CN207402045U

CN207402045U - 一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具

Info

Publication number: CN207402045U
Application number: CN201721400394.5U
Authority: CN
Inventors: 万珍平; 陈汉平; 汤勇; 陆龙生; 蒋琳; 朱红关
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-05-25
Anticipated expiration: 2027-10-27

Abstract

本实用新型公开一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，包括轧制挤压成形组合刀具、右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱。轧制挤压成形组合刀具由六个螺旋外翅片轧刀、整形刀片、槽齿刀、挤压齿切刀、挤压平切刀和压花刀依次排列，并在每个刀具之间排布有调整垫片，各刀具依次作用在金属管外表面，成形出螺旋外翅片、槽间凸齿、宫格翅片、阶梯翅片以及三角顶齿；右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱依次作用在金属管内表面，成形出螺纹锯齿内翅片。本实用新型简单高效，加工的传热管具有较高的传热效率，对蒸发过程和冷凝过程都有很大的强化作用，可作为两用管使用；本成形方法属于一次成形，加工效率高，生产成本低。

Description

一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具

技术领域

本实用新型涉及整体三维内外翅片管的成型刀具，尤其涉及一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具。

背景技术

随着经济的高速发展，能源短缺问题愈发严峻。强化传热技术作为重要的节能手段,对于解决能源问题具有重要的意义,在石油、化工、电力、核能、制冷等领域得到了广泛的应用。换热管是强化传热技术的核心传热元件，在管的内外表面加工出一定的表面结构，以扩展传热面或提高传热系数，从而提高传热效率。

而在制冷空调领域，既能实现制冷也能实现供暖的热泵机组备受欢迎。随着工业发展的需要，满液式的热泵机组应用越来越多，这就要求换热管在蒸发和冷凝方面都要有较高的性能。目前强化传热技术主要以外翅片管作为换热管，但这些外翅片管只能单方面的强化蒸发或冷凝，蒸发管强化冷凝的效果远低于冷凝管，冷凝管强化蒸发的效果远低于蒸发管。蒸发管要求有更多的沸腾核心，而冷凝管要求使液膜尽可能薄。所以热泵冷热水机组，无论是采用蒸发管还是冷凝管作为换热管，其在某一工况下的性能都会有所影响。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种加工蒸发冷凝两用传热管的蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具。

采用该成形刀具获得的传热管，能同时强化蒸发性能和冷凝性能，该种传热管能应用于蒸发器以及冷凝器之中，为热泵机组的发展提供了关键的条件。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，包括用于在金属管外表面成形出外翅片结构的轧制挤压成形组合刀具、用于在金属管内表面成形出内翅片结构的右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱；轧制挤压成形组合刀具包括沿着轴向依次设置的螺旋外翅片轧刀、整形刀片、槽齿刀、挤压齿切刀、挤压平切刀和压花刀，还包括调整轧制挤压成形组合刀具中各刀件轴向间距的调整垫片；螺旋外翅片轧刀和整形刀片为通过挤压加工出螺旋外翅片和间槽结构的圆环形刀具，槽齿刀为在间槽内加工出间槽凸齿的圆环形刀具，挤压齿切刀为通过挤压成形在间槽两侧壁加工出宫格翅片的圆环形刀具，挤压平切刀为通过挤压成形在间槽两侧壁且在宫格翅片外侧加工出阶梯翅片的圆环形刀具，压花刀为在外翅片结构的外侧顶部加工出三角形顶齿的圆环形刀具。成形过程中，螺旋外翅片轧刀先作用于金属管上，压花刀为最后一个作用在金属管上的刀具。

调整垫片为圆形垫片，外径64.5～71.5mm；螺旋外翅片轧刀之间的调整垫片厚度相同，为0.15～0.56mm，螺旋外翅片轧刀和整形刀片之间、整形刀片和槽齿刀之间、槽齿刀和挤压齿切刀之间、挤压齿切刀和挤压平切刀之间、挤压平切刀和压花刀之间的调整垫片的厚度各不相等，为0.15～0.56mm。调整垫片能够使排在后面的刀具准确作用在前面刀具成形出的结构上，其尺寸参数可根据金属管的大小及传热管应用的工况不同而调整，适用范围广泛。

螺旋外翅片轧刀的数量为多个，多个螺旋外翅片轧刀和整形刀片按照外径从小到大依次排列。螺旋外翅片轧刀外圈作用面为圆弧面；成形过程中第一个螺旋外翅片轧刀先作用于金属管上。当采用六个螺旋外翅片轧刀时，外径依次增大，为65.0～72mm；其厚度相同，均为0.4～0.6mm。加工成形开始时，六个螺旋外翅片轧刀依次作用在金属管上，从第一个螺旋外翅片轧刀挤压出高度较低的螺旋外翅片，到当第六个螺旋外翅片轧刀作用完成后，最终成形出高度为0.90～1.10mm，厚度为0.15～0.25mm的螺旋外翅片。整形刀片外圆圆弧端面的弧形比螺旋外翅片轧刀的要平缓，厚度与螺旋外翅片轧刀同，为0.4～0.6mm；外径比第六个螺旋外翅片轧刀的外径小0.1～0.2mm。已成形出螺旋外翅片的金属管经过整形刀片的修整作用，其表面更为规整。

槽齿刀的外周作用面为具有矩形沟槽间断均匀分布的圆弧面；槽齿刀的厚度与螺旋外翅片轧刀相等，外径为65.0～72.0mm，矩形沟槽的深度为0.1～0.3mm。金属管受到槽齿刀具有矩形沟槽间断均匀分布的圆弧面的挤压作用，在螺旋外翅片间槽底部挤压成形出间断分布的矩形凸齿，其增加泡核沸腾核心并扩展了传热表面，从而能促进蒸发过程的进行。

挤压齿切刀为厚度为0.45～0.65mm的梯形直齿轮式刀片，齿顶圆为66.2～70.0mm，齿高为0.3～0.5mm，齿夹角为15～30°，齿数为200～500齿。成形时，挤压齿切刀作用在相邻螺旋外翅片的相对的两侧面，在其梯形直齿挤压作用下，成形出均匀间隔分布的宫格翅片；宫格翅片为垂直于外螺旋翅片侧壁的类三角翅片，沿管轴向方向上的长度为0.15～0.35mm，周向宽度为0.20～0.50mm；在每个圆周上，螺旋外翅片一侧面宫格翅片的数量为200～500个。

挤压平切刀的作用面为外圆光平面，厚度为0.45～0.65mm，外径比挤压齿切刀的齿顶圆小0.1～0.3mm。螺旋外翅片侧面上未经挤压齿切刀梯形直齿的挤压作用的部分，在挤压平切刀的作用下，成形出与宫格翅片交错分布的阶梯翅片。阶梯翅片为垂直外螺旋翅片侧壁的梯形台结构翅片，在同一外螺旋翅片间槽的左右阶梯翅片交错分布，其轴向长度相加为间槽的距离的2/3,周向宽度为0.20～0.50mm；在每个圆周上，螺旋外翅片一侧面阶梯翅片的数量与宫格翅片的数量相等。阶梯翅片的上顶面比宫格翅片的上顶面高出0.1～0.2mm；两螺旋外翅片的相对侧面上的宫格翅片和阶梯翅片交错分布，将相邻两个螺旋外翅片的间槽分为能强化蒸发性能的蒸发腔和能强化冷凝性能的上强化腔；在蒸发腔上部有间隔分布的矩形孔，该孔的轴向长度为1/3的间槽距离，一个圆周上共有200～500个矩形孔。

压花刀为三角形直齿轮式刀片，共有150～300齿，外径为65.0～70.0mm，厚度为0.20～0.50mm。在成形过程中，压花刀在螺旋外翅片的顶部进行滚压，从而在每个圆周上成形出150～300个间隔分布的高度为0.1～0.3mm的三角形顶齿；其能使冷凝液膜减薄，从而减小传热热阻，提高传热效率。

螺旋外翅片轧刀、整形刀片、槽齿刀、挤压齿切刀、挤压平切刀、压花刀、调整垫片均安装在刀轴上，由刀轴带动转动。

右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱的螺纹沟槽均为2～32头梯形螺纹，螺纹齿数均为45齿；右旋梯形螺纹芯柱的外径为16.0～22.0mm，左旋梯形螺纹芯柱的外径比右旋梯形螺纹芯柱的外径小0.05～0.15mm。成形过程中，金属管经过右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱的先后作用，在内表面上成形出能强化管内传热的螺纹锯齿内翅片；螺纹锯齿内翅片为沿右旋螺纹方向间断分布的梯形台锯齿，梯形台锯齿的下底面积为0.04～0.16mm²，高为0.15～0.35mm；其能够增大了管内传热面积，促进管内流体的扰动，增强对流换热。

一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形方法，采用一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，包括如下步骤：

步骤一：轧制挤压成形组合刀具转动，金属管随之转动并作轴向向前运动，多个螺旋外翅片轧刀依次作用在金属管外表面上，第一个螺旋外翅片轧刀先挤压出高度较低的螺旋外翅片，直到最后一个螺旋外翅片轧刀作用完成后，最终成形出一定高度的螺旋外翅片，螺旋外翅片之间是间槽；与此同时右旋梯形螺纹芯柱作用在金属管内表面上，成形出螺纹沟槽结构；

步骤二：已成形的螺旋外翅片，经过整形刀片修整作用，其表面结构更为规整；

步骤三：金属管受到槽齿刀挤压作用，在螺旋外翅片的间槽底部挤压成形出间断分布的间槽凸齿；

步骤四：挤压齿切刀作用在相邻螺旋外翅片的相对的两侧面上，往下挤压，在间槽中成形出均匀间隔分布的宫格翅片；

步骤五：相邻螺旋外翅片相对的侧面上未经挤压齿切刀挤压的部分，在挤压平切刀的作用下，挤压出与宫格翅片交错分布的阶梯翅片；与此同时，左旋梯形螺纹芯柱作用在内表面上的螺纹沟槽上，打断螺纹凸起部分结构，成形出螺纹锯齿内翅片；

步骤六：压花刀在螺旋外翅片的顶部进行滚压，从而成形出间隔分布的顶齿；

从而最终成形出蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

1.该轧制挤压成形组合刀具结构简单，其每一个刀具的互换性高，刀具的生产成本较低；每一个刀具的厚度外径等尺寸参数可根据需要加工成形的金属管的外径不同而进行调整，适用范围较广泛。

2.间槽凸齿增大了管基体与工质的接触面积，同时为蒸发过程提供了更多的泡核沸腾核心，能促进蒸发过程的进行；宫格翅片和阶梯翅片组成的封闭层，将螺旋外翅片间槽分为类正五边形的蒸发腔和上强化腔，蒸发腔贴近于管基体，能形成较大的过热度，同时蒸发腔的类五边形形状存在较多的泡核沸腾核心，从而很大程度的强化了蒸发性能；而蒸发腔顶部的矩形孔能促进液体工质进入蒸发腔，同时有利于蒸发产生的气体工质离开蒸发腔；上强化腔具有较大的传热表面，且三角形顶齿能够很好的促进冷凝液膜减薄，减小了传热阻力，从而强化了冷凝性能；管基体内表面的螺纹锯齿内翅片不但提供了较大传热面积，且能促进管内工质产生扰动，增强管内的对流，进而强化蒸发和冷凝性能。本实用新型正是加工该传热管的专用刀具和专用方法。

3.本实用新型的成形方法属于一次成形工艺，提高了生产效率，降低了生产成本；成形出的内外翅片管具有较高的传热效率，能强化蒸发传热过程和冷凝强热过程，可作为蒸发冷凝两用管使用，应用于热泵机组中。

附图说明

图1是轧制挤压成形组合刀具的结构示意图。

图2是本实用新型成形方法的过程示意图。

图3是加工出的蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的立体图。

图4是蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的结构示意图。

图5是蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的内部结构示意图。

其中，1是金属管，2是轧制挤压成形组合刀具，3是右旋梯形螺纹芯柱，4是左旋梯形螺纹芯柱，11为螺旋外翅片，12为间槽凸齿，13为宫格翅片，14为阶梯翅片，15为三角形顶齿，16为螺旋锯齿内翅片，17为蒸发腔，18为强化腔，21为螺旋外翅片轧刀，22为整形刀片，23为调整垫片，24为槽齿刀，25为挤压齿切刀，26为挤压平切刀，27为压花刀。

具体实施方式

下面来对本实用新型做进一步详细的说明。

一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，包括用于在金属管外表面成形出外翅片结构的轧制挤压成形组合刀具、用于在金属管内表面成形出内翅片结构的右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱。

轧制挤压成形组合刀具包括螺旋外翅片轧刀、整形刀片、调整垫片、槽齿刀、挤压齿切刀、挤压平切刀和压花刀。

螺旋外翅片轧刀、整形刀片、调整垫片、槽齿刀、挤压齿切刀、挤压平切刀和压花刀均为圆环形刀具，内圈用于同轴安装，组成组合刀具；

轧制挤压成形组合刀具中螺旋外翅片轧刀、整形刀片、槽齿刀、挤压齿切刀、挤压平切刀和压花刀依次排列；成形过程中，螺旋外翅片轧刀先作用于金属管上，压花刀为最后一个作用在金属管上的刀具。

六个螺旋外翅片轧刀外径依次增大，为65.0～72mm；其厚度相同，均为0.406mm。

调整垫片外圆端面为圆弧面，外径均为64.5mm；螺旋外翅片轧刀之间的调整垫片厚度相同，均为0.254mm；在螺旋外翅片轧刀和整形刀片之间、整形刀片和槽齿刀之间、槽齿刀和挤压齿切刀之间、挤压齿切刀和挤压平切刀之间、挤压平切刀和压花刀之间有厚度不等的调整垫片，其厚度为0.15～0.40mm。

整形刀片外圆圆弧端面的弧形比螺旋外翅片轧刀的要平缓，厚度与螺旋外翅片轧刀同，为0.406mm。

槽齿刀外周作用面为具有矩形沟槽间断均匀分布的圆弧面；其厚度与螺旋外翅片轧刀的相等；其外径比第六个螺旋外翅片轧刀大0.1～0.2mm；其外周矩形沟槽的深度为0.2mm。

挤压齿切刀为厚度为0.508mm的梯形直齿轮式刀片，其齿顶圆为66.6mm，齿高为0.4mm，齿夹角为26°，齿数为300齿。

挤压平切刀的作用面为外圆光平面；其厚度与挤压齿切刀相同，外径比挤压齿切刀的齿顶圆小0.3mm。

压花刀为直齿轮式刀片，共有300齿；其外径比第一个螺旋外翅片轧刀大0.2mm；其厚度为0.40mm。

右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱的螺纹沟槽均为8头梯形螺纹；螺纹齿数均为45齿；右旋梯形螺纹芯柱的外径为16.2mm；左旋梯形螺纹芯柱的外径比右旋梯形螺纹芯柱小0.05mm。

本实用新型蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形方法，可通过如下步骤实现：

步骤一：加工成形开始，六个螺旋外翅片轧刀依次作用在金属管外表面上，第一个螺旋外翅片轧刀先挤压出高度较低的螺旋外翅片，直到第六个螺旋外翅片轧刀作用完成后，最终成形出一定高度的螺旋外翅片；与此同时右旋梯形螺纹芯柱作用在金属管内表面上，成形出螺纹沟槽结构。

步骤二：已成形的螺旋外翅片，经过整形刀片修整作用，其表面结构更为规整。

步骤三：金属管受到具有矩形沟槽间断均匀分布的圆弧面的槽齿刀挤压作用，在螺旋外翅片的间槽底部挤压成形出间断分布的矩形凸齿。

步骤四：挤压齿切刀作用在相邻螺旋外翅片的相对的两侧面上，其梯形直齿往下挤压，在间槽中成形出均匀间隔分布的宫格翅片。

步骤五：相邻螺旋外翅片相对的侧面上未经挤压齿切刀挤压的部分，在挤压平切刀的作用下，挤压出与宫格翅片交错分布的阶梯翅片；与此同时，左旋梯形螺纹芯柱作用在内表面上的螺纹沟槽上，打断螺纹凸起部分结构，成形出螺纹锯齿内翅片。

步骤六：压花刀在螺旋外翅片的顶部进行滚压，从而成形出间隔分布的三角形顶齿；从而最终成形出蒸发冷凝两用的内外翅片管。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，其特征在于：包括用于在金属管外表面成形出外翅片结构的轧制挤压成形组合刀具、用于在金属管内表面成形出内翅片结构的右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱；轧制挤压成形组合刀具包括沿着轴向依次设置的螺旋外翅片轧刀、整形刀片、槽齿刀、挤压齿切刀、挤压平切刀和压花刀，还包括调整轧制挤压成形组合刀具中各刀件轴向间距的调整垫片；螺旋外翅片轧刀和整形刀片为通过挤压加工出螺旋外翅片和间槽结构的圆环形刀具，槽齿刀为在间槽内加工出间槽凸齿的圆环形刀具，挤压齿切刀为通过挤压成形在间槽两侧壁加工出宫格翅片的圆环形刀具，挤压平切刀为通过挤压成形在间槽两侧壁且在宫格翅片外侧加工出阶梯翅片的圆环形刀具，压花刀为在外翅片结构的外侧顶部加工出三角形顶齿的圆环形刀具。

2.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，其特征在于：调整垫片为圆形垫片，外径64.5～71.5mm；螺旋外翅片轧刀之间的调整垫片厚度相同，为0.15～0.56mm，螺旋外翅片轧刀和整形刀片之间、整形刀片和槽齿刀之间、槽齿刀和挤压齿切刀之间、挤压齿切刀和挤压平切刀之间、挤压平切刀和压花刀之间的调整垫片的厚度各不相等，为0.15～0.56mm。

3.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，其特征在于：螺旋外翅片轧刀的数量为多个，多个螺旋外翅片轧刀和整形刀片按照外径从小到大依次排列。

4.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，其特征在于：槽齿刀的外周作用面为具有矩形沟槽间断均匀分布的圆弧面；槽齿刀的厚度与螺旋外翅片轧刀相等，外径为65.0～72.0mm，矩形沟槽的深度为0.1～0.3mm。

5.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，其特征在于：挤压齿切刀为厚度为0.45～0.65mm的梯形直齿轮式刀片，齿顶圆为66.2～70.0mm，齿高为0.3～0.5mm，齿夹角为15～30°，齿数为200～500齿。

6.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，其特征在于：挤压平切刀的作用面为外圆光平面，厚度为0.45～0.65mm，外径比挤压齿切刀的齿顶圆小0.1～0.3mm。

7.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，其特征在于：压花刀为三角形直齿轮式刀片，共有150～300齿，外径为65.0～70.0mm，厚度为0.20～0.50mm。

8.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，其特征在于：螺旋外翅片轧刀、整形刀片、槽齿刀、挤压齿切刀、挤压平切刀、压花刀、调整垫片均安装在刀轴上，由刀轴带动转动。

9.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具，其特征在于：右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱的螺纹沟槽均为2～32头梯形螺纹，螺纹齿数均为45齿；右旋梯形螺纹芯柱的外径为16.0～22.0mm，左旋梯形螺纹芯柱的外径比右旋梯形螺纹芯柱的外径小0.05～0.15mm。