JP6301653B2 - Manufacturing method of internally spiral grooved tube - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器の伝熱管等に用いられる内面螺旋溝付管の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an internally spiral grooved tube used for a heat transfer tube of a heat exchanger or the like.
一般に空調機や冷凍機のフィンチューブ式熱交換器には冷媒を流すための伝熱管が使用されている。その構造は、プレス加工後に積層されたアルミニウムフィンにU字形にヘアピン曲げされた伝熱管を挿入し、拡管工程を経て伝熱管が拡管されフィンと接合される。伝熱管に流す冷媒にはフロン系冷媒あるいはその代替冷媒等が使用されており、冷媒の相変化を利用して熱交換を行わせる。
熱交換器には省エネ化に向けた高効率化が要求されており、伝熱管には熱伝達特性の向上のために、管内面に断面形状を三角形あるいは台形としたフィンが溝間に形成されている。最近では、更なる熱特性の改善のために、溝を螺旋状に形成した伝熱管(螺旋溝付管)が使用されている。また、冷暖房機能のあるヒートポンプ式エアコンの普及により同一の伝熱管で蒸発性能と凝縮性能の両性能をともに高めた伝熱管が必要とされており、このような要求に応えるべく、フィン高さ、溝のリード角、フィン形状、フィン頂角等を規定した伝熱管が提案されている。
In general, heat transfer tubes for flowing refrigerant are used in fin tube heat exchangers of air conditioners and refrigerators. The structure is such that a heat transfer tube hairpin bent into a U-shape is inserted into aluminum fins laminated after pressing, and the heat transfer tube is expanded and joined to the fin through a tube expansion process. As the refrigerant flowing through the heat transfer tube, a chlorofluorocarbon refrigerant or an alternative refrigerant or the like is used, and heat exchange is performed using a phase change of the refrigerant.
Heat exchangers are required to be highly efficient for energy saving, and heat transfer tubes have fins with triangular or trapezoidal cross-sections formed between the grooves to improve heat transfer characteristics. ing. Recently, in order to further improve thermal characteristics, a heat transfer tube having a groove formed in a spiral shape (spiral grooved tube) has been used. In addition, with the widespread use of heat-pump air conditioners with air conditioning and heating functions, heat transfer tubes with both evaporative performance and condensing performance enhanced with the same heat transfer tubes are required. To meet these requirements, fin height, Heat transfer tubes that define the groove lead angle, fin shape, fin apex angle, and the like have been proposed.
また、螺旋溝付管の製造方法として、管の内面に捻れ溝を転造しながら引抜く溝転造法(特許文献1)が知られている。
現状において広く用いられている熱交換器用の銅の伝熱管は、一般に前述の溝転造法により製造されている。溝転造法は、加工対象の管内に保持プラグで溝付きプラグを保持し、管の外周側に設けた転造ボールが管を溝付きプラグに押し付けながら高速で自転および遊星回転し、溝付きプラグの形状を管の内面に転写しながら螺旋溝付管を製造する方法である。
Further, as a method of manufacturing a spiral grooved tube, a groove rolling method (Patent Document 1) is known in which a twisted groove is rolled on the inner surface of the tube.
Copper heat transfer tubes for heat exchangers that are widely used at present are generally manufactured by the groove rolling method described above. In the groove rolling method, a grooved plug is held in a pipe to be processed by a holding plug, and a rolling ball provided on the outer periphery of the pipe rotates and planetarily rotates at a high speed while pressing the pipe against the grooved plug. This is a method for manufacturing a spiral grooved tube while transferring the shape of the plug to the inner surface of the tube.
これまで主に伝熱管には銅や銅合金などの銅系材料が使用されてきたが、ここ最近の銅地金の高騰により、銅伝熱管の価格が高くなり製品の価格を圧迫していることから、より安価で安定したアルミニウムやアルミニウム合金を用いた伝熱管が要求されている。アルミニウムを使用すれば、価格の安定の他にその比重が2.7g/cm3と銅の8.9g/cm3に比べ軽いことから、熱交換器の軽量化を図ることができる。また、リサイクルの際に、熱交換器を銅合金製の伝熱管とアルミニウム合金製のフィンとに解体・分別する手間が必要なくなり、熱交換器がオールアルミ化されることでリサイクルが容易になる。 Until now, copper-based materials such as copper and copper alloys have been mainly used for heat transfer tubes, but due to the recent rise in copper bullion, the price of copper heat transfer tubes has increased, putting pressure on product prices. Therefore, there is a demand for a heat transfer tube using aluminum and aluminum alloy which are cheaper and more stable. With aluminum, in addition to its specific gravity price stability since lighter compared to 2.7 g / cm 3 and copper 8.9 g / cm 3, it is possible to reduce the weight of the heat exchanger. In addition, there is no need to disassemble and separate the heat exchanger into copper alloy heat transfer tubes and aluminum alloy fins during recycling, and the heat exchanger is made of all aluminum to facilitate recycling. .
しかしながら、従来の溝転造法でアルミニウムおよびアルミニウム合金の伝熱管を製造するのは困難である。そもそも、アルミニウム合金は銅合金に比べて強度が低いことから、アルミニウム合金により製造される伝熱管は耐圧強度を得るために、銅伝熱管に比べ管の底肉厚を厚くする必要がある。その場合、管外周から転造ボールで管を管内周の溝付きプラグに押し当て、管底肉厚部の塑性流動で溝をその内周側に転写する溝転造法では、所定の高さを有する溝の形状が困難であると共に、溝欠けなどの塑性流動不良による欠陥を生じやすい。最近、伝熱管の溝形状は熱伝達性の改善に高精度化される傾向にあるが、溝転造法でそれら溝形状を製造すると所定の形状が得られず、無理に加工すると管が断線したり、溝付きプラグと管に凝着による焼き付きが発生するなどの問題を生じる。また、アルミニウム合金による伝熱管では、溝転造時にアルミ滓が発生し、それらを取り除くのが困難で、溝つまりを生じる。以上の理由から、アルミニウム合金製の伝熱管を溝転造法で製造するのは困難であり、作製可能な溝形状に制限がある。
更に、熱交換器の冷媒としてCO2を使用する場合には、高い耐圧強度を有する伝熱管を採用する必要がある。伝熱管の耐圧強度は底肉厚を厚くすることで高められるが、上述したように、溝転造法ではこれに対応することが困難である。
However, it is difficult to manufacture aluminum and aluminum alloy heat transfer tubes by the conventional groove rolling method. In the first place, since the strength of aluminum alloy is lower than that of copper alloy, the heat transfer tube manufactured from aluminum alloy needs to have a thicker bottom wall than copper heat transfer tube in order to obtain pressure resistance. In that case, in the groove rolling method in which the tube is pressed from the outer periphery of the tube to the grooved plug on the inner periphery of the tube, and the groove is transferred to the inner periphery by plastic flow of the tube bottom thick part, the predetermined height It is difficult to form a groove having a defect, and defects due to defective plastic flow such as a groove chip are likely to occur. Recently, the groove shape of heat transfer tubes tends to be highly accurate to improve heat transfer properties, but when these groove shapes are manufactured by the groove rolling method, the predetermined shape cannot be obtained, and if forcibly processed, the tube is disconnected. Or cause seizure due to adhesion between the grooved plug and the tube. Further, in a heat transfer tube made of an aluminum alloy, aluminum flaws are generated during groove rolling, and it is difficult to remove them, resulting in clogging. For the above reasons, it is difficult to manufacture an aluminum alloy heat transfer tube by the groove rolling method, and there is a limit to the groove shape that can be manufactured.
Furthermore, when CO 2 is used as the refrigerant of the heat exchanger, it is necessary to employ a heat transfer tube having a high pressure resistance. Although the pressure resistance strength of the heat transfer tube can be increased by increasing the bottom wall thickness, as described above, it is difficult to cope with this by the groove rolling method.
このため、アルミニウム合金の伝熱管を製造するには溝転造法以外の製法が必要であり、予め、ロール転造で表面に溝を転造した板材をロール成形で丸管状に加工し、その接合面を溶接する電縫管による製法が提案されているが、その場合、内面溶接部のビードが拡管の支障になり、拡管性を劣化させるだけでなく、溶接面の接合不良による冷媒漏れなどの問題を生じる。 For this reason, in order to manufacture a heat transfer tube made of aluminum alloy, a manufacturing method other than the groove rolling method is necessary, and a plate material in which grooves are rolled on the surface by roll rolling is processed into a round tube by roll forming in advance. A method using an ERW pipe that welds the joint surface has been proposed, but in that case, the bead of the inner surface welded part hinders pipe expansion, not only deteriorates the pipe expandability, but also leaks of refrigerant due to poor joint of the weld surface, etc. Cause problems.
本発明者は、様々な製法について検討した結果、予め、ストレートの溝を有した素管に、直接捻り加工を付与する方法がアルミニウムおよびアルミニウム合金による伝熱管の製造に適していると考えている。ストレート溝を有する素管の製造には押出が適しており、フィン頂角が狭くフィン高さの高いハイスリムフィンタイプの溝形状も容易で、併せて、底肉厚が0.55mmを超える内面螺旋溝付管も製造できる。 As a result of studying various production methods, the present inventor believes that a method of directly twisting a raw tube having a straight groove in advance is suitable for manufacturing a heat transfer tube made of aluminum and an aluminum alloy. . Extrusion is suitable for manufacturing straight pipes with straight grooves, and high-slim fin-type grooves with narrow fin apex angles and high fin heights are easy, and the inner surface has a bottom wall thickness exceeding 0.55 mm. A spiral grooved tube can also be manufactured.
しかしながら、素管の結晶粒組織について結晶粒サイズがある範囲以上では、製造した内面螺旋溝付管の結晶粒サイズが粗大化し、拡管時にその外周面にオレンジの皮のような肌荒れのオレンジピールを生じ、表面に凹凸が発生する。
伝熱管は熱交換器に組む際、伝熱管の内部に伝熱管よりも径が大きい拡管プラグを挿入して伝熱管の径を拡げ、アルミニウム合金製放熱フィンに機械的に接合されるが、この時に管外周の肌荒れによる凹凸で放熱フィンと伝熱管との接合面が減少し接合率が低下するため、熱特性が劣化する。
However, if the crystal grain size of the raw tube is above a certain range, the crystal grain size of the manufactured inner spiral grooved tube becomes coarse, and when the tube is expanded, an orange peel with rough skin like an orange peel is applied to the outer peripheral surface. And unevenness occurs on the surface.
When the heat transfer tube is assembled in a heat exchanger, a heat expansion tube having a diameter larger than that of the heat transfer tube is inserted into the heat transfer tube to expand the diameter of the heat transfer tube and mechanically joined to the aluminum alloy radiating fin. Since the joint surface between the heat radiating fin and the heat transfer tube is reduced due to unevenness caused by rough skin on the outer periphery of the tube and the joining rate is lowered, the thermal characteristics deteriorate.
もう一つの問題は、管内周側の肌荒れが原因で、伝熱管長手方向の垂直断面でみた場合、本来その円の中心方向に放心円状に底肉厚部に形成されるフィンが、内周表面の凹凸でフィン倒れとなることで、拡管プラグによる拡管時にそのフィン倒れが増幅されてしまう問題である。その場合、フィン倒れで、拡管プラグからの外周方向に作用する力がフィン倒れで吸収され、底肉厚部に伝わりづらくなるため、所定の拡管率が得られず、放熱フィンと伝熱管との十分な接合が得られず、熱特性の劣化を招く。また、その程度がひどい場合には、フィン倒れが大きくなり冷媒の流路を塞ぎ、熱特性が大きく劣化する。なお、このようなフィン倒れは、伝熱管の底肉厚が厚くなるとより顕著となりやすい。 Another problem is due to rough skin on the inner circumference side of the pipe, and when viewed in a vertical cross section in the longitudinal direction of the heat transfer pipe, the fins that are originally formed in the bottom thick part in the center direction of the circle are It is a problem that the fin collapse is amplified when the tube is expanded by the tube expansion plug due to the unevenness of the surface. In that case, the force acting in the outer peripheral direction from the tube expansion plug is absorbed by the fin collapse and is difficult to be transmitted to the bottom wall thickness part, so that the predetermined tube expansion rate cannot be obtained, and the heat radiation fin and the heat transfer tube Sufficient bonding cannot be obtained, leading to deterioration of thermal characteristics. Further, when the degree is severe, fin collapse becomes large and the refrigerant flow path is blocked, and the thermal characteristics are greatly deteriorated. Note that such fin collapse tends to become more prominent when the bottom wall thickness of the heat transfer tube increases.
それらオレンジピールは拡管時に伝熱管の表面に発生するだけでなく、伝熱管の製造に使用する素管の結晶粒サイズが大きい場合には、伝熱管製造時に発生し、外周・内周表面に凹凸の肌荒れを生じた伝熱管になるため、好ましくは、製造した内面螺旋溝付管の結晶粒組織における結晶粒サイズだけでなく、用いる素管の結晶粒サイズを制限する必要性がある。更に、製造した内面螺旋溝付管はそのままでは加工硬化しており、そのままでは拡管により溝のみが潰れやすい状態であるため、O材化のための焼き鈍しが必要であり、その熱処理で結晶粒が成長することから、伝熱管に関しては、最終熱処理後の結晶粒サイズに制限を設ける必要がある。 These orange peels are not only generated on the surface of the heat transfer tube when the tube is expanded, but also when the crystal grain size of the raw tube used for manufacturing the heat transfer tube is large, it is generated during the manufacture of the heat transfer tube, and irregularities are formed on the outer and inner peripheral surfaces. Therefore, it is necessary to limit not only the crystal grain size in the crystal grain structure of the manufactured internally spiral grooved tube but also the crystal grain size of the raw pipe used. Furthermore, the manufactured inner surface spiral grooved tube is work-hardened as it is, and as it is, only the groove is easily crushed by expanding the tube, so annealing for making O material is necessary. Since it grows, regarding the heat transfer tube, it is necessary to set a limit on the crystal grain size after the final heat treatment.
本発明は、内面にストレートの溝を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金製押出素管に直接捻り加工を施して得られる内面螺旋溝付管に関し、その底肉厚が厚く、フィン高さが高く、フィン頂角が狭く、且つ、内面螺旋溝付管の加工時および拡管時のオレンジピールの発生がなく、拡管性および内面性状に優れる内面螺旋溝付管の提供を目的とする。 The present invention relates to an inner spiral grooved tube obtained by directly twisting an extruded aluminum or aluminum alloy tube having a straight groove on the inner surface, and has a thick bottom wall, a high fin height, and a fin top. An object of the present invention is to provide an inner spiral grooved tube having a narrow angle and no generation of orange peel at the time of processing and expanding the inner spiral grooved tube, and having excellent tube expandability and inner surface properties.
本発明の内面螺旋溝付管は、内面に長さ方向に沿う複数のストレート溝が周方向に間隔をおいて形成され、これらストレート溝間にフィンが形成されたアルミニウム合金製の押出素管に直接捻り加工を付与することにより、前記ストレート溝が螺旋溝とされ、前記フィンが螺旋状とされた内面螺旋溝付管であって、前記複数の螺旋溝における前記内面螺旋溝付管の底肉厚が0.55mm以上であり、前記螺旋溝からの前記フィンの高さが0.24mm以上であり、前記フィンを断面したときの前記フィンの2つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角が25°以下であり、結晶粒組織において平均結晶粒サイズが120μm以下であることを特徴とする。
本発明の内面螺旋溝付管において、前記120μm以下の平均結晶粒サイズが、焼き鈍し後に達成された平均結晶粒サイズであることが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付管において、内面の螺旋溝に沿って形成されているフィンのフィン倒れ角が1°以下であることが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付管において、外面に表面粗さ(Rmax)15μmを超える段差として定義されるオレンジピールが無いことが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付管において、前記内面螺旋溝付管において、その製造に用いた押出素管の結晶粒組織について、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織あるいは表層のみ外内周それぞれ肉厚の5%以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織であるか又は、金属組織の平均結晶粒サイズが80μm以下であることが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付管において、前記内面螺旋溝付管において、その製造に用いた押出素管の底肉厚が0.55mm以上0.9mm以下であることが好ましい。
The inner surface spiral grooved tube of the present invention is an extruded element tube made of aluminum alloy in which a plurality of straight grooves along the length direction are formed on the inner surface at intervals in the circumferential direction, and fins are formed between the straight grooves. By providing a direct twisting process, the straight groove is a spiral groove, and the fin is a spiral inner tube, and the bottom of the inner spiral groove tube in the plurality of spiral grooves A fin top having a thickness of 0.55 mm or more, a height of the fin from the spiral groove of 0.24 mm or more, and represented by a relative angle between two side wall surfaces of the fin when the fin is sectioned. The angle is 25 ° or less, and the average grain size is 120 μm or less in the grain structure.
In the internally spiral grooved tube of the present invention, the average crystal grain size of 120 μm or less is preferably the average crystal grain size achieved after annealing.
In the inner surface spiral grooved tube of the present invention, it is preferable that the fin tilt angle of the fin formed along the inner surface spiral groove is 1 ° or less.
In the inner surface spiral grooved tube of the present invention, it is preferable that the outer surface has no orange peel defined as a step having a surface roughness (Rmax) exceeding 15 μm.
In the inner surface spiral grooved tube of the present invention, in the inner surface spiral grooved tube, as for the crystal grain structure of the extruded element tube used for the production, all of the metal structure is outside the fibrous structure or the surface layer along the length direction of the tube. It is preferable that 5% or less of the thickness of each inner circumference is a recrystallized structure and all other parts are fibrous structures, or the average crystal grain size of the metal structure is 80 μm or less.
In the inner surface spiral grooved tube of the present invention, it is preferable that the inner wall spiral grooved tube has a bottom wall thickness of 0.55 mm or more and 0.9 mm or less of the extruded element tube used for manufacturing the inner surface spiral groove tube.
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法は、内面に長さ方向に沿う複数のストレート溝が周方向に間隔をおいて形成され、これらストレート溝間にフィンが形成されたアルミニウム合金製の押出素管を、巻き取りロールにコイル状に巻き取ってコイル状管材を形成し、該コイル状管材を直管状に引き伸ばして該管材に捻りを加え、該管材を引抜ダイスにより引き抜き、更に焼き鈍すことにより、前記ストレート溝を螺旋溝とし、前記フィンを螺旋状とし、前記複数の螺旋溝における底肉厚を0.55mm以上とし、前記螺旋溝からの前記フィンの高さを0.24mm以上とし、前記フィンを断面したときの前記フィンの2つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角を25°以下とし、結晶粒組織において平均結晶粒サイズを120μm以下とすることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記内面螺旋溝付管を製造するために、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織あるいは表層のみ外内周それぞれ肉厚の5%以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織であるか又は、金属組織の平均結晶粒サイズが80μm以下である押出素管を用いることが好ましい。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記内面螺旋溝付管を製造するために、底肉厚が0.55mm以上0.9mm以下である押出素管を用いることが好ましい。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記巻き取りと前記引き伸ばしとを交互に複数回行うことが好ましい。
The manufacturing method of the inner surface spiral grooved tube according to the present invention is made of an aluminum alloy in which a plurality of straight grooves along the length direction are formed on the inner surface at intervals in the circumferential direction, and fins are formed between the straight grooves. The extruded element tube is wound into a coil shape on a winding roll to form a coiled tube material, the coiled tube material is stretched into a straight tube, the tube material is twisted, the tube material is pulled out by a drawing die, and further annealed. Thus, the straight groove is a spiral groove, the fin is spiral, the bottom wall thickness of the plurality of spiral grooves is 0.55 mm or more, and the height of the fin from the spiral groove is 0.24 mm or more. The fin apex angle represented by the relative angle between the two side wall surfaces of the fin when the fin is sectioned is 25 ° or less, and the average grain size is 120 μm or less in the crystal grain structure. It is characterized by doing.
In the manufacturing method of the inner surface spiral grooved tube according to the present invention, in order to manufacture the inner surface spiral grooved tube, all the metal structures are fibrous structures along the length direction of the tube or only the outer layer of the outer circumferential surface is thick. It is preferable to use an extruded tube in which 5% or less is a recrystallized structure and all other structures are fibrous structures, or an average crystal grain size of a metal structure is 80 μm or less.
In the manufacturing method of the inner surface spiral groove tube according to the present invention, it is preferable to use an extruded element tube having a bottom wall thickness of 0.55 mm or more and 0.9 mm or less in order to manufacture the inner surface spiral groove tube.
In the manufacturing method of the inner surface spiral grooved tube according to the present invention, it is preferable that the winding and the stretching are alternately performed a plurality of times.
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法は、内面に長さ方向に複数のストレート溝が円周方向に間隔をおいて形成され、これらストレート溝間にフィンが形成されたアルミニウム合金製の押出素管を用い、引抜ダイスのダイス孔の導入側に前記ダイス孔に向かって直線状に押出素管を供給する送出装置を設置し、前記引抜ダイスの導出側に前記押出素管の巻取装置を設置し、前記ダイス孔の中心を通過する中心線の延長線を中心軸としてその軸周り方向に回転するように前記送出装置を設け、前記送出装置から前記引抜ダイスのダイス孔に至る前記押出素管を直線状に維持しながら前記押出素管に後方張力と回転力を付与し、前記引抜ダイスのダイス孔から前記巻取装置に至る管に前方張力を印加し、前記ダイス孔を通過する前記押出素管に縮径加工と捻り加工を加え、更に焼き鈍すことにより、前記ストレート溝を螺旋溝とし、前記フィンを螺旋状とし、前記複数の螺旋溝における底肉厚を0.55mm以上とし、前記螺旋溝からの前記フィンの高さを0.24mm以上とし、前記フィンを断面したときの前記フィンの2つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角を25°以下とし、結晶粒組織において平均結晶粒サイズを120μm以下とすることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記引抜きと捻り加工を同時に行うに際し、捻り加工される押出素管をボビンから巻き出した後、最初に引抜きダイスに通すことが好ましい。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記押出素管は、3000番台のアルミニウム合金製であることが好ましい。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記押出素管は、3003アルミニウム合金からなることが好ましい。
The manufacturing method of the inner surface spiral grooved tube according to the present invention is made of an aluminum alloy in which a plurality of straight grooves are formed in the inner surface at intervals in the circumferential direction, and fins are formed between the straight grooves. A feeding device for supplying the extrusion element pipe linearly toward the die hole is installed on the introduction side of the die hole of the drawing die, and the extrusion element pipe is wound on the outlet side of the drawing die. An apparatus is installed, the delivery device is provided so as to rotate around a centerline extending from the center of the die hole as a center axis, and the delivery device reaches the die hole of the drawing die. While maintaining the extruded element tube in a straight line, it applies backward tension and rotational force to the extruded element tube, applies forward tension to the tube from the die hole of the drawing die to the winding device, and passes through the die hole. To the extruded element tube Adding diameter processing and twisting process, by further Yakinamasu, the straight grooves and a spiral groove, the fin and helical, the bottom wall thickness in the plurality of helical grooves and above 0.55 mm, from the helical groove The height of the fin is 0.24 mm or more, the fin apex angle represented by the relative angle between the two side wall surfaces of the fin when the fin is sectioned is 25 ° or less, and the average grain size in the grain structure Is 120 μm or less.
In the method for manufacturing an internally spiral grooved tube according to the present invention, when the drawing and twisting are performed simultaneously, it is preferable that the extruded element tube to be twisted is first unwound from a bobbin and then passed through a drawing die.
In the method for manufacturing an internally spiral grooved tube according to the present invention, it is preferable that the extruded element tube is made of a 3000 series aluminum alloy.
In the method of manufacturing an internally spiral grooved tube according to the present invention, the extruded element tube is preferably made of a 3003 aluminum alloy.
本発明によれば、内面にストレート溝を有する押出素管を出発材に、その押出素管に直接捻りを加える方法で内面螺旋溝付管を製造する上で、その底肉厚が厚く、フィン高さが高く、フィン頂角が狭く、且つ、内面螺旋溝付管の加工時および拡管時のオレンジピールの発生がなく、拡管性および内面性状に優れる内面螺旋溝付管を提供できる。 According to the present invention, when manufacturing an internally spiral grooved tube by a method of directly twisting the extruded element tube using an extruded element tube having a straight groove on the inner surface as a starting material, the bottom wall thickness is increased. It is possible to provide an internally spiral grooved tube that is high in height, has a narrow fin apex angle, does not generate orange peel during processing and expansion of the internally spiral grooved tube, and has excellent tube expandability and internal surface properties.
以下、本発明に係る内面螺旋溝付管およびその製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
第1実施形態の内面螺旋溝付管の製造装置100は、内面に長さ方向に沿う複数のストレート溝11aが周方向に間隔をおいて形成された押出素管11(図2参照)に、一定の捻れを生じさせ、内面に螺旋溝11dを有する内面螺旋溝付管11R(図3参照)を製造する装置である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an internally spiral grooved tube and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The manufacturing apparatus 100 of the inner surface spiral grooved tube of the first embodiment includes an extruded element tube 11 (see FIG. 2) in which a plurality of straight grooves 11a along the length direction are formed on the inner surface at intervals in the circumferential direction. This is an apparatus for producing an inner spiral grooved tube 11R (see FIG. 3) having a certain twist and having an inner spiral groove 11d.
内面螺旋溝付管11Rは、例えば、国際アルミニウム合金規格3000番台などからなり、本発明において特に限定するものでは無く、いずれのアルミニウム合金あるいは純アルミニウムからなるものでも良い。本実施形態においてアルミニウム合金製とは、これらいずれのアルミニウム合金あるいは純アルミニウムからなるものであっても包含する概念とする。
内面螺旋溝付管11Rの形状について、外径10mm以下、例えば、3〜10mm、凸型の螺旋フィン11cを複数、例えば、30〜60個、凹型の螺旋溝11dを複数、例えば、30〜60個有する。
また、内面螺旋溝付管11Rにおいて、図14に示すように、螺旋フィン11cの高さtは0.24mm以上、フィン頂角θ1は25°以下、底肉厚d(螺旋溝底の位置における管の肉厚)は0.55mm以上とされえている。また、図3に示すように、螺旋フィン11cの捻れ角θは15〜30゜とされている。
The inner spiral grooved tube 11R is made of, for example, the international aluminum alloy standard 3000 series and is not particularly limited in the present invention, and may be made of any aluminum alloy or pure aluminum. In the present embodiment, the term “made of aluminum alloy” includes any aluminum alloy or pure aluminum.
Regarding the shape of the inner spiral grooved tube 11R, the outer diameter is 10 mm or less, for example, 3 to 10 mm, a plurality of convex spiral fins 11c, for example, 30 to 60, and a plurality of concave spiral grooves 11d, for example, 30 to 60 Have one.
Further, in the inner spiral grooved tube 11R, as shown in FIG. 14, the height t of the spiral fin 11c is 0.24 mm or more, the fin apex angle θ 1 is 25 ° or less, the bottom wall thickness d (position of the spiral groove bottom). The wall thickness of the tube is 0.55 mm or more. Further, as shown in FIG. 3, the twist angle θ of the spiral fin 11c is set to 15 to 30 °.
なお、図14に示すように、フィン頂角θ1は、螺旋フィン11cを断面視したときの螺旋フィン11cを構成する2つの側壁面11c1、11c1の相対角度で表される。螺旋フィン11cの断面視形状が略三角形状の場合は、三角形を構成する2つの斜面の相対角度をフィン頂角とすればよく、図14に示すように螺旋フィン11cの断面視形状が略台形状の場合は、台形の上面と下面を介して対向する2つの斜面11c1、11c1の相対角度をフィン頂角とすればよい。
また、捻れ角θとは、図3に示すように内面螺旋溝付管11Rの縦断面を描いた場合、管の内側に表示される螺旋溝あるいは螺旋フィンの直線状に描かれる部分の延長線Sと管の外面とのなす角度を示す。
As shown in FIG. 14, the fin apex angle θ 1 is represented by a relative angle between the two side wall surfaces 11c 1 and 11c 1 constituting the spiral fin 11c when the spiral fin 11c is viewed in cross section. When the cross-sectional view shape of the spiral fin 11c is substantially triangular, the relative angle of the two inclined surfaces constituting the triangle may be the fin apex angle, and the cross-sectional view shape of the spiral fin 11c is substantially the base as shown in FIG. In the case of a shape, the relative angle between the two inclined surfaces 11c 1 and 11c 1 that are opposed to each other via the trapezoidal upper and lower surfaces may be the fin apex angle.
Further, the twist angle θ is an extension line of a portion drawn in a straight line of a spiral groove or a spiral fin displayed on the inner side of the inner spiral grooved tube 11R as shown in FIG. The angle between S and the outer surface of the tube is shown.
螺旋フィン11cの高さtを0.24mm以上、フィン頂角θ1を25°以下、底肉厚dを0.55mm以上とすることで、内面螺旋溝付管11Rを熱交換器の伝熱管として用いた場合に、冷媒の蒸発性能と凝縮性能の両性能をともに高めることが可能になる。螺旋フィン11cのより好ましい高さtは0.26mm以上0.30mm以下であり、より好ましいフィン頂角θ1は8°以上20°以下であり、より好ましい底肉厚dは0.6mm以上0.75mm以下である。 By setting the height t of the spiral fin 11c to 0.24 mm or more, the fin apex angle θ 1 to 25 ° or less, and the bottom wall thickness d to 0.55 mm or more, the inner surface spiral grooved tube 11R becomes the heat transfer tube of the heat exchanger. It is possible to improve both the evaporation performance and the condensation performance of the refrigerant. A more preferable height t of the spiral fin 11c is 0.26 mm or more and 0.30 mm or less, a more preferable fin apex angle θ 1 is 8 ° or more and 20 ° or less, and a more preferable bottom wall thickness d is 0.6 mm or more and 0. .75 mm or less.
押出素管11は、後述するように捻り加工の他に引き抜き加工が施されて内面螺旋溝付管11Rに加工されるので、内面螺旋溝付管11Rより5〜50%程度外径の大きな管体を用いることが好ましい。押出素管11は、内面螺旋溝付管11Rとほぼ同一断面形状を有している。また、押出素管11の底肉厚は、0.55mm以上0.9mm以下とされている。また、押出素管11は、内面のフィン11bの高さが0.24mm以上であり、フィン11bを断面したときの前記フィンの2つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角が25°以下とされている。さらに、この押出素管11は、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織であるか、又は、外周及び内周において、それぞれ表層の肉厚の5%以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織または全面平均結晶粒サイズ80μm以下の結晶粒とされている。 As will be described later, the extruded element tube 11 is subjected to a drawing process in addition to a twisting process to be processed into an inner spiral grooved tube 11R, and therefore a tube having a larger outer diameter by about 5 to 50% than the inner spiral grooved tube 11R It is preferable to use a body. The extruded element tube 11 has substantially the same cross-sectional shape as the inner spiral grooved tube 11R. Moreover, the bottom wall thickness of the extruded element tube 11 is 0.55 mm or more and 0.9 mm or less. Further, the extruded element tube 11 has an inner fin 11b height of 0.24 mm or more, and a fin apex angle represented by a relative angle between the two side wall surfaces of the fin when the fin 11b is cross-sectioned is 25 °. It is as follows. Further, the extruded element tube 11 is a fibrous structure in which the metal structure is all along the length direction of the tube, or 5% or less of the thickness of the surface layer is the recrystallized structure on the outer periphery and the inner periphery, respectively. In all other cases, a fibrous structure or a crystal grain having an overall average crystal grain size of 80 μm or less is used.
押出素管11を内面螺旋溝付管11Rに加工するための製造装置100は、図1及び図4に示す構成である。この製造装置100は、内面にストレート溝11aにより内面フィン11bが形成された押出素管11を巻き取りロール21にコイル状に巻取る巻き取り手段20と、コイル状に形成されたコイル状管材11Cをそのコイル軸線26に沿って引き伸ばして、直管状に形成する引張り手段30と、引張り後の管体の断面形状を矯正する引抜き手段40と、矯正後の内面螺旋溝付管11Eを加熱する熱処理手段49とを有している。
なお、図1は製造装置100の1つの巻き取り手段20と引張り手段30の構成を主体として示すが、製造装置100は詳細には図4に示すように巻き取り手段20と引張り手段30が複数直列(図4の例では3つ直列)に配置され、終段に引抜き手段40と熱処理手段49が配置されている。
A manufacturing apparatus 100 for processing the extruded element tube 11 into the inner spiral grooved tube 11R has a configuration shown in FIGS. 1 and 4. The manufacturing apparatus 100 includes a winding means 20 for winding an extruded element tube 11 having an inner surface fin 11b formed by straight grooves 11a on an inner surface in a coil shape on a winding roll 21, and a coiled tube material 11C formed in a coil shape. Is stretched along the coil axis 26 to form a straight tube, a pulling means 40 for correcting the cross-sectional shape of the tube after pulling, and a heat treatment for heating the internally spiral grooved tube 11E after correction. Means 49.
1 mainly shows the configuration of one winding means 20 and pulling means 30 of the manufacturing apparatus 100. In detail, the manufacturing apparatus 100 has a plurality of winding means 20 and multiple pulling means 30 as shown in FIG. The drawing means 40 and the heat treatment means 49 are arranged in series (three in series in the example of FIG. 4).
巻き取り手段20は、押出素管11をコイル状に巻き取る巻き取りロール21と、この巻き取りロール21との間に押出管材11を挟持し、巻き取りロール21の表面に沿って押出管材11を連続的に送り出すモーター駆動の送りロール22と、その送り出される押出管材11を巻き取りロール21との間で挟持し、その巻き取りを案内する一定のピッチの溝が、巻き取りロール21の外周面に沿う螺旋の一部を構成するように形成された一対のガイド板23とを備えている。また、巻き取りロール21の外周部において送りロール22を設けた側と反対側には、巻き取りロール21との間に押出管材11を挟持するように、回転自在に軸支された押さえロール24が設けられている。前記送りロール22の中心軸には、駆動源であるモーター25が接続されている。
一対のガイド板23は、巻き取りロール21の外周面に対峙する円弧板状に形成され、その内面に巻き取りロール21の外周面に沿う溝23aが一定間隔で形成されており、これらガイド板23は、巻き取りロール21の両側に少なくとも2個以上配置されていることが好ましい。巻き取りロール21の表面とガイド板23の溝23aとの間に押出管材11を通すことにより、押出管材11を巻き取りロール21の外周に沿ってコイル状に巻き取り、且つ、その巻き取られたコイル状管材11Cを、巻き取りロール21の端部から螺旋の延長方向に送り出すことができる。
The winding means 20 sandwiches the extruded tube 11 between the winding roll 21 and the winding roll 21 that winds the extruded tube 11 in a coil shape, and the extruded tubular material 11 extends along the surface of the winding roll 21. A groove with a constant pitch that sandwiches the extruded tube material 11 that is fed out and the take-up roll 21 and guides the take-up is provided on the outer periphery of the take-up roll 21. And a pair of guide plates 23 formed so as to constitute part of a spiral along the surface. Further, on the opposite side of the outer peripheral portion of the take-up roll 21 from the side on which the feed roll 22 is provided, a pressing roll 24 that is rotatably supported so as to sandwich the extruded tube material 11 with the take-up roll 21. Is provided. A motor 25 as a drive source is connected to the central axis of the feed roll 22.
The pair of guide plates 23 are formed in a circular arc shape facing the outer peripheral surface of the take-up roll 21, and grooves 23 a along the outer peripheral surface of the take-up roll 21 are formed at regular intervals on the inner surface thereof. It is preferable that at least two 23 are arranged on both sides of the take-up roll 21. By passing the extruded tube material 11 between the surface of the take-up roll 21 and the groove 23 a of the guide plate 23, the extruded tube material 11 is wound in a coil shape along the outer periphery of the take-up roll 21, and is wound up. The coiled tubular material 11 </ b> C can be sent out from the end of the take-up roll 21 in the spiral extension direction.
巻き取りロール21および押さえロール24の表層には、それらロール円周方向に対し垂直にシーズヒーターが配置されている。ロール表面温度を高温にしておき、押出素管11が巻き取りロール21の表面に巻き取られ、送り出されている間に、押出素管11を高温に加熱することができる。これらロール21、24の表面温度は、RT(室温)〜300℃が好ましい。 On the surface layer of the winding roll 21 and the pressing roll 24, a sheathed heater is disposed perpendicular to the circumferential direction of the rolls. While the roll surface temperature is kept high, the extruded element tube 11 can be heated to a high temperature while the extruded element tube 11 is wound on the surface of the take-up roll 21 and fed out. The surface temperature of these rolls 21 and 24 is preferably RT (room temperature) to 300 ° C.
引張り手段30には、巻き取りロール21上から、巻き取りロール21の軸線の延長線(コイル状管材11Cのコイル軸線26)に沿って送り出された複数巻分のコイル状管材11Cをチャッキングし、そのコイル軸線26の延長線に沿って引き伸ばすストレッチャー31が設けられている。また、ストレッチャー31の後段側にはコイル軸線26の延長線に沿って間隔をおいて配置された二対のピンチロール32が設けられている。ストレッチャー31である程度引き伸ばされたコイル状管材11Cを、これらピンチロール32の間で挟持し、一定の張力を負荷しながら直管状に形成することができる。また、引張り手段30には、高速加熱が可能な高周波加熱炉または輻射熱を利用した加熱炉33が設けられており、コイル状管材11Cを加熱しながら引き伸ばすことができる。 The pulling means 30 chucks the coiled tubular material 11C for a plurality of turns sent from the winding roll 21 along the extension of the axis of the winding roll 21 (coil axis 26 of the coiled tubular material 11C). A stretcher 31 that extends along the extension of the coil axis 26 is provided. In addition, two pairs of pinch rolls 32 arranged at intervals along the extension line of the coil axis 26 are provided on the rear side of the stretcher 31. The coiled tube material 11C stretched to some extent by the stretcher 31 can be sandwiched between these pinch rolls 32 and formed into a straight tube while applying a constant tension. Further, the pulling means 30 is provided with a high-frequency heating furnace capable of high-speed heating or a heating furnace 33 using radiant heat, and can be stretched while heating the coiled tube material 11C.
なお、コイル状管材11Cの軸線26の延長線に沿うとは、コイル軸線26の延長線に一致することのみをいうのではなく、多少のズレは許容される。もっとも、コイル状管材11Cの引き伸ばしは、コイル軸線26の延長線に一致するように行われることが好ましい。
また、引抜き手段40は、中空孔を有する引抜きダイスに管材を通して引抜くことにより、管材の断面形状を矯正する構成とされている。熱処理手段49は、真円度を矯正後の管材の中間焼鈍を行う。なお、本実施形態の加熱手段としては、巻き取りロール21および押さえロール24の表面を加熱するシーズヒーターや、引き伸ばし途中の管材を加熱する加熱炉33が相当する。
Note that the phrase “along the extension line of the axis 26 of the coiled tube material 11 </ b> C does not only mean that the extension line of the coil axis line 26 coincides, but a slight deviation is allowed. However, the stretching of the coiled tube material 11C is preferably performed so as to coincide with the extension line of the coil axis 26.
Further, the drawing means 40 is configured to correct the cross-sectional shape of the pipe material by drawing the pipe material through a drawing die having a hollow hole. The heat treatment means 49 performs the intermediate annealing of the pipe material after correcting the roundness. In addition, as a heating means of this embodiment, the sheathed heater which heats the surface of the winding roll 21 and the press roll 24, and the heating furnace 33 which heats the pipe material in the middle of extending correspond.
第1実施形態の製造装置100は、図4に詳細に示すように巻き取り手段20と引張り手段30とが3組直列に設けられ、その後段側に引抜き手段40と熱処理手段49が設けられている。以下、第1実施形態の製造装置100において、便宜的に1組目の巻き取りロール21を巻き取りロール21aと表記し、2組目の巻き取りロール21を巻き取りロール21bと表記し、3組目の巻き取りロール21を巻き取りロール21cと表記することがある。 In the manufacturing apparatus 100 of the first embodiment, as shown in detail in FIG. 4, three sets of winding means 20 and pulling means 30 are provided in series, and drawing means 40 and heat treatment means 49 are provided on the subsequent stage side. Yes. Hereinafter, in the manufacturing apparatus 100 of the first embodiment, for convenience, the first set of winding rolls 21 will be referred to as a winding roll 21a, and the second set of winding rolls 21 will be referred to as a winding roll 21b. The winding roll 21 in the set may be referred to as a winding roll 21c.
次に、以上のように構成された製造装置100を用いて内面螺旋溝付管11Rを製造する方法について説明する。
製造装置100を用いて内面螺旋溝付管を製造するには、押出成形法により内面にストレート溝を形成した押出素管11を製造する。
本実施形態で用いる押出素管11は、その底肉厚が0.55mm以上0.9mm以下とされている。また、押出素管11は、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織であるか、又は、外周及び内周において、それぞれ表層の肉厚の5%以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織または全面平均結晶粒サイズ80μm以下の結晶粒とされている。
この金属組織と溝形状を有する押出素管11は、押出速度と押出装置のビレット中の温度を制御することで製造できる。押出速度の制御は、通常材料において、40m/分程度の押出速度に制御した生産条件において、押出装置内へのアルミニウム材料の投入温度を540〜560℃に制御し、ビレットホモ処理の温度を580〜595℃程度で数時間〜10時間程度加熱することを意味する。
上述の条件で押出加工することにより、押出素管11を構成するアルミニウム合金の金属の組織及び形状を押出素管の底肉厚が0.55mm以上0.9mm以下、且つ、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織あるいは表層のみ外内周それぞれ肉厚の5%以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織または全面平均結晶粒サイズ80μm以下の結晶粒に制御することができる。上述よりも材料投入温度を高くするか、押出速度を上げて加工発熱を増加させると、結晶粒が粗大化するので、望ましくない。
Next, a method for manufacturing the inner spiral grooved tube 11R using the manufacturing apparatus 100 configured as described above will be described.
In order to manufacture the inner surface spiral grooved tube using the manufacturing apparatus 100, the extruded element tube 11 in which the straight groove is formed on the inner surface by the extrusion molding method is manufactured.
The extruded raw tube 11 used in the present embodiment has a bottom wall thickness of 0.55 mm to 0.9 mm. Further, the extruded element tube 11 is a fibrous structure in which the metal structure is all along the length direction of the tube, or 5% or less of the thickness of the surface layer is a recrystallized structure in the outer periphery and the inner periphery, respectively. Other than that, all are made into a fibrous structure or a crystal grain having a whole surface average crystal grain size of 80 μm or less.
The extruded element tube 11 having the metal structure and the groove shape can be manufactured by controlling the extrusion speed and the temperature in the billet of the extrusion apparatus. The extrusion speed is controlled by controlling the temperature at which the aluminum material is charged into the extrusion apparatus at 540 to 560 ° C. under the production conditions where the extrusion speed is controlled to about 40 m / min. It means heating at about 595 ° C. for several hours to 10 hours.
By extruding under the above-described conditions, the metal structure and shape of the aluminum alloy constituting the extruded element tube 11 are 0.55 mm to 0.9 mm in bottom wall thickness of the extruded element tube, and the entire metal structure is the tube. 5% or less of the inner and outer peripheries of the fibrous structure or the surface layer along the length direction of each is a recrystallized structure, and the rest of the thickness is controlled to a fibrous structure or crystal grains having an average average grain size of 80 μm or less. be able to. Increasing the material input temperature or increasing the extrusion rate to increase the heat generated by processing increases the crystal grain size, which is not desirable.
上述の平均結晶粒径となっている押出素管11を用い、一定速度で回転する送りロール22により、内面にストレート溝が形成された押出素管11を送り出し、巻き取りロール21aの表面に、同一径のコイル状となるように押出素管11を巻き取る。このとき、押出素管11は、巻き取りロール21aの表面と、駆動送りロール22、ガイド板23および押さえロール24との間で案内され、巻き取りロール21aの表面に沿って、その巻き取りロール21aの一端側から他端側に向けて巻き取りロール21aの軸線(コイル軸線26)に沿って巻き取られていく。このとき、巻き取りロール21aの他端側(図1では上側)から解放された管材は、コイル状管材11Cとされている。 Using the extruded element tube 11 having the above-mentioned average crystal grain size, the extruded element tube 11 in which straight grooves are formed on the inner surface is fed by a feed roll 22 that rotates at a constant speed, and on the surface of the take-up roll 21a, The extruded element tube 11 is wound so as to have a coil shape with the same diameter. At this time, the extruding tube 11 is guided between the surface of the take-up roll 21a and the drive feed roll 22, the guide plate 23, and the pressing roll 24, and the take-up roll along the surface of the take-up roll 21a. Winding is performed along the axis (coil axis 26) of the winding roll 21a from one end side to the other end side of 21a. At this time, the tube material released from the other end side (upper side in FIG. 1) of the winding roll 21a is a coiled tube material 11C.
次に、巻き取りロール21aの他端側から解放されたコイル状管材11Cの複数巻分の一部を、ストレッチャー31でチャッキングし、コイル状管材11Cのコイル軸線26の延長線に沿って予備的な矯正を加える。直管状に近い状態まで矯正された管材は、二対のピンチロール32間を通過し、これらピンチロール32間で0.3kN以上の張力を負荷されながら、直管状に形成される。
ストレッチャー31はコイル状管材11Cに予備矯正を加えた後、図1に二点鎖線で示すように元の位置に移動し、順次送り出されてくるコイル状管材11Cの端部をチャッキングし、予備矯正を繰り返し行う。ピンチロール32で直管状に矯正された管材11Lは、巻き取りロール21bにコイル状に巻き取られる。
Next, a part of a plurality of turns of the coiled tube material 11C released from the other end side of the winding roll 21a is chucked by the stretcher 31, and along the extension line of the coil axis 26 of the coiled tube material 11C. Add preliminary correction. The pipe material corrected to a state close to a straight tube passes between the two pairs of pinch rolls 32, and is formed into a straight tube while a tension of 0.3 kN or more is applied between these pinch rolls 32.
The stretcher 31 performs preliminary correction on the coiled tube material 11C, and then moves to the original position as shown by a two-dot chain line in FIG. 1 to chuck the end portions of the coiled tube material 11C that are sequentially fed. Repeat preliminary correction. The tube material 11L that has been straightened by the pinch roll 32 is wound around the winding roll 21b in a coil shape.
このようにして巻き取られた管材11Lは、巻き取りロール21aの径と、この巻き取りロール21aにより巻き取られる管材の巻き取りピッチにより定まる捻れ角θを有する螺旋溝が形成される。この捻れ角θは、巻き取りロールの径(巻き取り径)を小さくする程大きくなり、また巻き取りピッチを小さくする程大きくなる。捻れ角は、巻き取りロールの径の大きさに依存するため、径の小さい巻き取りロールに巻き取れば、一度に大きな捻れ角を生じさせることが可能であるが、管材の材質によっては、小径に巻き取ることが難しい。 The tubular material 11L wound up in this way is formed with a spiral groove having a twist angle θ determined by the diameter of the winding roll 21a and the winding pitch of the tubular material wound up by the winding roll 21a. The twist angle θ increases as the diameter of the winding roll (winding diameter) decreases, and increases as the winding pitch decreases. Since the twist angle depends on the diameter of the take-up roll, it is possible to generate a large twist angle at once by winding it on a take-up roll with a small diameter. It is difficult to wind up.
この場合、径の大きい巻き取りロールに巻き取り、巻き取り工程と引張り工程とを複数回繰り返すことにより管材への捻れを加算して、大きい捻れ角θを有する管材を得ることができる。しかしながら、管材の材質によっては、捻れ角θを大きくするために巻き取り工程と引張り工程とを繰り返すことで、加工硬化により管材が捻れにくくなる。そのため、本実施形態の加熱炉33および巻き取りロール21のように、インラインで加熱する手段を設け、加熱された状態の管材に捻り加工を施すことや、各工程の途中で熱処理をすることにより、ひずみ除去を行うことが好ましい。なお、工程の途中で行われる熱処理は、例えば、管材に200〜350℃で0.5〜4時間の中間焼鈍を行う。 In this case, it is possible to obtain a tubular material having a large twist angle θ by winding up on a winding roll having a large diameter and adding the twist to the tubular material by repeating the winding process and the pulling process a plurality of times. However, depending on the material of the tube material, the tube material is hardly twisted due to work hardening by repeating the winding process and the pulling process in order to increase the twist angle θ. Therefore, like the heating furnace 33 and the take-up roll 21 of the present embodiment, a means for in-line heating is provided, and the heated tube material is twisted or heat-treated in the middle of each step. It is preferable to remove the strain. In addition, the heat processing performed in the middle of a process performs the intermediate annealing for 0.5 to 4 hours at 200-350 degreeC, for example to a pipe material.
また、より捻れ角θの大きい内面螺旋溝付管を製造する際には、例えば、図5のフローチャートに示すように、巻き取り工程および引張り工程を一定回数繰り返す毎に、引抜き工程および熱処理工程を行うことが好ましい。
図5のフローチャートでは、S101〜S103に示すように、巻き取り工程と引張り工程との組合せからなる工程を3回繰り返した後、引抜き工程(S104)と熱処理工程(S105)を挟み、合計8回の巻き取り工程と引張り工程とが行われる(S101〜S112)。そして、巻き取り工程と引張り工程とを繰り返す毎に、管材11には一定の捻りが加算され、捻れ角θを徐々に大きくしていくことができる。
Further, when manufacturing an internally spiral grooved tube having a larger twist angle θ, for example, as shown in the flowchart of FIG. 5, the drawing process and the heat treatment process are performed each time the winding process and the pulling process are repeated a certain number of times. Preferably it is done.
In the flowchart of FIG. 5, as shown in S101 to S103, after repeating the process consisting of the combination of the winding process and the pulling process three times, the drawing process (S104) and the heat treatment process (S105) are sandwiched for a total of 8 times. The winding process and the tensioning process are performed (S101 to S112). And whenever a winding process and a tension | pulling process are repeated, a fixed twist is added to the pipe material 11, and the twist angle | corner (theta) can be enlarged gradually.
巻き取り工程と引張り工程とを複数回繰り返すと、巻き取りロール21aに管材が巻き取られる際に、巻き取りロール21の表面に押し当てられることから、図6に示すように、その管材の断面形状が徐々に扁平に潰される。断面形状の扁平率が大きくなった管材は、巻き取りの際に座屈を生じることがあり、その座屈を生じた管材に引張り工程を行うと、座屈した部分で局所的に折れ曲がり(ネッキング)、管材全体に均一な捻れ角が形成された管材を得ることができない。そのため、巻き取り工程と引張り工程とを繰り返す中で、少なくとも1回の引抜き工程と、矯正後の管材を加熱する熱処理工程とを行うことが好ましい。 When the winding process and the pulling process are repeated a plurality of times, when the tube material is wound around the winding roll 21a, it is pressed against the surface of the winding roll 21, so that as shown in FIG. The shape is gradually crushed flat. Tubing with increased cross-sectional flatness may be buckled during winding, and when the buckled tube is subjected to a pulling process, it is locally bent at the buckled part (necking). ), A tube material in which a uniform twist angle is formed on the entire tube material cannot be obtained. Therefore, it is preferable to perform at least one drawing process and a heat treatment process for heating the straightened tube material while repeating the winding process and the pulling process.
引抜き工程は、引抜き手段40により引抜きダイスの中空孔に管材を通して引抜くことにより行われ、1回の引抜き工程は、管材の扁平率が120%以内のうちに、もとの管材の径に対し5%以上の縮小が図れるように行う。そして、熱処理工程により、真円度の矯正後の管材を加熱し、ひずみを除去する。熱処理工程は、例えば前述と同様の熱処理が行われ、矯正された管材に200〜350℃で0.5〜4時間の中間焼鈍を行う。
このように、巻き取り工程と引張り工程とを繰り返して、管材の扁平率が大きくなった場合には、引抜き工程により真円度を回復させ、座屈が生じることを防止することができる。引張り工程後に、管材の断面形状を矯正する少なくとも1回の引抜き工程を設けることで、管材の潰れを抑制し、巻き取り工程と引張り工程とを複数回工程を繰り返すことが可能となり、管材の捻れ角を大きくすることができる。
なお、扁平率とは、図6に示す管材11の最小径Yに対する最大径Xの比率をいう。
The drawing process is performed by drawing the pipe material through the hollow hole of the drawing die by the drawing means 40. One drawing process is performed with respect to the diameter of the original pipe material within 120% of the flatness of the pipe material. It is performed so that reduction of 5% or more can be achieved. And the pipe material after roundness correction is heated by a heat treatment process, and distortion is removed. In the heat treatment step, for example, the same heat treatment as described above is performed, and the straightened pipe material is subjected to intermediate annealing at 200 to 350 ° C. for 0.5 to 4 hours.
As described above, when the flattening ratio of the tube material is increased by repeating the winding process and the pulling process, the roundness can be recovered by the drawing process, and buckling can be prevented. By providing at least one drawing process to correct the cross-sectional shape of the tube material after the pulling process, it is possible to suppress the collapse of the tube material and to repeat the winding process and the pulling process multiple times, and to twist the tube material. The corner can be increased.
In addition, flatness means the ratio of the maximum diameter X with respect to the minimum diameter Y of the pipe material 11 shown in FIG.
以上の説明により、製造した内面螺旋溝付管11Rは、押出素管11を使用して製造されている。押出素管11は、その底肉厚が0.55mm以上0.9mm以下とされている。これによって、製造された内面螺旋溝付管11Rの底肉厚dを0.55mm以上0.9mm以下とすることができる。
また、押出素管11は、内面のフィン11bの高さが0.24mm以上であり、フィン11bを断面したときの前記フィンの2つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角が25°以下とされている。内面フィンの形状は、捻りを加える前後で大きく変わることはない。したがって、内面螺旋溝付管11Rのフィン11cの高さtを、0.24mm以上であり、フィンをフィン頂角θ1を、25°以下とすることができる。
From the above description, the manufactured inner spiral grooved tube 11 </ b> R is manufactured using the extruded element tube 11. The extruded tube 11 has a bottom wall thickness of 0.55 mm or more and 0.9 mm or less. Thereby, the bottom wall thickness d of the manufactured inner surface spiral grooved tube 11R can be set to 0.55 mm or more and 0.9 mm or less.
Further, the extruded element tube 11 has an inner fin 11b height of 0.24 mm or more, and a fin apex angle represented by a relative angle between the two side wall surfaces of the fin when the fin 11b is cross-sectioned is 25 °. It is as follows. The shape of the inner fin does not change significantly before and after the twist is applied. Therefore, the height t of the fin 11c of the inner surface spiral grooved tube 11R can be 0.24 mm or more, and the fin apex angle θ 1 can be 25 ° or less.
また、押出素管11は、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織であるか、又は、外周及び内周において、それぞれ表層の肉厚の5%以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織または全面平均結晶粒サイズ80μm以下の結晶粒とされている。このような押出素管11を使用して製造するため製造後にオレンジピールの発生がなく、且つ、O材化のための焼き鈍し後の内面螺旋溝付管の平均結晶粒サイズが120μm以下であるため、拡管してもオレンジピールの生成がなく、フィン倒れなどを生じ難い拡管性に優れ、放熱フィンと接合率の高い内面螺旋溝付管を提供できる。
なお、加工後に得られた内面螺旋溝付管11Rは加工硬化されており、そのままでは硬度が高く、拡管プラグによる拡管に支障を生じるので、O材化のための焼き鈍しを行うことで軟化させ、拡管し易くする。この焼き鈍しによるO材化は、300〜420℃の温度範囲に内面螺旋溝付管11Rを0.5時間以上、4時間以内加熱後、徐冷する処理を意味する。
O材化の際の加熱温度が300℃未満では加工後の管の歪を完全に取ることができず、4時間を超える加熱処理では結晶粒が成長し過ぎてオレンジピールの発生に繋がるおそれがある。
Further, the extruded element tube 11 is a fibrous structure in which the metal structure is all along the length direction of the tube, or 5% or less of the thickness of the surface layer is a recrystallized structure in the outer periphery and the inner periphery, respectively. Other than that, all are made into a fibrous structure or a crystal grain having a whole surface average crystal grain size of 80 μm or less. Since it is manufactured using such an extruded element tube 11, there is no generation of orange peel after manufacture, and the average crystal grain size of the internally spiral grooved tube after annealing for forming O material is 120 μm or less. Even if the pipe is expanded, an orange peel is not generated, and it is possible to provide a pipe with an inner surface spiral groove that has excellent pipe expandability that is unlikely to cause fin collapse and that has a high joining ratio with the radiation fin.
In addition, the inner surface spiral grooved tube 11R obtained after the processing is work-hardened, and as it is, the hardness is high, and the tube expansion by the tube expansion plug is hindered. Therefore, it is softened by performing annealing for O material, Easy to expand. O-materialization by annealing means a process of heating the inner spiral grooved tube 11R in a temperature range of 300 to 420 ° C. for 0.5 hours or more and within 4 hours and then gradually cooling.
If the heating temperature at the time of forming the O material is less than 300 ° C., the tube after processing cannot be completely distorted, and if the heat treatment is longer than 4 hours, crystal grains may grow too much, leading to the generation of orange peel. is there.
以下、本発明に係る内面螺旋溝付管の第2実施形態の内面螺旋溝付管の製造方法の第2実施形態について図面を参照しながら説明する。
図7は、第2実施形態の内面螺旋溝付管の製造装置50を示す。この製造装置50は、第1実施形態の製造装置100と同様に、内面に長さ方向に沿うストレート溝11aを周方向に間隔をおいて複数形成した押出素管11(図2参照)に、一定の捻りを生じさせ、内面に螺旋溝11dを有する内面螺旋溝付管11R(図3参照)を製造する装置である。
Hereinafter, a second embodiment of the method of manufacturing the inner surface spiral groove tube according to the second embodiment of the inner surface spiral groove tube according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 shows an apparatus 50 for manufacturing an internally spiral grooved tube according to the second embodiment. This manufacturing apparatus 50 is similar to the manufacturing apparatus 100 of the first embodiment, in the extruded element tube 11 (see FIG. 2) in which a plurality of straight grooves 11a along the length direction are formed on the inner surface at intervals in the circumferential direction. This is an apparatus for producing an inner surface spiral grooved tube 11R (see FIG. 3) having a certain twist and having an inner surface having a spiral groove 11d.
内面螺旋溝付管11Rの製造装置50は、内面にストレート溝を有する押出素管11を出発材として巻き出す巻出ドラム(送出装置)51と、その巻出ドラム51からの押出素管11を回転させて押出素管11に捻りを与える回転手段52を有している。また、捻りが付与される押出素管11を引抜くための引抜ダイス53と、引抜ダイス53から引抜かれた内面螺旋溝付管11Rを巻き取る巻取ドラム(巻取装置)55とを備えている。巻出ドラム51への押出素管11の装着は、予め、押出素管11をボビン56に巻き取り、押出素管11をボビン56ごと巻出ドラム51に装着して実施できる。
また、巻出ドラム51の内側にはドラムブレーキあるいはディスクブレーキ等のブレーキ装置54が内蔵されていて、巻出ドラム51の回転に対し一定の制動力を付加できるように構成されている。このブレーキ装置54が発生させる制動力を調節することにより巻出ドラム51から巻き出して引抜ダイス53を通過しようとする押出素管11に対し所定の後方張力(バックテンション)を付加することができる。
The inner spiral grooved tube 11R manufacturing apparatus 50 includes an unwinding drum (feeding device) 51 that unwinds an extruded element tube 11 having a straight groove on the inner surface, and an extruded element tube 11 from the unwinding drum 51. Rotating means 52 for rotating and twisting the extruded tube 11 is provided. Further, a drawing die 53 for pulling out the extruded element tube 11 to which the twist is applied, and a winding drum (winding device) 55 for winding the inner spiral grooved tube 11 </ b> R drawn from the drawing die 53 are provided. Yes. The extrusion element tube 11 can be attached to the unwinding drum 51 by previously winding the extrusion element tube 11 around the bobbin 56 and attaching the extrusion element tube 11 together with the bobbin 56 to the unwinding drum 51.
In addition, a brake device 54 such as a drum brake or a disc brake is built inside the unwind drum 51 so that a constant braking force can be applied to the rotation of the unwind drum 51. By adjusting the braking force generated by the brake device 54, a predetermined rear tension (back tension) can be applied to the extruded element tube 11 that is unwound from the unwinding drum 51 and tries to pass through the drawing die 53. .
巻出ドラム51はその中心の回転軸51aを矩形状の支持枠(支持体)57に支持させて軸回りに回転自在に支持されている。支持枠57の両端側には支持軸58、59が互いの中心軸を同軸とするように突出形成されていて、水平に設置した支持枠57の両端側を支持するための脚部60、60により支持枠57が支持軸58、59の軸回りに回転自在に支持されている。 The unwinding drum 51 is supported so as to be rotatable about an axis by supporting a rotating shaft 51 a at the center thereof on a rectangular support frame (supporting body) 57. Support shafts 58 and 59 are formed on both end sides of the support frame 57 so as to be coaxial with each other, and leg portions 60 and 60 for supporting both end sides of the support frame 57 installed horizontally. Thus, the support frame 57 is rotatably supported around the support shafts 58 and 59.
脚部60、60は製造装置50を設置する基台(土台)61上に互いに離間するように立設されていて、それらの上端部側に軸受部が形成され、これらの軸受部によって支持枠57の支持軸58と支持軸59が水平に支持されている。支持枠57の一方(図7において右側)の支持軸59は、中空構造とされていて、支持軸59の内部に引抜きダイス53が内蔵されている。
支持枠57において支持軸59を設けた側の端部には押出素管11を通過させる通過孔57aがダイス53のダイス孔に連通するように形成されていて、巻出ドラム51から巻き出した押出素管11について通過孔57aを介し引抜ダイス53側に導出し、引抜ダイス53を介し巻取ドラム55側に巻き取ることができるように構成されている。以上の構成により、巻出ドラム51は巻き出した押出素管11の周回り方向に回転することができ、ダイス53を通過しようとする押出素管11をその周回りに捻ることができる。
The leg portions 60, 60 are erected on a base (base) 61 on which the manufacturing apparatus 50 is installed so as to be separated from each other, and bearing portions are formed on the upper end portions thereof, and the support frame is formed by these bearing portions. 57 support shafts 58 and 59 are supported horizontally. The support shaft 59 on one side (right side in FIG. 7) of the support frame 57 has a hollow structure, and a drawing die 53 is built in the support shaft 59.
A passage hole 57 a through which the extruded tube 11 passes is formed at the end of the support frame 57 on the side where the support shaft 59 is provided so as to communicate with the die hole of the die 53, and is unwound from the unwind drum 51. The extruded element tube 11 is configured to be led out to the drawing die 53 side through the passage hole 57 a and to be taken up to the winding drum 55 side through the drawing die 53. With the configuration described above, the unwinding drum 51 can rotate in the circumferential direction of the extruded extrusion tube 11, and the extrusion tube 11 about to pass through the die 53 can be twisted around the circumference.
巻取ドラム55はサーボモーターなどの巻取力調整機能付きの回転駆動装置を備えてその中心軸回りに回転自在に基台61上に水平に設置されている。巻取ドラム55の回転軸55aは駆動装置47に内蔵されているサーボモーター48により回転力が制御される。
巻取ドラム55のサーボモーター48はその回転駆動力を調節することで巻取力を調節できるように構成されている。従って、引抜ダイス53を通過した内面螺旋溝付管11Rを引き抜く力を調節し、引抜ダイス53を通過しようとする押出素管11に対し任意の前方張力を付加できるようになっている。
支持枠57において支持軸58を設けた側の端部には延長軸部62が形成され、この延長軸部62が脚部60の外側に延出され、延長軸部62がその下方の基台61に設置された駆動装置63により伝導装置64を介し回転駆動されるようになっている。
第2実施形態の製造装置50において、駆動装置63と伝導装置64と脚部60、60と支持枠57により巻出ドラム51の回転手段52が構成されている。
The take-up drum 55 is provided with a rotary drive device with a take-up force adjusting function such as a servo motor, and is installed horizontally on the base 61 so as to be rotatable about its central axis. The rotational force of the rotating shaft 55 a of the winding drum 55 is controlled by a servo motor 48 built in the driving device 47.
The servo motor 48 of the winding drum 55 is configured so that the winding force can be adjusted by adjusting the rotational driving force. Accordingly, an arbitrary forward tension can be applied to the extruded element tube 11 that attempts to pass through the drawing die 53 by adjusting the force with which the inner spiral grooved tube 11R that has passed through the drawing die 53 is drawn.
An extension shaft portion 62 is formed at the end of the support frame 57 on the side where the support shaft 58 is provided. The extension shaft portion 62 extends to the outside of the leg portion 60, and the extension shaft portion 62 is a base below the extension shaft portion 62. The drive device 63 installed at 61 is rotationally driven via a conduction device 64.
In the manufacturing apparatus 50 according to the second embodiment, the driving device 63, the transmission device 64, the legs 60 and 60, and the support frame 57 constitute the rotating means 52 of the unwinding drum 51.
次に、第2実施形態の製造装置50によって内面螺旋溝付管11Rを製造する方法について説明する。
先ず、ボビン56に巻かれた内面ストレート溝付の押出素管11をボビン56ごと巻出ドラム51に装着し、押出素管11とボビン56を巻出ドラム51ごと回転させて、押出素管11に捻りを付与する。巻出ドラム51の回転は、駆動装置63による伝導装置64を介した支持枠57の回転状態により制御できるので、押出素管11に対し必要な捻り力を付与することができる。
前述の捻りの付与と同時に押出素管11は引抜ダイス53を通り、捻り付与と同時に縮径されて内面螺旋溝付管11Rに成形され、巻取ドラム55に巻き取られる。
Next, a method for manufacturing the inner spiral grooved tube 11R by the manufacturing apparatus 50 of the second embodiment will be described.
First, the extruding element tube 11 with the inner surface straight groove wound around the bobbin 56 is attached to the unwinding drum 51 together with the bobbin 56, and the extruding element tube 11 and the bobbin 56 are rotated together with the unwinding drum 51, Torsion. Since the rotation of the unwinding drum 51 can be controlled by the rotation state of the support frame 57 via the conduction device 64 by the driving device 63, the necessary twisting force can be applied to the extruded element tube 11.
Simultaneously with the application of the twist, the extruded element tube 11 passes through the drawing die 53, is reduced in diameter simultaneously with the application of the twist, is formed into the inner spiral grooved tube 11 </ b> R, and is wound around the winding drum 55.
この際、図7(a)に示すように押出素管11は、引抜ダイス53を支点としてその手前側が捻じられて引抜ダイス53内で縮径されながら捻じられる。この時、巻出ドラム51側は、装着したボビン56の押出素管巻き数とその巻き径を計測し、ブレーキ装置54によるブレーキ制御で常に所定の後方張力が巻き出される押出素管11に付与された状態であり、巻取ドラム55側は、サーボモーター制御で一定の前方張力が内面螺旋溝付管11Rに付与される。前方張力と後方張力が不適切であれば、加工中の押出素管11にたるみが生じ、捻り加工中に座屈を生じ、逆に前方張力が強すぎると押出素管11が破断する。 At this time, as shown in FIG. 7A, the extruded tube 11 is twisted while being reduced in diameter in the drawing die 53 by twisting the front side with the drawing die 53 as a fulcrum. At this time, the unwinding drum 51 side measures the number of windings of the extruded element tube of the installed bobbin 56 and its winding diameter, and applies it to the extruded element tube 11 where a predetermined rear tension is always unwound by brake control by the brake device 54. In this state, on the winding drum 55 side, a constant forward tension is applied to the inner spiral grooved tube 11R by servo motor control. If the front tension and the rear tension are inappropriate, sagging occurs in the extruded tube 11 during processing, buckling occurs during twisting, and conversely, if the forward tension is too strong, the extruded tube 11 breaks.
第2実施形態の製造装置50によれば、前方張力と後方張力を調整して押出素管11に作用させる捻り力と縮径力をバランスさせることにより、座屈し易く、破断しやすい細径の押出素管11であっても、支障なく螺旋状に捻り加工し縮径できるので、押出素管11から内面螺旋溝付管11Rを製造できる。換言すると、捻り加工時の応力を縮径加工時の応力により開放してバランスさせることにより、押出素管11の破断や座屈を抑制しつつ捻り加工と縮径加工ができる。また、押出素管11の引き出し速度に応じて前方張力と後方張力を調整することで、押出素管11の破断や捻れを防止しながら、円滑な捻り加工と引抜加工ができる。 According to the manufacturing apparatus 50 of the second embodiment, by adjusting the front tension and the rear tension to balance the twisting force and the diameter reducing force that are applied to the extruded element tube 11, it is easy to buckle and break. Even the extruded element tube 11 can be helically processed and reduced in diameter without hindrance, so that the inner spiral grooved tube 11R can be manufactured from the extruded element tube 11. In other words, twisting and diameter reduction processing can be performed while suppressing breakage and buckling of the extruded element tube 11 by releasing and balancing the stress during twisting with the stress during diameter reduction processing. In addition, by adjusting the front tension and the rear tension according to the drawing speed of the extruded element tube 11, smooth twisting and drawing can be performed while preventing the extruded element tube 11 from being broken or twisted.
なお、以上のような作用効果を奏するのは、支持枠57とともに回転される巻出ドラム51から引き出した押出素管11に捻りを加えつつ直に引抜ダイス53に供給して縮径できるように構成している点に特徴を有する。この点において、巻出ドラム51と引抜ダイス53との間にローラーなどの案内部材や支点部材を配置すると、案内部材や支点部材で支持する押出素管11に捻り力が作用するのに縮径力は作用しないので、これらの支持部分で押出素管が破断するか座屈する。
例えば、特許第3489359号(特開平10−166086号)に記載されている製造装置では、繰り出しドラムとダイスとの間に原管のパスラインを規制してダイスのダイス孔に原管を水平に導くための支点が必然的に存在するので、この特許に記載の製造装置では、その支点部分で原管の破断または座屈を生じやすい。
これに対し本実施形態の装置では、押出素管11に捻り力を付加する位置と押出素管11に縮径力を付加する位置を引抜ダイス53の内部で同一領域に設定し、前方張力と後方張力のバランスを取っているので、押出素管11の座屈と破断を生じない製造装置50とすることができる。このため、上述したような細径の押出素管11であっても支障なく内面螺旋溝付管11Rに成形できる。
It is to be noted that the effects as described above can be achieved so that the diameter can be reduced by directly supplying to the drawing die 53 while twisting the extruded element tube 11 drawn from the unwinding drum 51 rotated together with the support frame 57. It is characterized in that it is configured. In this respect, when a guide member such as a roller or a fulcrum member is disposed between the unwinding drum 51 and the drawing die 53, the diameter of the extruded member 11 supported by the guide member or the fulcrum member is reduced by a twisting force. Since no force acts, the extruded tube breaks or buckles at these support portions.
For example, in the manufacturing apparatus described in Japanese Patent No. 3489359 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-166606), the pass line of the original pipe is regulated between the feeding drum and the die, and the original pipe is horizontally placed in the die hole of the die. Since a fulcrum for guiding is inevitably present, the manufacturing apparatus described in this patent tends to cause breakage or buckling of the original pipe at the fulcrum portion.
On the other hand, in the apparatus of this embodiment, the position where the twisting force is applied to the extruded element tube 11 and the position where the reduced diameter force is applied to the extruded element tube 11 are set in the same region inside the drawing die 53, and the front tension and Since the back tension is balanced, the manufacturing apparatus 50 that does not buckle and break the extruded element tube 11 can be obtained. For this reason, even if it is the extrusion element | tube 11 of the small diameter as mentioned above, it can shape | mold to the inner surface spiral grooved pipe 11R without trouble.
また、押出素管11を引き抜く速度を変更すると、押出素管11に捻り力を付加する位置と押出素管11に縮径力を付加する位置が微妙に変化するので、座屈と破断を生じるおそれがある。これに対し、前述の後方張力と前方張力を調整することにより、引抜速度を変えたとしても、押出素管11の座屈と破断を生じ難くすることができる。このため、生産性を向上させるために引抜速度を向上させたとしても、後方張力と前方張力を調節することにより、破断や座屈を引き起こすことなく内面螺旋溝付管11Rを製造することができ、生産性を向上できる効果がある。 Further, if the speed at which the extruded element tube 11 is pulled out is changed, the position where the twisting force is applied to the extruded element tube 11 and the position where the reduced diameter force is applied to the extruded element tube 11 are slightly changed, so that buckling and fracture occur. There is a fear. On the other hand, even if the drawing speed is changed by adjusting the above-described rear tension and front tension, it is possible to make it difficult for the extruded tube 11 to buckle and break. For this reason, even if the drawing speed is improved in order to improve productivity, the inner spiral grooved tube 11R can be manufactured without causing breakage or buckling by adjusting the rear tension and the front tension. This has the effect of improving productivity.
(実施例1)
外径10mm、内径8.86mm、内面にストレート溝が形成された3003アルミニウム合金の押出素管を用いて内面螺旋溝付管の製造を行った。
押出素管は金属組織および平均結晶粒サイズを変量した。また、この押出素管は、内面のストレート溝の数を36条とした。さらに、この押出素管は、底肉厚が0.58mmであり、フィンの高さが0.26mmであり、前記フィンを断面したときの前記フィンの2つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角θ1が10°である。
Example 1
An internally spiral grooved tube was manufactured using a 3003 aluminum alloy extruded element tube having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 8.86 mm, and a straight groove formed on the inner surface.
The extruded element tube varied the microstructure and the average grain size. Moreover, this extrusion element pipe made the number of the straight groove | channels of an inner surface 36 pieces. Further, this extruded element tube has a bottom wall thickness of 0.58 mm, a fin height of 0.26 mm, and is represented by a relative angle between two side wall surfaces of the fin when the fin is sectioned. The fin apex angle θ 1 is 10 °.
これらの押出素管を用いて、巻き取りロールの径を直径20〜760mmの範囲で変量し、それぞれの巻き取りロールで、巻き取りピッチ15mmで巻き取った後に、そのコイル状に形成されたコイル状管材のコイル軸線上に沿って引き延ばした(引張り工程)。また、引張り工程は、巻き取りロールから3巻分送り出されたコイル状管材の下側端部を250℃に加熱された加熱炉内でストレッチャーにより矯正を加えた後、ある程度、直管状に伸ばした後に、常温まで温度の下がった管材を二対のピンチロール間で1〜2kNの張力を負荷しながら直管状に矯正した。また、管材の外周面には、予め、その長手方向に沿って直線状のマーキングを行い、図8に示すように、マーキングラインLが1周分捻れた時の長手方向の長さ(捻れ周期B)を計測した。捻れ角θは、図9に示すように、管材の直径の長さAと捻れ周期Bとにより算出した。図10に、以上のように実施して得られた巻き取りロール直径(巻き取り径)と捻れ角との関係を示す。 The coil formed into the coil shape after varying the diameter of the take-up roll in the range of 20 to 760 mm in diameter using these extruded element tubes, and taking up at a take-up pitch of 15 mm with each take-up roll. It was stretched along the coil axis of the tube-shaped pipe (tensile process). Further, in the pulling process, the lower end of the coiled tube material fed from the take-up roll by three turns is straightened by a stretcher in a heating furnace heated to 250 ° C., and then stretched to a straight tube to some extent. After that, the tube material that had been cooled to room temperature was straightened into a straight tube while applying a tension of 1 to 2 kN between two pairs of pinch rolls. Further, on the outer peripheral surface of the pipe material, linear marking is performed in advance along the longitudinal direction, and the length in the longitudinal direction (twisting cycle) when the marking line L is twisted by one turn as shown in FIG. B) was measured. The twist angle θ was calculated from the length A of the diameter of the tube material and the twist cycle B as shown in FIG. In FIG. 10, the relationship between the winding roll diameter (winding diameter) obtained by implementing as mentioned above and a twist angle is shown.
図10に示すように、例えば、φ160mmの巻き取り径では、1回に約3°の捻れ角を生じさせることができる。巻き取り径が小さくなるにつれて捻れ角は増加し、巻き取り径に応じた捻れ角を有する内面螺旋溝付管の製造が可能である。また、製造された各内面螺旋溝付管について、管の長手方向に切り開いて内面に形成された螺旋溝の周期を確認したところ、内面の螺旋溝の周期と、マーキングラインの捻れ周期Bとは一致していた。 As shown in FIG. 10, for example, with a winding diameter of φ160 mm, a twist angle of about 3 ° can be generated at one time. As the winding diameter decreases, the twist angle increases, and it is possible to manufacture an internally spiral grooved tube having a twist angle corresponding to the winding diameter. Further, for each manufactured inner surface spiral grooved tube, when the period of the spiral groove formed on the inner surface by cutting it in the longitudinal direction of the tube was confirmed, the period of the inner surface spiral groove and the twisting period B of the marking line are It was consistent.
次に、前記管材と160mmの巻き取りロールを用いて、巻き取り工程と引張り工程とを7回繰り返すことにより内面螺旋溝付管の製造を行った。
先ず、巻き取りロール上に巻き取りピッチ15mmで巻き取りを行った後に、そのコイル状管材を引き伸ばし、これら巻き取り工程と引張り工程とを3回ずつ繰り返した後に、φ8mmの中空孔を有する引抜きダイスで引抜きし、扁平率118%まで潰れた管材を再び扁平率103%の真円に回復させた(引抜き工程)。その後、350℃で4時間の中間焼鈍を行い(熱処理工程)、再度、φ160mmの巻き取りロールにより巻き取りピッチ12mmで巻き取りを実施した。巻き取り工程と引張り工程とを3回ずつ行った後、φ7.5mmの中空孔を有する引抜きダイスで引抜きを行い、350℃で4時間の熱処理を行った。
次いで、φ160mmの巻き取りロールにて巻き取りピッチ11.25mmで巻き取りを実施し、巻き取り工程と引張り工程とを1回ずつ行った。最後にφ7.2mmの中空孔の引抜きダイスで引抜きを行い、最終的に捻れ角20°の内面螺旋溝付管を製造した。
巻き取り速度および抜取り速度は30m/minとした。また、引張り工程は、巻き取りロール上から送り出された3巻分のコイル状の管材の下側端部をストレッチャーにより矯正を加え、ある程度、直管状に伸ばした後、二対のピンチロール間で1〜2kNの張力を負荷しながら直管状に矯正した。
Next, the inner spiral grooved tube was manufactured by repeating the winding process and the pulling process seven times using the tube material and a 160 mm winding roll.
First, after winding on a winding roll at a winding pitch of 15 mm, the coiled tube material is stretched, the winding process and the pulling process are repeated three times, and then a drawing die having a φ8 mm hollow hole. The pipe material which was pulled out and collapsed to a flat rate of 118% was restored again to a perfect circle with a flat rate of 103% (drawing step). Thereafter, intermediate annealing was performed at 350 ° C. for 4 hours (heat treatment process), and winding was performed again with a winding roll of φ160 mm at a winding pitch of 12 mm. After performing the winding process and the pulling process three times each, it was drawn with a drawing die having a hollow hole of φ7.5 mm, and heat treatment was performed at 350 ° C. for 4 hours.
Next, winding was performed at a winding pitch of 11.25 mm with a winding roll of φ160 mm, and the winding process and the pulling process were performed once. Finally, drawing was performed with a drawing die having a hollow hole of φ7.2 mm, and finally an internally spiral grooved tube having a twist angle of 20 ° was manufactured.
The winding speed and the drawing speed were 30 m / min. In addition, in the tensioning process, the lower end of the coiled tube material for three turns sent out from the take-up roll is corrected with a stretcher and stretched to a certain extent to a straight tube, and then between two pairs of pinch rolls. The straight tube was corrected while applying a tension of 1 to 2 kN.
巻き取り工程と引張り工程とを3回ずつ繰り返す毎に、引抜き工程を行うことで、扁平した管材の真円度を回復させ、また、真円度の矯正後の管材を加熱することで、ひずみを除去することができる。これにより、さらに繰り返して巻き取り工程と引張り工程とを実施することができ、最終的に外径7.2mm、内径6mm、フィン頂角10°、フィン高さ0.26mm、底肉厚0.6mm、螺旋溝幅0.26mm、捻れ角20°の内面螺旋溝付管を製造することができた。
以上の工程により得られた内面螺旋溝付管において、拡管のために350℃×4hの熱処理を行った。平均結晶粒80μmの結晶粒組織を有する押出素管を用いて得られた内面螺旋溝付管の部分横断面の金属組織の拡大を図11(a)に示し、同内面螺旋溝付管の一部を切り開いた状態を図11(b)に示し、同内面螺旋溝付管の横断面の溝形状を図11(c)に示す。また、平均結晶粒径140μmの結晶粒組織を有する押出素管を用いて得られた内面螺旋溝付管の部分横断面の金属組織の拡大を図12(a)に示し、同内面螺旋溝付管の一部を切り開いた状態を図12(b)に示し、同内面螺旋溝付管の横断面の溝形状を図12(c)に示す。
Each time the winding process and the pulling process are repeated three times, the roundness of the flat tube material is restored by performing the drawing process, and the straightened pipe material is strained by heating the straightened pipe material. Can be removed. As a result, the winding step and the pulling step can be further repeated. Finally, the outer diameter is 7.2 mm, the inner diameter is 6 mm, the fin apex angle is 10 °, the fin height is 0.26 mm, and the bottom thickness is 0. An internally spiral grooved tube having 6 mm, a spiral groove width of 0.26 mm, and a twist angle of 20 ° could be manufactured.
The inner surface spiral grooved tube obtained by the above process was heat-treated at 350 ° C. for 4 hours for tube expansion. FIG. 11 (a) shows an enlargement of the metal structure of a partial cross section of the internally spiral grooved tube obtained using an extruded element tube having a crystal grain structure with an average grain size of 80 μm. FIG. 11 (b) shows a state in which the part is cut open, and FIG. 11 (c) shows the groove shape of the cross section of the inner surface spiral grooved tube. Further, FIG. 12 (a) shows an enlargement of the metal structure of a partial cross section of the internally spiral grooved tube obtained using the extruded element tube having a crystal grain structure with an average crystal grain size of 140 μm. FIG. 12B shows a state in which a part of the tube is cut open, and FIG. 12C shows the groove shape of the cross section of the inner surface spiral grooved tube.
図11に示す実施例の内面螺旋溝付管は、得られた螺旋溝と溝間に形成されているフィンの形状が整っており、目的の形状のフィン及び螺旋溝を形成できた。また、内面螺旋溝付管の表面にオレンジピールなどの肌荒れは観察できなかった。
これに対し、図12に示す比較例の80μm超えの内面螺旋溝付管は、フィンの形状が不揃いであり、フィンの一部が折れ曲がる等、フィン形状が崩れていた。また、図12(a)に示す組織写真のように結晶粒が大きく、溝とフィンの一部を結晶粒が形作っているので、結晶粒が一部脱落してフィンの形状が一部欠落している箇所を複数確認できた。また、表面にオレンジピールと表される肌荒れを確認できた。
In the inner spiral grooved tube of the example shown in FIG. 11, the shape of fins formed between the obtained spiral grooves and the grooves was uniform, and the fins and spiral grooves of the desired shape could be formed. Moreover, rough skin such as orange peel could not be observed on the surface of the inner spiral grooved tube.
On the other hand, the inner spiral grooved tube exceeding 80 μm in the comparative example shown in FIG. 12 has irregular fin shapes, such as a part of the fins being bent, and so on. Further, as shown in the structure photograph shown in FIG. 12 (a), the crystal grains are large, and the crystal grains form part of the grooves and the fins. Therefore, some of the crystal grains fall off and some of the fins are missing. I was able to confirm multiple locations. Moreover, rough skin expressed as orange peel on the surface was confirmed.
図13は実施例の内面螺旋溝付管と比較例の内面螺旋溝付管について、表面の状態を対比して示す図であり、図13(a)に示すように実施例で得られた内面螺旋溝付管はオレンジピールの発生が見られず、滑らかな表面状態を示している。これに対し図13(b)に示すように比較例の内面螺旋溝付管はオレンジピールが発生し、表面に肌荒れが見られた。
以上の比較から、平均結晶粒80μmの結晶粒組織を有する押出素管を用いて得られた内面螺旋溝付管の方がフィン形状が整っていることが明かであり、表面性状にも優れていることが明かである。
FIG. 13 is a diagram showing a comparison of the surface states of the inner surface spiral grooved tube of the example and the inner surface spiral grooved tube of the comparative example, and the inner surface obtained in the example as shown in FIG. The spiral grooved tube shows no smooth surface condition with no orange peel. On the other hand, as shown in FIG.13 (b), the internal spiral grooved tube of the comparative example generate | occur | produced an orange peel and the rough surface was seen on the surface.
From the above comparison, it is clear that the inner spiral grooved tube obtained by using the extruded element tube having a crystal grain structure with an average crystal grain size of 80 μm has a better fin shape and excellent surface properties. It is clear that there is.
また、別途、底肉厚、フィン頂角、フィン高さを様々に調整した押出素管を用意し、上述した工程と同様の工程により捻りを加えて、様々な底肉厚、フィン頂角、フィン高さを有する内面螺旋溝付管を作製できることを確認した。具体的には、底肉厚が0.55mm、0.65mm、0.75mm、0.85mmのものを作製した。また、フィンの高さが0.24mm、0.3mm、0.5mm、0.8mmのものを作製した。また、フィン頂角が25°、15°、5°のものを作製した。 In addition, separately prepared extruded pipes with various adjustments of bottom wall thickness, fin apex angle, fin height, and twisting by the same process as described above, various base wall thickness, fin apex angle, It was confirmed that an internally spiral grooved tube having a fin height could be produced. Specifically, the bottom wall thickness was 0.55 mm, 0.65 mm, 0.75 mm, 0.85 mm. Also, fins having heights of 0.24 mm, 0.3 mm, 0.5 mm, and 0.8 mm were prepared. Moreover, the thing with a fin apex angle of 25 degrees, 15 degrees, and 5 degrees was produced.
更に、図20には、内面に溝の無い3003アルミニウム合金の押出素管を用い、特許文献3(特開平6−190476号公報)に記載された溝転造法により製造された内面螺旋溝付管の拡大断面写真を示す。図20と、実施例の断面写真である図11(c)とを比較すると、溝転造方法で製造された内面螺旋溝付管は、フィンが潰れた形状となり、特にフィン高さを0.24mm以上に成形できていないことが分かる。 Further, FIG. 20 shows an inner surface spiral groove manufactured by a groove rolling method described in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-190476) using a 3003 aluminum alloy extruded element tube having no groove on the inner surface. An enlarged cross-sectional photograph of the tube is shown. Comparing FIG. 20 with FIG. 11 (c) which is a cross-sectional photograph of the example, the inner surface spiral grooved tube manufactured by the groove rolling method has a shape in which the fins are crushed, and the fin height is particularly set to 0. It turns out that it cannot shape | mold to 24 mm or more.
また、以下の表1に、オレンジピール発生の有無について、試験に用いた3003アルミニウム合金の結晶粒径の大きさと、ホモ処理条件、押出条件との関係を示す。
オレンジピール発生の有無は、得られた螺旋溝付き管の長さ30cmの領域の外面を顕微鏡観察して1箇所もオレンジピールを観測できない場合は発生無し、1箇所でも確認できた場合は発生した、と判断した。
Table 1 below shows the relationship between the size of the crystal grain size of the 3003 aluminum alloy used in the test, the homoprocessing conditions, and the extrusion conditions for the presence or absence of orange peel generation.
The presence or absence of orange peel occurred when the outer surface of the obtained spiral grooved tube with a length of 30 cm was observed with a microscope and no orange peel could be observed. I decided.
表1に示した実験例の一例として、図21にはファイバー組織を有する押出素管を用いて製造した螺旋溝付き管の顕微鏡写真を示し、図22には、再結晶粒径が90μmの押出素管を用いて製造した螺旋溝付き管の顕微鏡写真を示す。 As an example of the experimental example shown in Table 1, FIG. 21 shows a micrograph of a spiral grooved tube manufactured using an extruded element tube having a fiber structure, and FIG. 22 shows an extrusion having a recrystallized grain size of 90 μm. The photomicrograph of the pipe | tube with a spiral groove manufactured using the raw pipe is shown.
表1から明らかなように、平均結晶粒径80μm以下の押出素管または結晶組織がファイバー組織である押出素管を用いた螺旋溝付き管は、オレンジピールの発生が抑制されていることが分かる。 As is apparent from Table 1, it is understood that the generation of orange peel is suppressed in the extruded element tube having an average crystal grain size of 80 μm or less or the spiral grooved tube using the extruded element tube in which the crystal structure is a fiber structure. .
次に、以下の表2に示す押出素管を用いて内面螺旋溝付管を上述と同様の製造方法により作製し、それぞれの試料の押出素管の状態での平均結晶粒径(μm)、内面螺旋溝付管の平均結晶粒径(μm)、オレンジピール発生の有無、加工後内周面の平均溝倒れ角度(゜)、拡管率(%)、表面粗さ(μm)について測定し、評価した。
内面螺旋溝付管の拡管に際し、実施例で得られた内面螺旋溝付管に対し、350℃×4hの熱処理(焼鈍)を行った。
また、内面螺旋溝付管の長手方向と垂直にカットした試料の断面をCCDカメラで観察し、フィンの倒れ角を計測した。フィンの倒れ角θ2は、図14に示すようにフィン付け根部両端に亘る直線L1を引き、直線L1の中央部bから円中心方向(内面螺旋溝付管中心方向)に垂線を作図し、それがフィン頂辺と交わる点をcとし、頂辺中央部aより、角abcを計測した。フィンの傾きの計測は任意に切り出したそれぞれの内面螺旋溝付管の断面3視野のそれぞれから適当に8か所を計測し、計24か所の平均値を求めた。
図14に示す4つのフィン11cにおいて、左側に記載した3つのフィン11cは変形していない状態を示し、右側に記載した1つのフィン11cが変形したフィンを例示している。図14の右側のフィン11cは変形しているので、倒れ角θ2を角abcから計測できるが、左側のフィン11cは変形していないので、直線L1の中央部bから円中心方向に形成した垂線上に頂辺中央部aが位置するので、この場合のフィン倒れ角θ2は0゜となる。なお、図14は、フィン頂角を例示するために作図したものであり、通常は複数のフィン11cにフィン倒れが生じる。
Next, an inner spiral grooved tube was prepared by the same manufacturing method as described above using the extruded element tube shown in Table 2 below, and the average crystal grain size (μm) of each sample in the extruded element tube state, Measure the average crystal grain size (μm) of the inner spiral grooved tube, the presence or absence of orange peel, the average groove tilt angle (°), tube expansion rate (%), surface roughness (μm) of the inner peripheral surface after processing, evaluated.
When expanding the inner spiral grooved tube, the inner spiral grooved tube obtained in the example was subjected to heat treatment (annealing) at 350 ° C. for 4 hours.
Moreover, the cross section of the sample cut perpendicularly to the longitudinal direction of the inner spiral grooved tube was observed with a CCD camera, and the tilt angle of the fin was measured. The tilt angle θ 2 of the fin draws a straight line L1 across the fin base as shown in FIG. 14, and draws a perpendicular line from the central part b of the straight line L1 in the circular center direction (inner spiral grooved tube center direction) The point where it intersects the top of the fin is c, and the angle abc is measured from the central part a of the top. For measuring the inclination of the fin, eight points were appropriately measured from each of the three fields of view of the inner spiral grooved tube cut out arbitrarily, and the average value of a total of 24 points was obtained.
In the four fins 11c shown in FIG. 14, the three fins 11c described on the left side are not deformed, and the one fin 11c described on the right side is illustrated as a deformed fin. Since the right side of the fins 11c of FIG. 14 is deformed, but the inclination angle theta 2 can be measured from the corner abc, since the left fin 11c is not deformed and formed into a circular central direction from the center b of the straight line L1 Since the apex center part a is located on the vertical line, the fin collapse angle θ 2 in this case is 0 °. In addition, FIG. 14 is drawn in order to illustrate the fin apex angle, and fin collapse usually occurs in the plurality of fins 11c.
拡管試験は、100kN引張試験機を用い、その上チャック部に拡管プラグを取り付け、下ベース上に内面螺旋溝付管をプラグ挿入方向と平行に支持するための専用台を設置し圧縮試験モードで行なった。拡管試験を行った後に内面螺旋溝付管11Rを容易に取り出すことができる様に構成された拡管試験用の内面螺旋溝付管の保持治具70と、当該内面螺旋溝付管の保持治具70を用いた拡管試験の手順を図15(a)〜(d)に示す。
内面螺旋溝付管の保持治具70は、支持台74、第1保持部材71、並びに第2保持部材72から概略構成されている。図15(a)に示すように、支持台74は、この内面螺旋溝付管の保持治具70を設置する設置面に固定されており、当該支持台74に、ブロック状の第1保持部材71が固定されている。また、図15(b)に示すように、第2保持部材72は、第1保持部材71と同様にブロック状に形成され、第1保持部材71に着脱自在に重ね合わせ可能に構成されている。
The tube expansion test uses a 100kN tensile tester, and a tube expansion plug is attached to the upper chuck, and a dedicated base is installed on the lower base to support the inner spiral grooved tube parallel to the plug insertion direction. I did it. A holding jig 70 for the inner surface spiral groove tube for the expansion test, which is configured so that the inner surface spiral groove tube 11R can be easily taken out after performing the tube expansion test, and the inner surface spiral groove tube holding jig. The procedure of the tube expansion test using 70 is shown in FIGS.
The holding jig 70 for the inner surface spiral grooved tube is roughly constituted by a support base 74, a first holding member 71, and a second holding member 72. As shown in FIG. 15A, the support base 74 is fixed to an installation surface on which the holding jig 70 for the inner surface spiral grooved tube is installed, and the support base 74 has a block-shaped first holding member. 71 is fixed. Further, as shown in FIG. 15B, the second holding member 72 is formed in a block shape like the first holding member 71, and is configured to be detachably superposed on the first holding member 71. .
第1保持部材71及び第2保持部材72には、それぞれ断面形状が半円の溝71A、72Aが鉛直方向に延びるように形成されている。第1保持部材71と第2保持部材72を重ね合わせると、これらの溝71A、72Aが一つの孔73を構成する。
支持台74には、第1保持部材71及び、第2保持部材72の幅と一致するスライド溝74aが形成されており、このスライド溝状に第1保持部材71及び第2保持部材72を載置することによって、これらの幅方向の位置合わせが可能となる。即ち、第1保持部材71、及び第2保持部材72に設けられた溝71A、72A同士の位置合わせは、前記スライド溝74aにより容易に行うことができる。
図15(a)に示すように、第1保持部材71には、螺子孔71aが設けられている。図15(b)に示すように、第2保持部材72を重ね合わせた後に第2保持部材側から、前記螺子孔31aに固定ボルト32aを螺着することで、第1保持部材71と第2保持部材72を固定することができる。
In the first holding member 71 and the second holding member 72, grooves 71A and 72A having a semicircular cross section are formed so as to extend in the vertical direction. When the first holding member 71 and the second holding member 72 are overlapped, these grooves 71 </ b> A and 72 </ b> A constitute one hole 73.
The support base 74 is formed with a slide groove 74a that matches the width of the first holding member 71 and the second holding member 72, and the first holding member 71 and the second holding member 72 are mounted in the shape of the slide groove. By positioning, the alignment in the width direction is possible. That is, the positioning of the grooves 71A and 72A provided in the first holding member 71 and the second holding member 72 can be easily performed by the slide groove 74a.
As shown in FIG. 15A, the first holding member 71 is provided with a screw hole 71a. As shown in FIG. 15 (b), the first holding member 71 and the second holding member 72 are joined by screwing a fixing bolt 32 a into the screw hole 31 a from the second holding member side after overlapping the second holding member 72. The holding member 72 can be fixed.
この拡管試験用の内面螺旋溝付管の保持治具70を用いて行う拡管試験の手順を説明する。まず、図15(a)、(b)に示すように、第1保持部材71と第2保持部材72を重ね合わせて固定する。これにより、第1保持部材71と第2保持部材72の境界部に孔73が形成される。
次に図15(c)に示すように、前記孔73に内面螺旋溝付管11Rを挿入する。なお、前記孔73の内径は、内面螺旋溝付管11Rの外径よりも十分に大きく形成されており、上方から容易に挿入することができる。
次に図15(d)に示すように、拡管プラグ76を挿入することで、内面螺旋溝付管11Rを拡管する。
最後に、固定ボルト72aを取り外し、第1保持部材71と第2保持部材72を開くことで、拡管された内面螺旋溝付管11Rを取り出し、これを観察する。
The procedure of the tube expansion test performed using the holding jig 70 for the inner surface spiral grooved tube for the tube expansion test will be described. First, as shown in FIGS. 15A and 15B, the first holding member 71 and the second holding member 72 are overlapped and fixed. Thereby, a hole 73 is formed at the boundary between the first holding member 71 and the second holding member 72.
Next, as shown in FIG. 15C, the inner spiral grooved tube 11 </ b> R is inserted into the hole 73. The inner diameter of the hole 73 is sufficiently larger than the outer diameter of the inner spiral grooved tube 11R, and can be easily inserted from above.
Next, as shown in FIG. 15D, the inner surface spiral grooved tube 11R is expanded by inserting a tube expansion plug 76.
Finally, by removing the fixing bolt 72a and opening the first holding member 71 and the second holding member 72, the expanded inner surface spiral grooved tube 11R is taken out and observed.
上述した内面螺旋溝付管11R及び拡管プラグ76と、図15に示す内面螺旋溝付管の保持治具70を用いて、拡管試験を行った。なお、今回の拡管試験において用いる拡管プラグ76の最外径部の直径は、5.9mmのものを用いた。また、拡管プラグ76は、超硬合金からなるものを用いる。
また、拡管プラグ76の挿入速度は、285mm/minとした。
A tube expansion test was performed using the inner surface spiral grooved tube 11R and the tube expansion plug 76 described above and the inner surface spiral grooved tube holding jig 70 shown in FIG. In addition, the diameter of the outermost diameter part of the pipe expansion plug 76 used in this pipe expansion test was 5.9 mm. Further, the tube expansion plug 76 is made of a cemented carbide.
The insertion speed of the tube expansion plug 76 was 285 mm / min.
内面螺旋溝付管11Rの内周面と拡管プラグ76との潤滑油として、エヌ・エスルブリカンツ株式会社製のRF−520を使用した。
拡管を行う内面螺旋溝付管11Rの長さは125mmであり、このうち95mmを拡管ストロークとして拡管試験を行った。尚、プラグを内面螺旋溝付管から抜く際、試料が付いてこないようにセットした内面螺旋溝付管の下から20mm位置に固定孔を設け、ホルダーにセット後、ホルダー側からピンを挿入し固定した。
以下の表2にオレンジピール発生の有無について、試験に用いた押出素管と加工熱処理後の内面螺旋溝付管の平均結晶粒径の大きさ等について示す。
As lubricating oil for the inner peripheral surface of the inner spiral grooved tube 11R and the tube expansion plug 76, RF-520 manufactured by NSL Bricantz Co., Ltd. was used.
The length of the inner spiral grooved tube 11R for expanding the tube is 125 mm, and a tube expansion test was performed using 95 mm as the tube expansion stroke. When removing the plug from the inner spiral grooved tube, a fixing hole is provided at a position 20 mm from the bottom of the inner spiral grooved tube set so that the sample does not come in. After setting in the holder, a pin is inserted from the holder side. Fixed.
Table 2 below shows the average crystal grain size of the extruded raw tube used in the test and the inner surface spiral grooved tube after the heat treatment for the presence or absence of orange peel.
作製したそれぞれの内面螺旋溝付管について、目視で外周側にオレンジピールが発生しているか否かについて観察した。オレンジピール発生の有無は、得られた螺旋溝付き管の長さ30cmの領域の外面を顕微鏡観察して1箇所もオレンジピールを観測できない場合は発生無し、1箇所でも確認できた場合は発生した、と判断した。評価方法の詳細は前述の通り。各試料の試験結果を以下の表2に示す。
また、得られた内面螺旋溝付管の外周について、表面粗さ(Rmax)を二次元粗さ計(サーフコム1400D:株式会社東京精密)で測定した。パラメータ算出はJIS’94規格を選定し、最小二乗直線補正を入れ、試料の傾斜をキャンセルした上で、測定長4mm、測定速度を0.3mm/s、測定レンジ±400.0μmで計測した。
About each produced inner surface spiral grooved tube, it was observed visually whether the orange peel had generate | occur | produced on the outer peripheral side. The presence or absence of orange peel occurred when the outer surface of the obtained spiral grooved tube with a length of 30 cm was observed with a microscope and no orange peel could be observed. I decided. Details of the evaluation method are as described above. The test results for each sample are shown in Table 2 below.
Moreover, about the outer periphery of the obtained internal spiral grooved pipe, the surface roughness (Rmax) was measured with a two-dimensional roughness meter (Surfcom 1400D: Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). For parameter calculation, the JIS '94 standard was selected, the least square straight line correction was added, the sample inclination was canceled, the measurement length was 4 mm, the measurement speed was 0.3 mm / s, and the measurement range was ± 400.0 μm.
表2に示す結果から、全面ファイバー組織、両面表層3%再結晶(残部ファイバー組織)、両面表層5%再結晶組織(残部ファイバー組織)の押出素管(試料No.1、2、3)を用いるならば、加工後の内面螺旋溝付管について、平均結晶粒径80μm以下にすることができた。これらの試料はオレンジピールの発生も見られず、フィン倒れ角度も0.4°以下に制御できた。
これらの試料に対し、No.4、5、6の試料は平均結晶粒径80μmを超えた試料あるいは両面表層8%再結晶組織の試料であるが、オレンジピールの発生が見られ、フィン倒れ角も1゜を超えて大きくなった。
フィン倒れ角が大きい場合、内面螺旋溝付管を拡管プラグにより拡管して熱交換器を組み立てる場合、拡管プラグが作用させる拡管力が倒れた内面フィンを更に倒すように作用し易くなる。この状態になると、内面フィンが更に倒れるように変形する結果、内面螺旋溝付管の拡管不足となり、熱交換器の製造に支障を来す。例えば、熱交換器を内面螺旋溝付管と外部のフィンとで構成する場合、外部のフィンに形成した透孔に内面螺旋溝付管を挿通し、内面螺旋溝付管を拡管することにより熱交換器を組み立てるが、拡管不足となると、外部フィンと内面螺旋溝付管との密着性が劣ることとなり、熱交換性能が低下することとなる。
From the results shown in Table 2, the extruded fiber tubes (Sample Nos. 1, 2 and 3) of the entire surface fiber structure, double-sided surface layer 3% recrystallized (remaining fiber structure), double-sided surface layer 5% recrystallized structure (remaining fiber structure) If used, it was possible to reduce the average crystal grain size to 80 μm or less for the internally spiral grooved tube after processing. In these samples, no orange peel was observed, and the fin collapse angle could be controlled to 0.4 ° or less.
For these samples, no. Samples 4, 5, and 6 were samples with an average crystal grain size exceeding 80 μm or samples with a double-sided surface layer of 8% recrystallized structure. Orange peel was observed, and the fin collapse angle increased beyond 1 °. It was.
When the fin collapse angle is large, when the heat exchanger is assembled by expanding the inner spiral grooved tube with a tube expansion plug, the inner surface fin that the tube expansion force exerted by the tube expansion plug collapses is more easily acted. If it will be in this state, as a result of deform | transforming so that an inner surface fin may fall down further, the expansion of an inner surface spiral grooved tube will become insufficient, and manufacture of a heat exchanger will be hindered. For example, when the heat exchanger is composed of an inner spiral grooved tube and an external fin, the inner spiral grooved tube is inserted into a through-hole formed in the outer fin, and the inner spiral grooved tube is expanded. Although the exchanger is assembled, if the tube expansion is insufficient, the adhesion between the external fin and the inner spiral grooved tube is inferior, and the heat exchange performance is deteriorated.
(実施例2)
外径8.5mm、内径7.5mm、内面にストレート溝が周方向に一定間隔で36条形成された3003アルミニウム合金の押出素管を用い、図7に示す構造の製造装置50を用いて内面螺旋溝付管の製造を行った。
押出素管の内面溝形状は、底肉厚が0.58mmであり、溝の高さが0.22mm、フィン頂角10゜であり、押出素管の平均結晶粒径は、30〜140μmである。
(Example 2)
Using a 3003 aluminum alloy extruded element tube having an outer diameter of 8.5 mm, an inner diameter of 7.5 mm, and 36 straight grooves formed on the inner surface at regular intervals in the circumferential direction, the inner surface using the manufacturing apparatus 50 having the structure shown in FIG. A spiral grooved tube was manufactured.
The inner surface groove shape of the extruded element tube has a bottom thickness of 0.58 mm, a groove height of 0.22 mm, a fin apex angle of 10 °, and an average crystal grain size of the extruded element tube is 30 to 140 μm. is there.
これらの押出素管を巻出ドラムに巻きつけ、ライン速度5m/minで巻き出しし、その巻出ドラムごと支持体を77rpmの回転速度で回転させて15°の捻れ角を素管に付与した。引抜きダイスは孔径7.0mmとし18%の引抜きを行った。捻り、引抜きされた外径φ7.0mmの内面螺旋溝付管を巻き取りドラムに巻き取った。前方、後方張力は20kgf(196N)で実施した。作製したそれぞれの内面螺旋溝付管に、O材化のための焼き鈍し(O材化処理)を目的に410℃×4hの熱処理を実施した。 These extruded element tubes were wound around an unwinding drum, unwound at a line speed of 5 m / min, and the support body was rotated together with the unwinding drum at a rotation speed of 77 rpm to give a twist angle of 15 ° to the element tube. . The drawing die was 18 mm with a hole diameter of 7.0 mm. The twisted and pulled inner spiral grooved tube having an outer diameter of φ7.0 mm was wound around a winding drum. The front and rear tensions were 20 kgf (196 N). A heat treatment of 410 ° C. × 4 h was performed on each of the produced inner spiral grooved tubes for the purpose of annealing for forming an O material (processing for forming an O material).
得られたそれぞれの内面螺旋溝付管について、実施例1の場合と同様にオレンジピール発生の有無を確認し、得られた内面螺旋溝付管の外周について、実施例1の場合と同様に表面粗さ(Rmax)について二次元粗さ計(サーフコム1400D:株式会社東京精密)で測定した。 About each obtained inner surface spiral grooved tube, the presence or absence of orange peel generation | occurrence | production was confirmed similarly to the case of Example 1, and the outer periphery of the obtained inner surface spiral grooved tube was surfaced similarly to the case of Example 1. The roughness (Rmax) was measured with a two-dimensional roughness meter (Surfcom 1400D: Tokyo Seimitsu Co., Ltd.).
表3に示す結果から、全面ファイバー組織、両面表層3%再結晶(残部ファイバー組織)、両面表層5%再結晶組織(残部ファイバー組織)の押出素管(試料No.7、8、9)を用いるならば、加工後の内面螺旋溝付管について、平均結晶粒径80μm以下(例えば、60μm以下)にすることができた。これらの試料はオレンジピールの発生も見られず、フィン倒れ角度も1°以下、例えば0.2°以下に制御できた。
これらの試料に対し、No.10、11、12の試料は平均結晶粒径120μmを超えた試料、両面表層8%再結晶の試料であるが、オレンジピールの発生が見られ、フィン倒れ角も著しく大きくなった。
フィン倒れ角が大きい場合、内面螺旋溝付管を拡管プラグにより拡管して熱交換器を組み立てる場合、拡管プラグが作用させる拡管力が倒れた内面フィンを更に倒すように作用し易くなる。この状態になると、内面フィンが更に倒れるように変形する結果、内面螺旋溝付管の拡管不足となり、熱交換器の製造に支障を来す。例えば、熱交換器を内面螺旋溝付管と外部のフィンとで構成する場合、外部のフィンに形成した透孔に内面螺旋溝付管を挿通し、内面螺旋溝付管を拡管することにより熱交換器を組み立てるが、拡管不足となると、外部フィンと内面螺旋溝付管との密着性が劣ることとなり、熱交換性能が低下することとなる。
From the results shown in Table 3, the extruded fiber tubes (Sample Nos. 7, 8, and 9) of the entire surface fiber structure, double-sided surface layer 3% recrystallized (remaining fiber structure), double-sided surface layer 5% recrystallized structure (remaining fiber structure). If used, the inner spiral grooved tube after processing could have an average crystal grain size of 80 μm or less (for example, 60 μm or less). In these samples, no orange peel was observed, and the fin collapse angle could be controlled to 1 ° or less, for example 0.2 ° or less.
For these samples, no. Samples 10, 11, and 12 were samples with an average crystal grain size exceeding 120 μm and samples with double-sided surface layer 8% recrystallization. Orange peel was observed, and the fin collapse angle was significantly increased.
When the fin collapse angle is large, when the heat exchanger is assembled by expanding the inner spiral grooved tube with a tube expansion plug, the inner surface fin that the tube expansion force exerted by the tube expansion plug collapses is more easily acted. If it will be in this state, as a result of deform | transforming so that an inner surface fin may fall down further, the expansion of an inner surface spiral grooved tube will become insufficient, and manufacture of a heat exchanger will be hindered. For example, when the heat exchanger is composed of an inner spiral grooved tube and an external fin, the inner spiral grooved tube is inserted into a through-hole formed in the outer fin, and the inner spiral grooved tube is expanded. Although the exchanger is assembled, if the tube expansion is insufficient, the adhesion between the external fin and the inner spiral grooved tube is inferior, and the heat exchange performance is deteriorated.
表3に示す試料No.9の内面螺旋溝付管の断面の金属組織写真を図16に示し、同試料No.9の内面螺旋溝付管の外観であってオレンジピールを生じていない状態を図17に示す。図18に試料No.12の比較例で得られたオレンジピールのある内面螺旋溝付管の外観を示す。 Sample No. shown in Table 3 9 is a metallographic photograph of the cross section of the inner spiral grooved tube of FIG. FIG. 17 shows the appearance of the inner spiral grooved tube 9 and no orange peel. In FIG. The external appearance of the internal spiral grooved tube with the orange peel obtained in 12 comparative examples is shown.
図16に示す実施例の内面螺旋溝付管は、得られた螺旋溝と溝間に形成されているフィンの形状が整っており、目的の形状のフィン及び螺旋溝を形成できた。また、図17に示すように内面螺旋溝付管の表面にオレンジピールなどの肌荒れは観察できなかった。
また、繊維状組織の内面螺旋溝付管にO材化のための焼鈍(熱処理)を施すと、図16に示す平均結晶粒径80μm以下の結晶粒からなる金属組織にできることも判った。
これに対し、図18に示す比較例No.12の両面表層8%再結晶の内面螺旋溝付管は、表面にオレンジピールと表される肌荒れを確認できた。
In the inner spiral grooved tube of the example shown in FIG. 16, the shape of fins formed between the obtained spiral grooves and the grooves was uniform, and the fins and spiral grooves of the desired shape could be formed. Further, as shown in FIG. 17, rough skin such as orange peel could not be observed on the surface of the inner spiral grooved tube.
Further, it was also found that when the inner surface spiral grooved tube having a fibrous structure is annealed (heat treatment) for forming an O material, a metal structure composed of crystal grains having an average crystal grain size of 80 μm or less shown in FIG.
In contrast, the comparative example No. 1 shown in FIG. No. 12 double-sided surface layer 8% recrystallized inner surface spiral grooved tube was able to confirm rough skin expressed as orange peel on the surface.
図19は、本発明に係る内面螺旋溝付管を備えた熱交換器80の一例を示す概略図であり、冷媒を通過させるチューブとして内面螺旋溝付管81を蛇行させて設け、この内面螺旋溝付管81の周囲に複数のアルミニウム合金製フィン材82を平行に配設した構造である。内面螺旋溝付管81は、平行に配設したフィン材82を貫通するように設けた複数の透孔を通過するように設けられている。
図19に示す熱交換器の構造において内面螺旋溝付管81は、フィン材82を直線状に貫通する複数のU字状の主管81Aと、隣接する主管81Aの隣り合う端部開口どうしをU字形のエルボ管81Bで図19に示すように接続してなる。また、フィン材82を貫通している内面螺旋溝付管81の一方の端部側に冷媒の入口部86が形成され、内面螺旋溝付管81の他方の端部側に冷媒の出口部87が形成されることで図19に示す熱交換器80が構成されている。
FIG. 19 is a schematic diagram showing an example of a heat exchanger 80 provided with an inner surface spiral grooved tube according to the present invention, and an inner surface spiral grooved tube 81 is provided meandering as a tube through which a refrigerant passes. A plurality of aluminum alloy fin members 82 are arranged around the grooved tube 81 in parallel. The inner surface spiral grooved tube 81 is provided so as to pass through a plurality of through holes provided so as to penetrate the fin material 82 disposed in parallel.
In the structure of the heat exchanger shown in FIG. 19, the inner surface spiral grooved tube 81 includes a plurality of U-shaped main tubes 81A penetrating the fin material 82 in a straight line and adjacent end openings of the adjacent main tubes 81A. As shown in FIG. 19, it is connected by a letter-shaped elbow pipe 81B. Also, a refrigerant inlet 86 is formed on one end side of the inner spiral grooved tube 81 penetrating the fin material 82, and a refrigerant outlet 87 is formed on the other end of the inner spiral grooved tube 81. As a result, a heat exchanger 80 shown in FIG. 19 is configured.
図19に示す熱交換器80は、フィン材82のそれぞれに形成した透孔を貫通するように内面螺旋溝付管81を設け、フィン材82の透孔に挿通後、拡管プラグにより内面螺旋溝付管81の外径を押し広げて内面螺旋溝付管81とフィン材82を機械的に一体化することで組み立てられている。
図19に示す熱交換器80に内面螺旋溝付管81を適用することで、熱交換効率の良好な熱交換器80を提供することができる。
A heat exchanger 80 shown in FIG. 19 is provided with an inner spiral grooved tube 81 so as to pass through the through holes formed in the fin members 82, and after being inserted into the through holes of the fin member 82, an inner spiral groove is formed by a tube expansion plug. The outer diameter of the attached tube 81 is expanded and assembled by mechanically integrating the inner spiral grooved tube 81 and the fin material 82.
By applying the inner surface spiral grooved tube 81 to the heat exchanger 80 shown in FIG. 19, it is possible to provide the heat exchanger 80 with good heat exchange efficiency.
100…内面螺旋溝付管の製造装置、11、11C、11L…押出素管、11a…ストレート溝、11b…フィン、11c…フィン(螺旋フィン)、11d…螺旋溝、11E…矯正後の内面螺旋溝付管、11R…内面螺旋溝付管、20…巻き取り手段、21、21a、21b、21c…巻き取りロール、22…送りロール、23…ガイド板、24…押さえロール、25…モーター、26…軸線、30…引張り手段、31…ストレッチャー、32…ピンチロール、33…加熱炉(加熱手段)、40…引抜き手段、49…熱処理手段、50…製造装置、51…巻出ドラム、51a…巻出ドラム回転軸、52…回転手段、53…引抜ダイス、54…ブレーキ装置、55…巻取ドラム(巻取装置)、56…ボビン、57…支持枠(支持体)、58、59…支持軸、60…脚部、61…基台、62…延長軸部、63…駆動装置、64…伝導装置、80…熱交換器、d…底肉厚、t…高さ、θ…捻れ角、θ1…フィン頂角、θ2…倒れ角 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Manufacturing apparatus of an inner surface spiral grooved tube, 11, 11C, 11L ... Extrusion element tube, 11a ... Straight groove, 11b ... Fin, 11c ... Fin (spiral fin), 11d ... Spiral groove, 11E ... Inner surface spiral after correction Grooved tube, 11R ... Inner spiral grooved tube, 20: Winding means, 21, 21a, 21b, 21c ... Winding roll, 22 ... Feed roll, 23 ... Guide plate, 24 ... Presser roll, 25 ... Motor, 26 DESCRIPTION OF SYMBOLS: Axis, 30 ... Tensioning means, 31 ... Stretcher, 32 ... Pinch roll, 33 ... Heating furnace (heating means), 40 ... Extraction means, 49 ... Heat treatment means, 50 ... Manufacturing apparatus, 51 ... Unwinding drum, 51a ... Unwinding drum rotating shaft, 52 ... Rotating means, 53 ... Drawing die, 54 ... Brake device, 55 ... Winding drum (winding device), 56 ... Bobbin, 57 ... Support frame (support), 58, 5 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Support shaft, 60 ... Leg part, 61 ... Base, 62 ... Extension shaft part, 63 ... Driving device, 64 ... Conduction device, 80 ... Heat exchanger, d ... Bottom wall thickness, t ... Height, θ ... Twist Angle, θ 1 ... fin apex angle, θ 2 ... tilt angle
Claims (4)
引抜ダイスのダイス孔の導入側に前記ダイス孔に向かって直線状に押出素管を供給する送出装置を設置し、前記引抜ダイスの導出側に前記押出素管の巻取装置を設置し、前記ダイス孔の中心を通過する中心線の延長線を中心軸としてその軸周り方向に回転するように前記送出装置を設け、前記送出装置から前記引抜ダイスのダイス孔に至る前記押出素管を直線状に維持しながら前記押出素管に後方張力と回転力を付与し、前記引抜ダイスのダイス孔から前記巻取装置に至る管に前方張力を印加し、前記ダイス孔を通過する前記押出素管に縮径加工と捻り加工を加え、更に焼き鈍すことにより、
前記ストレート溝を螺旋溝とし、前記フィンを螺旋状とし、前記複数の螺旋溝における底肉厚を0.55mm以上とし、前記螺旋溝からの前記フィンの高さを0.24mm以上とし、前記フィンを断面したときの前記フィンの2つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角を25°以下とし、結晶粒組織において平均結晶粒サイズを120μm以下とすることを特徴とする内面螺旋溝付管の製造方法。 A plurality of straight grooves are formed on the inner surface in the length direction at intervals in the circumferential direction, and an aluminum alloy extruded element tube in which fins are formed between the straight grooves is used.
A feeding device for supplying an extruded element tube linearly toward the die hole is installed on the introduction side of the die hole of the drawing die, and a winding device for the extruded element tube is installed on the outlet side of the drawing die, The feeding device is provided so as to rotate in the direction around the axis with an extension line of the center line passing through the center of the die hole as a central axis, and the extrusion element pipe extending from the feeding device to the die hole of the drawing die is linear. A rear tension and a rotational force are applied to the extrusion element tube while maintaining the pressure, a front tension is applied to the pipe from the die hole of the drawing die to the winding device, and the extrusion element pipe passing through the die hole is applied to the extrusion element tube. By adding diameter reduction and twisting, and further annealing,
The straight groove is a spiral groove, the fin is spiral, the bottom wall thickness of the plurality of spiral grooves is 0.55 mm or more, the height of the fin from the spiral groove is 0.24 mm or more, and the fin With an inner surface spiral groove characterized in that a fin apex angle expressed by a relative angle between two side wall surfaces of the fin when the cross section is taken is 25 ° or less and an average crystal grain size is 120 μm or less in a crystal grain structure A method of manufacturing a tube.
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