一种轧制与犁切‑挤压三维内外翅片管制造设备与方法与流程

本发明涉及内外翅片管加工工艺及其设备，尤其涉及一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备与方法。

背景技术：

随着社会的不断发展，能源短缺的问题日益严重。强化传热技术作为重要的节能途径，对于解决能源问题具有重要的意义，在石油、化工、动力、核能、制冷等领域得到了广泛的应用。换热管是强化传热技术所用到的关键传热元件，其主要特征在于在管的内外表面加工出一定的表面结构，以扩展传热面或提高传热系数，从而提高传热效率。目前强化传热技术使用的换热管以外翅片管为主，其内壁多为光滑壁面、内螺纹沟槽或者直齿沟槽。光滑壁面、内螺纹沟槽或者直齿沟槽对于扩展传热面效果有限。此外，内螺纹沟槽或直齿沟槽由于翅片结构较为规则，其扩展表面相应比较规则，流体流过时边界层的破坏程度有限，不能形成有效的扰动作用，对于强化传热系数的提高有限。因此，内壁为光滑壁面、内螺纹沟槽或者直齿沟槽的换热外翅片管，难以获得更高的传热效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种加工工艺简单的轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备与方法。以获得具有三维非连续内外翅片结构的换热管，进一步提高换热管的传热表面积，提高传热系数，强化传热效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备，包括机架1、可调拉杆机构2、左托料架5、可旋转的轧辊机头3、外翅片犁切刀具4和右托料架51；

所述可调拉杆机构2、左托料架5、可旋转的轧辊机头3、外翅片犁切刀具4和右托料架51依次设置在机架1上；

所述轧辊机头3上设有用于在金属管7外表面形成外螺纹结构的外螺纹轧辊机构；安装在可调拉杆机构2上的用于在金属管7内表面形成内螺纹结构及三维非连续内翅片结构的内螺纹辊芯机构6；

所述外螺纹轧辊机构对称分布在内螺纹辊芯机构6的外围，它们形成金属管7的轧辊工位，当金属管7经过该轧辊工位时，在外螺纹轧辊机构与内螺纹辊芯机构6之间滚压轧制作用下，在金属管7的内外表面形成螺纹结构。

所述外螺纹轧辊机构为三个对称分布、且可旋转的的螺纹轧辊33，由电动机44驱动其旋转；

所述内螺纹辊芯机构6包括拉杆6-1、螺纹芯头6-2、内翅片犁切刀6-3；所述内翅片犁切刀6-3通过刀杆6-4轴向固定安装在拉杆6-1的端部；所述螺纹芯头6-2以周向转动、轴向限位的方式安装在拉杆6-1的端部；

作业时，金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；可调拉杆机构2轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位；

电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进；

当已经成型的内外螺纹结构运动到内翅片犁切刀6-3的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；

当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构。

所述外翅片犁切刀具4包括刀架41及其上的结构相同的三组刀具组件；这三组刀具组件对称分布在刀架41的孔形工位46周围；

所述刀具组件包括安装在刀架41上的驱动丝杆旋转的电机42、丝杆43、丝杆及外翅片犁切刀安装座44、外翅片犁切刀45；

所述电机42固定在刀架41上，丝杆43分别连接电机42和丝杆及外翅片犁切刀安装座44，外翅片犁切刀45安装在丝杆及外翅片犁切刀安装座44上；所述外翅片犁切刀45的刀刃径向均等分布在孔形工位46内，当已成型的内外螺纹结构转动并轴向经过该孔形工位46时，外翅片犁切刀45的刀刃切断金属管7表面的外螺纹结构。

所述可调拉杆机构2包括丝杆机构22，驱动丝杆旋转的驱动电机21、安装在丝杆机构22的丝杆上的拉杆座23；拉杆座23与丝杆螺纹配合；

所述拉杆6-1的末端固定在丝杆机构22的拉杆座23上；驱动电机21带动丝杆旋转，并使拉杆座23移动并停留在所需位置，以适应不同长度金属管7的安装工位。

所述内翅片犁切刀6-3的刀刃为连续的螺旋状刀刃。

所述左托料架5和右托料架51的结构相同，其包括支架51、设置在支架51顶部的凹形工位52、设置在凹形工位52两侧的用于支撑金属管7的滚柱53；当金属管7在凹形工位52内转动时，带动滚柱53转动。

所述滚柱53的外表面包覆有柔性衬套，以防止划伤金属管7表面。

所述外翅片犁切刀45的刀头呈锥形结构。

一种三维内外翅片管的加工方法，其包括如下步骤：

步骤一：将金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；

步骤二：丝杆机构22丝杆上的拉杆座23轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向同步运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位后停止；

步骤三：电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进运动；

步骤四：当已经成型的内外螺纹结构螺旋运动到内翅片犁切刀6-3的螺旋状刀刃的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；

与此同时，当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构，直至整个金属管7加工完成，最后承载在右托料架51上，得到所需结构的三维内外翅片管。

所述外翅片犁切刀45刀头的锥度为10°～30°。可采用棱锥形结构。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明轧辊机头3上设有用于在金属管7外表面形成外螺纹结构的外螺纹轧辊机构和用于在金属管7内表面形成内螺纹结构的内螺纹辊芯机构6；外螺纹轧辊机构对称分布在内螺纹辊芯机构6的外围，它们形成金属管7的轧辊工位，当金属管7经过该轧辊工位时，在外螺纹轧辊机构与内螺纹辊芯机构6之间滚压轧制作用下，在金属管7的内外表面形成螺纹结构。外螺纹轧辊机构为三个对称分布、且可旋转的的螺纹轧辊33，由电动机44驱动其旋转；内螺纹辊芯机构6包括拉杆6-1、螺纹芯头6-2、内翅片犁切刀6-3；内翅片犁切刀6-3通过刀杆6-4轴向固定安装在拉杆6-1的端部；所述螺纹芯头6-2以周向转动、轴向限位的方式安装在拉杆6-1的端部。本发明结构简单，可加工出同时具有三维外翅片和内翅片结构的翅片管，所制备的内外翅片管其传热表面积大，具有较高的传热系数，能有效提高强化传热效率。

本发明作业时，金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；可调拉杆机构2轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位；电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进；当已经成型的内外螺纹结构运动到内翅片犁切刀6-3的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构。本发明内外翅片结构采用一次成型工艺，有效减少装夹时间，提高生产效率，降低生产成本。

本发明外翅片犁切刀具具有自动调节功能，可根据金属管的直径及加工要求调节间距及刀具形状，进而有效调节翅片结构尺寸。

附图说明

图1为本发明轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备的结构示意图。

图2为可调拉杆机构的结构示意图。

图3为外翅片犁切刀具的结构示意图。

图4为外翅片犁切刀(近似棱锥形)的结构示意图。

图5为外翅片成型原理图。

图6为托料架的结构示意图。

图7为内螺纹辊芯机构的结构示意图。

图8为内翅片犁切刀的结构示意图。

图9为内翅片成型原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至9所示。本发明公开了一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备，包括机架1、可调拉杆机构2、左托料架5、可旋转的轧辊机头3、外翅片犁切刀具4和右托料架51。

所述可调拉杆机构2、左托料架5、可旋转的轧辊机头3、外翅片犁切刀具4和右托料架51依次设置在机架1上。

所述轧辊机头3上设有用于在金属管7外表面形成外螺纹结构的外螺纹轧辊机构；安装在可调拉杆机构2上的用于在金属管7内表面形成内螺纹结构及三维非连续内翅片结构的内螺纹辊芯机构6。

所述外螺纹轧辊机构对称分布在内螺纹辊芯机构6的外围，它们形成金属管7的轧辊工位，当金属管7经过该轧辊工位时，在外螺纹轧辊机构与内螺纹辊芯机构6之间滚压轧制作用下，在金属管7的内外表面形成螺纹结构。

所述外螺纹轧辊机构为三个对称分布、且可旋转的的螺纹轧辊33，由电动机44驱动其旋转。

所述内螺纹辊芯机构6包括拉杆6-1、螺纹芯头6-2、内翅片犁切刀6-3；所述内翅片犁切刀6-3通过刀杆6-4轴向固定安装在拉杆6-1的端部；所述螺纹芯头6-2以周向转动、轴向限位的方式安装在拉杆6-1的端部。

作业时，金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；可调拉杆机构2轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位；注：该螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3的外径略小于金属管7的内径。

电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进。滚轧时，金属管7可径向变形；螺纹轧辊33相当于模具的外模，螺纹芯头6-2相当于模具的内模。

当已经成型的内外螺纹结构运动到内翅片犁切刀6-3的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构。

当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构。

所述外翅片犁切刀具4包括刀架41及其上的结构相同的三组刀具组件；这三组刀具组件对称分布在刀架41的孔形工位46周围，即沿其圆周分布。

所述刀具组件包括安装在刀架41上的驱动丝杆旋转的电机42、丝杆43、丝杆及外翅片犁切刀安装座44、外翅片犁切刀45。

所述电机42固定在刀架41上，丝杆43分别连接电机42和丝杆及外翅片犁切刀安装座44，外翅片犁切刀45安装在丝杆及外翅片犁切刀安装座44上；所述外翅片犁切刀45的刀刃径向均等分布在孔形工位46内，当已成型的内外螺纹结构转动并轴向经过该孔形工位46时，外翅片犁切刀45的刀刃切断金属管7表面的外螺纹结构。

所述可调拉杆机构2包括丝杆机构22，驱动丝杆旋转的驱动电机21、安装在丝杆机构22的丝杆上的拉杆座23；拉杆座23与丝杆螺纹配合；

所述拉杆6-1的末端固定在丝杆机构22的拉杆座23上；驱动电机21带动丝杆旋转，并使拉杆座23移动并停留在所需位置，以适应不同长度金属管7的安装工位。

所述内翅片犁切刀6-3的刀刃为连续的螺旋状刀刃。

所述左托料架5和右托料架51的结构相同，其包括支架51、设置在支架51顶部的凹形工位52、设置在凹形工位52两侧的用于支撑金属管7的滚柱53；当金属管7在凹形工位52内转动时，带动滚柱53转动。

所述滚柱53的外表面包覆有柔性衬套，以防止划伤金属管7表面。

所述外翅片犁切刀45的刀头呈锥形结构。

本发明三维内外翅片管的加工方法，可通过如下步骤实现：

步骤一：将金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；

步骤二：丝杆机构22丝杆上的拉杆座23轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向同步运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位后停止；

步骤三：电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进运动；

步骤四：当已经成型的内外螺纹结构螺旋运动到内翅片犁切刀6-3的螺旋状刀刃的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；

与此同时，当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构，直至整个金属管7加工完成，最后承载在右托料架51上，得到所需结构的三维内外翅片管。

所述外翅片犁切刀45刀头的锥度为10°～30°。可采用棱锥形结构。

三维内外翅片管加工完毕后，仅需控制驱动丝杆旋转的驱动电机21方向旋转，即可带动内螺纹辊芯机构6自动回到初始位置(即向左侧移动)，省时省力，操作方便。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。