一種軋制與犁切?擠壓三維內外翅片管制造設備與方法與流程

本發明涉及內外翅片管加工工藝及其設備，尤其涉及一種軋制與犁切-擠壓三維內外翅片管制造設備與方法。

背景技術：

隨著社會的不斷發展，能源短缺的問題日益嚴重。強化傳熱技術作為重要的節能途徑，對于解決能源問題具有重要的意義，在石油、化工、動力、核能、制冷等領域得到了廣泛的應用。換熱管是強化傳熱技術所用到的關鍵傳熱元件，其主要特征在于在管的內外表面加工出一定的表面結構，以擴展傳熱面或提高傳熱系數，從而提高傳熱效率。目前強化傳熱技術使用的換熱管以外翅片管為主，其內壁多為光滑壁面、內螺紋溝槽或者直齒溝槽。光滑壁面、內螺紋溝槽或者直齒溝槽對于擴展傳熱面效果有限。此外，內螺紋溝槽或直齒溝槽由于翅片結構較為規則，其擴展表面相應比較規則，流體流過時邊界層的破壞程度有限，不能形成有效的擾動作用，對于強化傳熱系數的提高有限。因此，內壁為光滑壁面、內螺紋溝槽或者直齒溝槽的換熱外翅片管，難以獲得更高的傳熱效率。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種加工工藝簡單的軋制與犁切-擠壓三維內外翅片管制造設備與方法。以獲得具有三維非連續內外翅片結構的換熱管，進一步提高換熱管的傳熱表面積，提高傳熱系數，強化傳熱效率。

本發明通過下述技術方案實現：

一種軋制與犁切-擠壓三維內外翅片管制造設備，包括機架1、可調拉桿機構2、左托料架5、可旋轉的軋輥機頭3、外翅片犁切刀具4和右托料架51；

所述可調拉桿機構2、左托料架5、可旋轉的軋輥機頭3、外翅片犁切刀具4和右托料架51依次設置在機架1上；

所述軋輥機頭3上設有用于在金屬管7外表面形成外螺紋結構的外螺紋軋輥機構；安裝在可調拉桿機構2上的用于在金屬管7內表面形成內螺紋結構及三維非連續內翅片結構的內螺紋輥芯機構6；

所述外螺紋軋輥機構對稱分布在內螺紋輥芯機構6的外圍，它們形成金屬管7的軋輥工位，當金屬管7經過該軋輥工位時，在外螺紋軋輥機構與內螺紋輥芯機構6之間滾壓軋制作用下，在金屬管7的內外表面形成螺紋結構。

所述外螺紋軋輥機構為三個對稱分布、且可旋轉的的螺紋軋輥33，由電動機44驅動其旋轉；

所述內螺紋輥芯機構6包括拉桿6-1、螺紋芯頭6-2、內翅片犁切刀6-3；所述內翅片犁切刀6-3通過刀桿6-4軸向固定安裝在拉桿6-1的端部；所述螺紋芯頭6-2以周向轉動、軸向限位的方式安裝在拉桿6-1的端部；

作業時，金屬管7置于左托料架5上，并將金屬管7的起始端置于軋輥工位內；可調拉桿機構2軸向推動拉桿6-1在金屬管7內軸向運動，直至螺紋芯頭6-2及內翅片犁切刀6-3到達軋輥工位；

電動機44驅動螺紋軋輥33轉動，金屬管7在螺紋軋輥33以及螺紋芯頭6-2的滾軋咬合作用下，在其內外表面形成連續的螺紋結構的同時，推動金屬管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前進；

當已經成型的內外螺紋結構運動到內翅片犁切刀6-3的工位時，內翅片犁切刀6-3的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前內螺紋凸起結構的三維非連續的內翅片結構；

當已經成型的內外螺紋結構運動到外翅片犁切刀具4的工位時，外翅片犁切刀具4的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前外螺紋凸起結構的三維非連續的外翅片結構。

所述外翅片犁切刀具4包括刀架41及其上的結構相同的三組刀具組件；這三組刀具組件對稱分布在刀架41的孔形工位46周圍；

所述刀具組件包括安裝在刀架41上的驅動絲桿旋轉的電機42、絲桿43、絲桿及外翅片犁切刀安裝座44、外翅片犁切刀45；

所述電機42固定在刀架41上，絲桿43分別連接電機42和絲桿及外翅片犁切刀安裝座44，外翅片犁切刀45安裝在絲桿及外翅片犁切刀安裝座44上；所述外翅片犁切刀45的刀刃徑向均等分布在孔形工位46內，當已成型的內外螺紋結構轉動并軸向經過該孔形工位46時，外翅片犁切刀45的刀刃切斷金屬管7表面的外螺紋結構。

所述可調拉桿機構2包括絲桿機構22，驅動絲桿旋轉的驅動電機21、安裝在絲桿機構22的絲桿上的拉桿座23；拉桿座23與絲桿螺紋配合；

所述拉桿6-1的末端固定在絲桿機構22的拉桿座23上；驅動電機21帶動絲桿旋轉，并使拉桿座23移動并停留在所需位置，以適應不同長度金屬管7的安裝工位。

所述內翅片犁切刀6-3的刀刃為連續的螺旋狀刀刃。

所述左托料架5和右托料架51的結構相同，其包括支架51、設置在支架51頂部的凹形工位52、設置在凹形工位52兩側的用于支撐金屬管7的滾柱53；當金屬管7在凹形工位52內轉動時，帶動滾柱53轉動。

所述滾柱53的外表面包覆有柔性襯套，以防止劃傷金屬管7表面。

所述外翅片犁切刀45的刀頭呈錐形結構。

一種三維內外翅片管的加工方法，其包括如下步驟：

步驟一：將金屬管7置于左托料架5上，并將金屬管7的起始端置于軋輥工位內；

步驟二：絲桿機構22絲桿上的拉桿座23軸向推動拉桿6-1在金屬管7內軸向同步運動，直至螺紋芯頭6-2及內翅片犁切刀6-3到達軋輥工位后停止；

步驟三：電動機44驅動螺紋軋輥33轉動，金屬管7在螺紋軋輥33以及螺紋芯頭6-2的滾軋咬合作用下，在其內外表面形成連續的螺紋結構的同時，推動金屬管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前進運動；

步驟四：當已經成型的內外螺紋結構螺旋運動到內翅片犁切刀6-3的螺旋狀刀刃的工位時，內翅片犁切刀6-3的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前內螺紋凸起結構的三維非連續的內翅片結構；

與此同時，當已經成型的內外螺紋結構運動到外翅片犁切刀具4的工位時，外翅片犁切刀具4的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前外螺紋凸起結構的三維非連續的外翅片結構，直至整個金屬管7加工完成，最后承載在右托料架51上，得到所需結構的三維內外翅片管。

所述外翅片犁切刀45刀頭的錐度為10°～30°。可采用棱錐形結構。

本發明相對于現有技術，具有如下的優點及效果：

本發明軋輥機頭3上設有用于在金屬管7外表面形成外螺紋結構的外螺紋軋輥機構和用于在金屬管7內表面形成內螺紋結構的內螺紋輥芯機構6；外螺紋軋輥機構對稱分布在內螺紋輥芯機構6的外圍，它們形成金屬管7的軋輥工位，當金屬管7經過該軋輥工位時，在外螺紋軋輥機構與內螺紋輥芯機構6之間滾壓軋制作用下，在金屬管7的內外表面形成螺紋結構。外螺紋軋輥機構為三個對稱分布、且可旋轉的的螺紋軋輥33，由電動機44驅動其旋轉；內螺紋輥芯機構6包括拉桿6-1、螺紋芯頭6-2、內翅片犁切刀6-3；內翅片犁切刀6-3通過刀桿6-4軸向固定安裝在拉桿6-1的端部；所述螺紋芯頭6-2以周向轉動、軸向限位的方式安裝在拉桿6-1的端部。本發明結構簡單，可加工出同時具有三維外翅片和內翅片結構的翅片管，所制備的內外翅片管其傳熱表面積大，具有較高的傳熱系數，能有效提高強化傳熱效率。

本發明作業時，金屬管7置于左托料架5上，并將金屬管7的起始端置于軋輥工位內；可調拉桿機構2軸向推動拉桿6-1在金屬管7內軸向運動，直至螺紋芯頭6-2及內翅片犁切刀6-3到達軋輥工位；電動機44驅動螺紋軋輥33轉動，金屬管7在螺紋軋輥33以及螺紋芯頭6-2的滾軋咬合作用下，在其內外表面形成連續的螺紋結構的同時，推動金屬管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前進；當已經成型的內外螺紋結構運動到內翅片犁切刀6-3的工位時，內翅片犁切刀6-3的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前內螺紋凸起結構的三維非連續的內翅片結構；當已經成型的內外螺紋結構運動到外翅片犁切刀具4的工位時，外翅片犁切刀具4的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前外螺紋凸起結構的三維非連續的外翅片結構。本發明內外翅片結構采用一次成型工藝，有效減少裝夾時間，提高生產效率，降低生產成本。

本發明外翅片犁切刀具具有自動調節功能，可根據金屬管的直徑及加工要求調節間距及刀具形狀，進而有效調節翅片結構尺寸。

附圖說明

圖1為本發明軋制與犁切-擠壓三維內外翅片管制造設備的結構示意圖。

圖2為可調拉桿機構的結構示意圖。

圖3為外翅片犁切刀具的結構示意圖。

圖4為外翅片犁切刀(近似棱錐形)的結構示意圖。

圖5為外翅片成型原理圖。

圖6為托料架的結構示意圖。

圖7為內螺紋輥芯機構的結構示意圖。

圖8為內翅片犁切刀的結構示意圖。

圖9為內翅片成型原理圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述。

實施例

如圖1至9所示。本發明公開了一種軋制與犁切-擠壓三維內外翅片管制造設備，包括機架1、可調拉桿機構2、左托料架5、可旋轉的軋輥機頭3、外翅片犁切刀具4和右托料架51。

所述可調拉桿機構2、左托料架5、可旋轉的軋輥機頭3、外翅片犁切刀具4和右托料架51依次設置在機架1上。

所述軋輥機頭3上設有用于在金屬管7外表面形成外螺紋結構的外螺紋軋輥機構；安裝在可調拉桿機構2上的用于在金屬管7內表面形成內螺紋結構及三維非連續內翅片結構的內螺紋輥芯機構6。

所述外螺紋軋輥機構對稱分布在內螺紋輥芯機構6的外圍，它們形成金屬管7的軋輥工位，當金屬管7經過該軋輥工位時，在外螺紋軋輥機構與內螺紋輥芯機構6之間滾壓軋制作用下，在金屬管7的內外表面形成螺紋結構。

所述外螺紋軋輥機構為三個對稱分布、且可旋轉的的螺紋軋輥33，由電動機44驅動其旋轉。

所述內螺紋輥芯機構6包括拉桿6-1、螺紋芯頭6-2、內翅片犁切刀6-3；所述內翅片犁切刀6-3通過刀桿6-4軸向固定安裝在拉桿6-1的端部；所述螺紋芯頭6-2以周向轉動、軸向限位的方式安裝在拉桿6-1的端部。

作業時，金屬管7置于左托料架5上，并將金屬管7的起始端置于軋輥工位內；可調拉桿機構2軸向推動拉桿6-1在金屬管7內軸向運動，直至螺紋芯頭6-2及內翅片犁切刀6-3到達軋輥工位；注：該螺紋芯頭6-2及內翅片犁切刀6-3的外徑略小于金屬管7的內徑。

電動機44驅動螺紋軋輥33轉動，金屬管7在螺紋軋輥33以及螺紋芯頭6-2的滾軋咬合作用下，在其內外表面形成連續的螺紋結構的同時，推動金屬管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前進。滾軋時，金屬管7可徑向變形；螺紋軋輥33相當于模具的外模，螺紋芯頭6-2相當于模具的內模。

當已經成型的內外螺紋結構運動到內翅片犁切刀6-3的工位時，內翅片犁切刀6-3的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前內螺紋凸起結構的三維非連續的內翅片結構。

當已經成型的內外螺紋結構運動到外翅片犁切刀具4的工位時，外翅片犁切刀具4的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前外螺紋凸起結構的三維非連續的外翅片結構。

所述外翅片犁切刀具4包括刀架41及其上的結構相同的三組刀具組件；這三組刀具組件對稱分布在刀架41的孔形工位46周圍，即沿其圓周分布。

所述刀具組件包括安裝在刀架41上的驅動絲桿旋轉的電機42、絲桿43、絲桿及外翅片犁切刀安裝座44、外翅片犁切刀45。

所述電機42固定在刀架41上，絲桿43分別連接電機42和絲桿及外翅片犁切刀安裝座44，外翅片犁切刀45安裝在絲桿及外翅片犁切刀安裝座44上；所述外翅片犁切刀45的刀刃徑向均等分布在孔形工位46內，當已成型的內外螺紋結構轉動并軸向經過該孔形工位46時，外翅片犁切刀45的刀刃切斷金屬管7表面的外螺紋結構。

所述可調拉桿機構2包括絲桿機構22，驅動絲桿旋轉的驅動電機21、安裝在絲桿機構22的絲桿上的拉桿座23；拉桿座23與絲桿螺紋配合；

所述拉桿6-1的末端固定在絲桿機構22的拉桿座23上；驅動電機21帶動絲桿旋轉，并使拉桿座23移動并停留在所需位置，以適應不同長度金屬管7的安裝工位。

所述內翅片犁切刀6-3的刀刃為連續的螺旋狀刀刃。

所述左托料架5和右托料架51的結構相同，其包括支架51、設置在支架51頂部的凹形工位52、設置在凹形工位52兩側的用于支撐金屬管7的滾柱53；當金屬管7在凹形工位52內轉動時，帶動滾柱53轉動。

所述滾柱53的外表面包覆有柔性襯套，以防止劃傷金屬管7表面。

所述外翅片犁切刀45的刀頭呈錐形結構。

本發明三維內外翅片管的加工方法，可通過如下步驟實現：

步驟一：將金屬管7置于左托料架5上，并將金屬管7的起始端置于軋輥工位內；

步驟二：絲桿機構22絲桿上的拉桿座23軸向推動拉桿6-1在金屬管7內軸向同步運動，直至螺紋芯頭6-2及內翅片犁切刀6-3到達軋輥工位后停止；

步驟三：電動機44驅動螺紋軋輥33轉動，金屬管7在螺紋軋輥33以及螺紋芯頭6-2的滾軋咬合作用下，在其內外表面形成連續的螺紋結構的同時，推動金屬管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前進運動；

步驟四：當已經成型的內外螺紋結構螺旋運動到內翅片犁切刀6-3的螺旋狀刀刃的工位時，內翅片犁切刀6-3的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前內螺紋凸起結構的三維非連續的內翅片結構；

與此同時，當已經成型的內外螺紋結構運動到外翅片犁切刀具4的工位時，外翅片犁切刀具4的刀刃切斷螺紋結構，使其形成斷續的凸起結構，刀刃的后刀面同時在凸起結構的溝槽向外擠壓，使凸起結構向外擴張，形成高于未切割前外螺紋凸起結構的三維非連續的外翅片結構，直至整個金屬管7加工完成，最后承載在右托料架51上，得到所需結構的三維內外翅片管。

所述外翅片犁切刀45刀頭的錐度為10°～30°。可采用棱錐形結構。

三維內外翅片管加工完畢后，僅需控制驅動絲桿旋轉的驅動電機21方向旋轉，即可帶動內螺紋輥芯機構6自動回到初始位置(即向左側移動)，省時省力，操作方便。

如上所述，便可較好地實現本發明。

本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。