毛國(guó)平 董明智

摘 要 板翅式換熱器是各類氣體分離設(shè)備的熱交換器，而翅片是板翅式換熱器的關(guān)鍵部件，占整個(gè)換熱器體積的80%以上。復(fù)雜型面高精度翅片成形技術(shù)是制造中高壓高效板翅式換熱器，實(shí)現(xiàn)大型、特大型空分設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)。多年來，高精度翅片以其成形工藝復(fù)雜、制造精度要求高、生產(chǎn)效率低成為全球行業(yè)性技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞 板翅式換熱器;翅片;成形;創(chuàng)新

引言

由于板翅式換熱器翅片規(guī)格的多樣化及材料的特殊性（材料為鋁箔，強(qiáng)度低，節(jié)距之間的彈性大），通用的裁斷設(shè)備及碼料設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)翅片的自動(dòng)裁斷與自動(dòng)碼料。之前，國(guó)內(nèi)外空分企業(yè)均采用人工方式對(duì)翅片進(jìn)行裁斷與碼料，導(dǎo)致翅片的生產(chǎn)效率低、誤差大、廢品多。

為了提高翅片的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)翅片生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，項(xiàng)目組對(duì)翅片裁斷和碼料的工藝進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了大量的工藝和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，由此開發(fā)出了翅片自動(dòng)裁斷設(shè)備及翅片自動(dòng)碼料設(shè)備。翅片自動(dòng)裁斷設(shè)備依靠由電磁鐵驅(qū)動(dòng)的壓緊機(jī)構(gòu)阻止裁斷過程中翅片向前運(yùn)動(dòng)，加上導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以保證翅片裁斷面的線性度，依靠由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的裁斷機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)翅片的裁切。自動(dòng)裁斷設(shè)備的周期裁斷動(dòng)作用時(shí)只有2秒，不影響翅片連續(xù)沖壓成形。翅片自動(dòng)碼料設(shè)備設(shè)計(jì)了兩個(gè)可間斷碼料工位，翅片通過撥料機(jī)構(gòu)滑動(dòng)到碼料托架上，碼料托架通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下碼料運(yùn)動(dòng)。每一次碼料運(yùn)動(dòng)，托架下降一個(gè)翅高距離，保證下次碼料時(shí)翅片又能在同一個(gè)平面上滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)翅片自動(dòng)化無損傷碼料。

1實(shí)施效果

通過本項(xiàng)研究，進(jìn)一步完善了鋁合金薄板復(fù)合彎曲成形理論內(nèi)涵和主要技術(shù)，創(chuàng)新了板翅式換熱器高精度翅片成形技術(shù)和工藝。研究結(jié)果已全部用于提升復(fù)雜翅片的制造技術(shù)水平，該技術(shù)及關(guān)鍵制造設(shè)備填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。項(xiàng)目組開發(fā)的板翅式換熱器高精度翅片自動(dòng)成形生產(chǎn)線已在項(xiàng)目合作企業(yè)寧波寧創(chuàng)自動(dòng)化設(shè)備有限公司實(shí)現(xiàn)了定型生產(chǎn)，系列翅片成形機(jī)已通過FIVES公司法國(guó)總部的技術(shù)檢測(cè)和生產(chǎn)試驗(yàn)并率先出口法國(guó)和德國(guó)，項(xiàng)目技術(shù)水平和使用效果在國(guó)內(nèi)外獲得一致好評(píng)，得到了用戶的高度評(píng)價(jià)。在不到兩年時(shí)間內(nèi)該生產(chǎn)線已成功推廣55條，目前國(guó)內(nèi)四川川空股份有限責(zé)任公司、開封空分集團(tuán)有限責(zé)任公司、杭州中泰過程設(shè)備有限責(zé)任公司等企業(yè)都在使用本項(xiàng)目技術(shù)設(shè)備。杭州杭氧集團(tuán)有限公司等企業(yè)已與項(xiàng)目合作公司達(dá)成批量引進(jìn)的意向。本項(xiàng)目的開發(fā)成功，使我國(guó)實(shí)現(xiàn)了大型、特大型中高壓空分設(shè)備重大技術(shù)裝備的國(guó)產(chǎn)化，極大地提升我國(guó)板翅式換熱器制造行業(yè)的核心國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，使我國(guó)由空分設(shè)備大國(guó)向空分設(shè)備強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)工業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，打造低碳綠色的節(jié)約型可持續(xù)發(fā)展社會(huì)做出了貢獻(xiàn)。本項(xiàng)目開發(fā)的薄板成形技術(shù)和翅片成形技術(shù)及設(shè)備也可應(yīng)用于其他工業(yè)領(lǐng)域，如汽車覆蓋件新型吸震材料，多孔結(jié)構(gòu)吸聲、吸波材料，家用空調(diào)、汽車空調(diào)新型換熱器制造等領(lǐng)域。

2主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

板翅式換熱器高精度翅片自動(dòng)成形生產(chǎn)的相關(guān)工藝及多項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白，同時(shí)該項(xiàng)目成套技術(shù)裝備已獲得國(guó)家多項(xiàng)專利授權(quán)。主要有以下技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）理論及試驗(yàn)方法創(chuàng)新：此前板料彎曲成形回彈研究中，采用V型和U型試驗(yàn)方法，大都針對(duì)鋼鐵材料。對(duì)3003、3004鋁合金薄板N型折彎?rùn)C(jī)理和回彈試驗(yàn)的研究尚屬首次。利用有限元數(shù)值模擬方法對(duì)N型、M型或W型復(fù)合折彎成形機(jī)理及回彈過程進(jìn)行深入系統(tǒng)研究，其邊界受限和約束復(fù)雜，分析難度大，這是前人未曾進(jìn)行的工作，研究成果填補(bǔ)了有關(guān)開模條件下薄板復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的復(fù)合成形理論方面的空白[1]。

（2）成形工藝技術(shù)創(chuàng)新：本項(xiàng)研究首次提出M型或W型復(fù)合折彎工藝方法，其成形過程是材料纖維方向的多重受限折彎及齒寬方向約束錯(cuò)列剪裁的三維復(fù)合成形過程，主要采用了以下技術(shù)：①多刀技術(shù)-使傳統(tǒng)的翅片單齒單次成形變?yōu)閱锡X多次成形，無須二次擠壓整形工藝就能保證翅片節(jié)距的一致性，解決了翅片翅形精度及節(jié)距精度難以保證的技術(shù)難題;②整體刀片技術(shù)-研制出整體模具刀片，解決了單齒組合刀片精度低、強(qiáng)度低、壽命短、安裝煩瑣的問題;③復(fù)合成形技術(shù)-在折彎成形基礎(chǔ)上附加了塑性整形技術(shù)，翅片齒頂形成一定面積的平面，大大增加了翅片的釬焊強(qiáng)度;④固定式脫模技術(shù)-設(shè)計(jì)了固定脫模結(jié)構(gòu)，解決已有的浮動(dòng)脫模引起的精度不穩(wěn)定問題。

（3）產(chǎn)品技術(shù)集成創(chuàng)新：開發(fā)的ZWK系列翅片折彎沖壓機(jī)生產(chǎn)線屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，達(dá)世界先進(jìn)水平。設(shè)備主要采用以下新技術(shù)：①采用上下分體結(jié)構(gòu)，使沖壓模具上下刀片都有沖壓動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備柔性可調(diào);②采用液壓系統(tǒng)脹緊上座的恒力沖壓，保證了翅片平面的高精度，方便了翅高調(diào)整，降低了設(shè)備振動(dòng)和噪聲;③采用伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)來調(diào)整模具閉合高度，實(shí)現(xiàn)了翅片高度的精確調(diào)整;④采用伺服系統(tǒng)和一套獨(dú)特的杠桿彈性系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)距的精確調(diào)整;⑤采用彈性系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，解決了高速?zèng)_壓中共振與噪聲的技術(shù)難題;⑥采用特殊的數(shù)齒裁斷系統(tǒng)，變絕對(duì)數(shù)齒裁斷為相對(duì)數(shù)齒裁斷，解決了翅片裁斷精度低、效率低、易損壞的技術(shù)難題。

3與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的比較

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的翅片成形技術(shù)裝備盡管售價(jià)較低，但在生產(chǎn)效率、成形精度及操作性方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于英國(guó)FMC產(chǎn)品和本項(xiàng)目設(shè)備，不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，已基本淘汰出局。FMC翅片成形設(shè)備沖壓力不可調(diào)，難以生產(chǎn)全系列規(guī)格的翅片，潤(rùn)滑散熱不理想，翅片的翅高及節(jié)距精度不高，沒有自動(dòng)裁斷和自動(dòng)碼料系統(tǒng)，且其售價(jià)每臺(tái)近千萬元人民幣，是本項(xiàng)目設(shè)備的10余倍。總體而言，本項(xiàng)目設(shè)備的部分技術(shù)指標(biāo)與FMC設(shè)備相當(dāng)，但綜合指標(biāo)及性能全面優(yōu)于FMC設(shè)備。在市場(chǎng)認(rèn)可度和占有率方面，根據(jù)FMC公司銷售記錄顯示，過去10多年此設(shè)備只銷售10套左右，平均每年不到一套，說明還沒有得到用戶的完全肯定。

板翅式換熱器高精度翅片成形創(chuàng)新為我國(guó)空分行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力提高做出了貢獻(xiàn);該技術(shù)裝備的研制成功提升了板翅式換熱器裝備技術(shù)性能，該項(xiàng)目多項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了該領(lǐng)域的技術(shù)空白，并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。為節(jié)能減排及發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)做出了貢獻(xiàn);利用本項(xiàng)目技術(shù)及裝備生產(chǎn)的高精度翅片大大增加了換熱器翅片的釬焊面積和強(qiáng)度，提高了換熱器的使用壓力和換熱效率，換熱效率比其他類型換熱器高 30%-50%，可有效減少資源消耗。

參考文獻(xiàn)

[1] 王松漢.板翅式換熱器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984：22-23.