(311)，另一端穿过外压螺母(220)延伸出负压腔(101)并螺纹连接有紧固螺母(330)，所述膨胀卡筒(320)套设于膨胀螺栓(310)；所述紧固螺母(330)与外压螺母(220)相抵且旋转紧固螺母(330)能带动膨胀螺栓(310)朝外运动，进而带动膨胀锥头(311)挤压膨胀卡筒(320)，使膨胀卡筒(320)膨胀造成铜管口(510)发生变形，进一步压紧第一密封圈(210)。

6.根据权利要求5所述的基于真空环境的换热器负压胀接装置，其特征在于，所述外压螺母(220)中心设有中心通孔(222)，所述中心通孔(222)外端边缘设有朝内延伸的挡圈(223)，所述挡圈(223)中心形成有供膨胀螺栓(310)穿过的穿孔，所述挡圈(223)用于供膨胀卡筒(320)相抵。

7.根据权利要求3所述的基于真空环境的换热器负压胀接装置，其特征在于，所述插孔(130)包括设于中间段(131)内端的第二扩口段(133)，所述第二扩口段(133)直径大于中间段(131)以在第二扩口段(133)外端形成第二台阶面(135)，所述密封结构(200)包括嵌入第二扩口段(133)并与第二台阶面(135)相抵的第二密封圈(230)，所述第二扩口段(133)螺纹连接有内压螺母(240)，以配合第二台阶面(135)夹紧第二密封圈(230)。

8.根据权利要求1所述的基于真空环境的换热器负压胀接装置，其特征在于，所述真空负压系统(400)包括第一阶泵(410)和第二阶泵(420)，所述真空负压系统(400)具有第一阶泵(410)单独工作的一阶状态以及第一阶泵(410)和第二阶泵(420)共同工作的二阶状态。

9.根据权利要求8所述的基于真空环境的换热器负压胀接装置，其特征在于，所述第一阶泵(410)与负压腔(101)连通并依次设有电磁阀(411)、第一冷阱(412)和第一真空阀(413)；所述第二阶泵(420)一端与负压腔(101)连通并依次设有第二冷阱(421)、第二真空阀(422)，另一端与第一冷阱(412)连通并在中间设有第三真空阀(430)。

10.一种基于真空环境的换热器负压胀接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将装配翅片(520)的铜管(500)安装在密闭容器(100)的负压腔(101)中，并使铜管口(510)插入插孔(130)，利用密封结构(200)实现铜管口(510)外周壁与插孔(130)内壁的密封；

S2、采用真空负压系统(400)抽取负压腔(101)中的空气，使负压腔(101)压力达到胀接所需的真空压力，并保持负压腔(101)中负压值恒定，压强差产生的力使铜管(500)充分变形完成铜管(500)与翅片(520)的胀接；

S3、打开负压腔(101)进气口，使负压腔(101)缓慢恢复到大气压，开启负压腔(101)，取出胀接好的成品。

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