無縫翅片管螺紋芯頭的設計

王小攏

摘要 在翅片管的生產中，螺紋芯頭的噸成本占據了模具成本超過20%的比例。本文針對螺紋芯頭設計中影響其使用壽命、對無逢翅片管參數的影響以及影響無逢翅片管生產效率的各個因素進行了逐一分析。

關鍵詞 齒高；齒條數；螺旋角；齒頂角

中圖分類號 TK17 文獻標識碼 A 文章編號 2095—6363（2016）12—0085—02

為了提高空調冷凝器和蒸發器的換熱效率，生產廠家通常用紫銅作為基管，利用模具（刀具和芯頭）的配合，加工出無縫翅片管。無縫翅片管是采用冷加工的方法在管材外表面、內表面或內外表面形成系列平行于縱軸或沿管子圓周螺旋擴張的金屬翅片（肋）的無縫管，以達到增加銅管內外表面積，從而提高散熱面積的目的。

要加工出符合技術要求的無縫翅片管，必須有配套的工裝模具來保證，無縫翅片管所用模具包括螺紋芯頭和刀片，刀片和螺紋芯頭的設計、選用對無縫翅片管的生產成本、生產效率和產品質量有重要的影響。本文重點介紹螺紋芯頭的設計。

螺紋芯頭的參數包括外徑、內孔、長度、齒條數、齒深、螺旋角、旋向、槽寬（端面或法向）、齒頂角、齒底圓弧等，螺紋芯頭各個參數的大小對翅片銅管的內齒參數的大小、生產效率、生產成本等有一定的影響，而翅片銅管的參數則直接影響著兩器的換熱效率。

1螺紋芯頭的外徑、內孔及長度的設計

螺紋芯頭的外徑設計時，考慮的因素有2點，一要考慮加工時螺紋芯頭能順利地穿入無縫光管的內孔；二要考慮加工出的翅片管的外徑尺寸符合客戶要求，能順利穿入管板孔，銅管外徑和管板孔間隙又不能過大，以避免運行時銅管振動太大增加噪音。根據以上2個要求，設計時采用的原則是芯頭外徑等于管材（翅片管的母管）外徑減去二倍的壁厚再減去0.3mm的間隙。這樣制定出外徑的螺紋芯頭加工翅片管的過程中既能順利穿入管材，又不會導致加工出的翅片銅管外徑過大或過小，保證翅片銅管穿入管板順利及避免翅片管在管板中振動過大。

內孔的確定：內孔主要根據和芯頭配合的芯桿的外徑尺寸來確定，按芯桿的名義尺寸走正差0.02即可。如果芯頭和芯桿配合間隙過小，生產加工翅片管過程中芯頭內孔與芯桿外徑摩擦發熱，導致芯頭芯桿配合部分粘連卡死，從而引起加工過程中翅片銅管停止前進，造成同一位置循環加工，產生報廢品。而間隙過大，長芯桿在芯頭孔中間固定不穩，跳動幅度大，引起銅管內壁的劃傷，造成翅片產品報廢。

長度的設計：理論上芯頭的長度只要超過加工刀具的排刀長度即可，對加工出的翅片管內齒的尺寸沒有影響。但考慮到加工翅片管的整體質量，螺紋芯頭長度越長，設備運行越平穩，翅片管表面越均勻，翅片管質量也越穩定；然而螺紋芯頭長度太長時，內齒形成過程中所遇阻力也會增加，且螺紋芯頭的價格也會增加，所以其長度也不是越長越好。反之，如長度過短，翅片銅管加工過程中就容易跳動，導致翅片表面凸凹不平，整管直線度差，表面出現發黑等情況。根據刀組的尺寸，芯頭長度一般取25mm～40mm，最好取30mm～40mm為宜。

2螺紋芯頭齒高、齒條數、螺旋角及旋向的確定

單純從增加銅管的內表面換熱面積來說，增加齒高（本文不考慮外翅參數）及齒條數是有效的選擇；然而，考慮到其他參數相同，生產情況也一致的情況下，齒條越高的芯頭，其強度越小，生產中遇到的阻力也越大，容易出現齒條斷齒的現象；其他參數一致的情況下，齒條數越多，齒條越細，其強度也越小，所能承受的阻力也越小，越容易出現齒條崩齒的現象。芯頭出現崩齒斷齒現象的后果，一是增加廢品率，二是如后續工序生產檢漏發現不了廢品，會給空調生產廠家帶來較大的損失。螺紋芯頭更換也增加了翅片生產的時間和生產的模具成本。并且螺紋芯頭齒條數越多，雖然銅管內表面積會對應增加，但齒間距會變小，反而會減小管內流體的被攪拌強度，加大齒間液膜厚度，增大熱阻，從而降低換熱能力。

改變螺旋角的大小時，螺旋角越大，翅片管的內表面積增加也越大，換熱效果也越好，但同時也意味著生產時銅管前進的阻力增大，也是越容易螺紋芯頭崩齒，導致報廢。而一旦報廢，就要更換螺紋芯頭，從而增加生產的輔助時間，降低生產效率。并且螺紋芯頭本身的成本比較高，報廢的越多，越增加生產的成本。所以螺紋芯頭設計時，不能單純地增加齒高、齒條數及螺旋角，要依據客戶的換熱效率要求，綜合考慮各參數，確定最適合的尺寸范圍。螺旋角的旋向是根據客戶的要求來確定左旋右旋的，如果客戶沒有提出要求，就默認是右旋。

3槽寬（端面或法向）、齒頂角、齒底圓弧的設計

螺紋芯頭設計時其他參數大小一定的情況下，減小齒頂角能增加銅管內表面的換熱面積，提高銅管的換熱效率。增加槽寬可以使銅管內齒齒形飽滿，利于成齒，但是槽寬的大小變化會帶來銅管齒形的變化，槽寬越大，內齒越肥，翅片管的單根重越大，越不利于降低生產成本；在齒條數較多不易成齒時，加工出齒底圓弧，不僅有利于銅管內齒成型，同時也可降低翅片銅管的米克重，達到降低成本的目的。

4螺紋芯頭材質的選擇

螺紋芯頭材質的選用也很重要。由于翅片管加工是靠刀片和芯頭強力壓制銅管擠壓出外翅和內齒的，所以材質要求高硬度；翅片管的生產是連續的，螺紋芯頭處于連續工作狀態，所以材質要求有高耐磨性；翅片銅管加工過程中發熱，會引起螺紋芯頭的溫度變化，故材質對熱硬性也有要求；另外，銅管具有粘性，如螺紋芯頭的材質紅硬性過低，會導致齒縫中粘銅嚴重，影響芯頭的使用壽命。綜上所述，螺紋芯頭一般采用鎢鈷類硬質合金。

5螺紋芯頭加工的難易度

螺紋芯頭是精加工產品，生產工序繁多，越是齒條數多，內齒高、螺旋角大的參數，生產難度越大，生產周期越長，成本也對應越高。所以設計時也要考慮螺紋芯頭本身的生產因素。

6結論

螺紋芯頭齒形設計中，單從提高換熱面積來講，應從增加齒條數，提高齒高，增大螺旋角，減小齒項角等方面來考慮。但考慮到空調的節能降耗、翅片管的生產成本和生產效率，應該合理地優化芯頭的各個參數，實際生產中，合理優化齒形參數比單獨增大換熱面積對換熱性能的影響更有意義。endprint