浅析高精度翅片成型关键技术及应用

王荣 毛国平

摘 要 板翅式换热器具有结构紧凑，重量轻，换热效率高的优点，换热效率比其他种类换热器高 30%以上。翅片作为热交换的关键部件，占整个换热器体积的 80%以上。翅片广泛应用于汽车、燃料电池、通信基站、数据库、高铁、航空航天、石化、LNG冷箱、空分等领域。目前国内外翅片的翅高和节距精度一般只能达到±0.05mm，不能满足高精度翅片的技术要求。因此，高精度翅片的加工制造成为一项世界性的技术难题，也是市场的迫切需求。加快研究开发高精度翅片显得尤为重要。

关键词 高精度;翅片;成型;技术

引言

本文主要阐述内容包括三项核心创新点：①攻克了上模固定式翅片成型原理和高精度送料的难题，首次发明了上模固定、动态平衡、翅高伺服可调、节距弹性伺服可调的翅片成型装备，可以使翅高精度和节距精度达到±0.01mm。②突破了高精度翅高调整技术，发明了柔性可控的翅高调整系统，实现了生产过程中对翅高精度的多点自适应调整。③突破了翅片精确裁断的技术难题，发明了可以单向切断、双向切断、滑切、多条切断以及自动穿管的产品柔性制造系统。

1上模固定式翅片成型原理

设计了一种上模固定、翅高伺服调整的成型机结构，该成型机在翅片成型过程中，上模不动，下模单独实现了上下和左右两个动作。解决了原有的翅片成型机中由于重力加速度的作用使得上模和下模作用力不一致导致翅片平面弯曲变形，最终引起翅片精度超差的问题。

同时，通过伺服微调上模机构，保证了翅片平面度的要求，实现了翅高精度可调。

经实际生产检验，该成型机生产的翅高精度达到±0.01mm，远高于市场上生产的翅片的精度[1]。

2高精度送料的技术难题

设计一种全新的弹簧压缩式送料结构，通过伺服电机和弹簧杠杆机构来调整送料行程的大小，在送料的过程中弹簧1和弹簧2起到了消除系统间隙的作用，从而实现了送料节距的高精度。

3翅片成型设备在高速运动下的动态平衡难题

发明了一种翅片成型机平衡系统结构，通过上平衡弹簧、下平衡弹簧、脱模弹簧建立了一种动态平衡系统。该系统的特点在于：上平衡弹簧给上模提供支撑力和脱模力，而下模板在三种弹簧的作用下浮在弹性平衡系统中，由凸轮传动机构驱动而进行上下运动，在连续生产过程中确保了翅片高度的稳定性并降低了设备的噪声，提高了运动件的使用寿命[2]。

创新点一：

（1）突破了高精度翅高调整技术，发明了柔性控的翅高调整系统，实现了生产过程中对翅高精度的多点自适应调整。

（2）突破翅片切割过程中容易破坏翅片边缘精度的難题，发明了一种翅片自动切断系统，通过采用高精度伺服推进系统和伺服切断系统实现翅片的无损切断，针对不同翅片可以实现单向切断、双向切断和滑切。

（3）突破了翅片高精度推进过程中由于弹性收放而带来的送料不 定的技术难题。发明了一种螺旋推进式机构，该机构通过螺旋推进器 翅片节距啮合设计，使得翅片在推进过程中不产生形变，实现了稳定精确推进。

创新点二：

（1）突破了多条翅片同步成型后切割的难题，发明了一种高精度多条翅片滚齿裁断机，该翅片滚齿裁断机通过多个直齿轮和多条翅片啮合同步推进，实现了多条翅片同步切断，误差小于0.1mm。

（2）突破了翅片成型切断后直接穿入散热管容易破坏翅片自身精度的技术难题，发明了一种散热管自动扩口送料机，该机构通过扩口、自动校准、翅片导入、伺服推进等工艺的优化，避免了翅片在穿管过程的破坏和精度损失。

在技术发明点1中发明了上模固定、动态平衡、翅高伺服可调、节距高精度弹性伺服可调的翅片成型装备。主导设计了翅片机的整体结构，包括伺服平衡机制、上模固定式结构，高精度翅片推进机构，以及一种可调节的平衡系统结构。在技术发明点2中设计发明了多点伺服可调的翅高调整，从而实现了在生产过程中对翅高精度的自适应调整。在技术发明点3中参与了翅片自动切断系统、散热管自动扩口送料机以及一种高精度多翅片裁断机的工艺及结构方案设计。

通过上述可以看出，本项目设备的综合 术指标领先于国内外现有设备，总体技术已经达到国内外先进水平，在实际生产应用中完全满足了客户的对高精度翅片的技术要求。本项目在高精度翅片成型技术领域拥有完全的自主知识产权，相关技术的研力地支撑了我国基础装备及换热器等行业的整体竞争力提升。

4结束语

高精度翅片成型生产线具有全球领先的技术实力，是国内外传统翅片设备的升级换代产品，该项目装备的推广应用大大推进了该领域我国基础装备工业的现代化进程。高效换热器是重要发展方向之一，高精度换热翅片能够显著提升新能源汽车、燃料电池、通信基站、数据库、高铁、航空航天及空分行业的各类换热器换热效率，降低换热器体积和重量，符合换热器小型化等行业的趋势。

高精度翅片可提高换热器换热效率，实现换热器小型化。比如一套原20000平方米翅片的换热器重量达到15吨，而16000平方米的高精度翅片就可以达到同样换热效率，重量只12吨。换热器价格每吨70万，由此每套可节约成本210万。我国市场每年需要此类换热器达1500套以上，每年可节约成本超过3亿。汽车换热器更是如此，如果每个换热器由于翅片换热效率的提升而减少1kg的重量，可节约成本50元左右，相关汽 换热器在国内每年需求在5000万套以上，由此可节约成本达25亿。

该项目装备具有自动化的优势。以一个中等规模换热器供应商为例 使用一般翅片机90台，每台一个作业人员，每天两班次共需180人。使用我司设备后，至少提升2倍，最多45台设备，5台1名作业人员，两班次仅需18人。减少 162人，按每年每人成本8万计，每年合计节约人力成本1200万以上。全球此类企业达2000家以上，综合节约成本达到240亿。因此，高精度翅片的应用具有显著的社会效益和间接经济价值。

参考文献

[1] 王荣，董明智.高精度错列翅片复合成形工艺及模具技术[J].机电产品开发与创新，2011，24（4）：53-54，52.

[2] 王松汉.板翅式换热器[M].北京：化学工业出版社，1984：57.