一种基于多刃犁切‑挤压的三维内翅片管成型装置及方法与流程

本发明涉及翅片制备工艺与设备，尤其涉及一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置及方法。

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，提供一种结构简单、操作便捷的基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置及方法。以获得具有三维非连续内翅片结构的换热管，进一步提高换热管内部翅片与工质的接触面积，提高了换热效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置，包括机架1、可提供旋转动力的机头3、支撑机构4、轴向进给机构5和内翅片成型刀具组件；

所述机头3、支撑机构4和轴向进给机构5依次轴向安装在机架1上；所述内翅片成型刀具组件安装在轴向进给机构5上；

待加工三维内翅片的金属管7一端夹持在机头3旋转主轴的卡盘上，另一端置于支撑机构4上；金属管7的轴线与内翅片成型刀具组件的轴线同轴；机头3的旋转主轴为金属管7提供旋转动力，轴向进给机构5驱动内翅片成型刀具组件沿着金属管7与内翅片成型刀具组件的轴线直线移动。

所述支撑机构4包括一支架4-1，支架4-1上开设有一用于放置金属管7的工位4-4，在支架4-1本体上对称分布有三个夹紧气缸4-2，每个夹紧气缸4-2的活塞端部安装有卡爪4-3，卡爪4-3的端部安装有可旋转的滚柱4-3a；滚柱4-3a对称分布在工位4-4的周围，当金属管7置于工位4-4内时，滚柱4-3a与金属管7的周壁转动接触，为旋转运动中的金属管7提供支撑与定位。

所述内翅片成型刀具组件包括多刃刀具6-4、刀杆6-3和连接杆6-2；所述多刃刀具6-4固定安装在刀杆6-3的一端，刀杆6-3的另一端插入连接杆6-2的端部；连接杆6-2尾部固定安装在轴向进给机构5上。

所述轴向进给机构5为丝杆进给机构，其包括丝杆及安装在丝杆上的滑块；当丝杆转动时，带动滑块轴向移动；所述连接杆6-2固定在滑块上。

所述刀杆6-3的杆体上设有凸条6-5，连接杆6-2端部为筒状结构，并内套有一环状永磁体6-1，该连接杆6-2端部开有一与凸条6-5相适配的卡槽6-6；当连接杆6-2插入连接杆6-2内时，凸条6-5和卡槽6-6限制刀杆6-3相对于连接杆6-2周向转动；通过环状永磁体的磁力作用，将刀杆6-3吸合在连接杆6-2上。

所述多刃刀具6-4通过螺母固定在连接杆6-2的端部。

所述多刃刀具6-4的刀刃6-6均为相同的锥形结构，其锥度为10°～30°；所述刀刃6-6对称分布在环状基体的周围。所述机头3的左侧还设有一个用于取刀的取刀机构2，其包括气缸2-2、设置在气缸2-2活塞端部的气动夹头2-3；当气动夹头2-3夹持住刀杆6-3的端部后，气缸2-2的活塞回缩，进而将刀杆6-3从连接杆6-2上轴向取出。

一种三维内翅片管成型方法，其包括如下步骤：

步骤一：将具有内螺纹结构的金属管7轴向置于支撑机构4的工位4-4内，其端部固定在机头3旋转主轴的卡盘上，并保持金属管7与多刃刀具6-4在同一条轴线上；

步骤二：机头3的旋转主轴带动金属管7旋转；

步骤三：轴向进给机构5启动，轴向进给机构5带动多刃刀具6-4向金属管7方向连续轴向移动；多刃刀具6-4进入金属管7内，多刃刀具6-4的多个刀刃6-6同时切开金属管7内壁面的内螺纹结构凸起部分，使其分为前后两部分，刀刃6-6的弧形刃犁切，锥形后刀面同时对其切开的沟槽向外挤压，使沟槽扩张，形成高于内螺纹凸起部分的三维非连续的内翅片结构；

步骤四：轴向进给机构5连续进给，直至在整个金属管7的内壁面形成三维非连续的内翅片结构。

金属管7的内壁面形成三维非连续的内翅片结构完成后，此时，多刃刀具6-4伸出金属管7的末端并外露；机头3停止旋转，轴向进给机构5停止进给；取刀机构2的气动夹头2-3夹紧刀杆6-3的端部后，气缸2-2的活塞回缩，进而将刀杆6-3从连接杆6-2上轴向取出；轴向进给机构5反向运动，回到初始位置。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1.采用轴向进给机构与多刃刀具相配合，多刃刀具的多个刀刃同时切开金属管内壁面的内螺纹结构凸起部分，使其分为前后两部分，刀刃的前刀面犁切，后刀面同时对其切开的沟槽向外挤压，使沟槽扩张，形成高于内螺纹凸起部分的三维非连续的内翅片结构；该种内翅片结构的翅片管，其与工质的比表面积大，增加了对工质的扰流作用，传热表面积大，增大了传热系数，能有效提高强化热管的传热效率。

本发明采用多刃的加工工艺，可以有效提高翅片管的加工生产效率。

本发明刀杆的杆体上设有凸条，连接杆端部为筒状结构，并内套有一环状永磁体，该连接杆端部开有一与凸条相适配的卡槽；当连接杆插入连接杆内时，凸条和卡槽限制刀杆相对于连接周向转动；通过环状永磁体的磁力作用，将刀杆吸合在连接杆上。这种拔插式及磁力吸合连接方式，安装拆卸方便快捷，与取刀机构配合使用，有效减少装夹时间，提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置结构示意图。

图2为金属管7支撑机构局部结构示意图。

图3为内翅片成型刀具组件局部结构示意图。

图4为多刃刀具局部结构示意图。

图5为取刀机构局部结构示意图。

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4所示。本发明公开了一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置，包括机架1、可提供旋转动力的机头3、支撑机构4、轴向进给机构5和内翅片成型刀具组件；

所述机头3、支撑机构4和轴向进给机构5依次轴向安装在机架1上；所述内翅片成型刀具组件安装在轴向进给机构5上；

待加工三维内翅片的金属管7一端夹持在机头3旋转主轴的卡盘上，另一端置于支撑机构4上；金属管7的轴线与内翅片成型刀具组件的轴线同轴；机头3的旋转主轴为金属管7提供旋转动力，轴向进给机构5驱动内翅片成型刀具组件沿着金属管7与内翅片成型刀具组件的轴线直线移动。

所述支撑机构4包括一支架4-1，支架4-1上开设有一用于放置金属管7的工位4-4，在支架4-1本体上对称分布有三个夹紧气缸4-2，每个夹紧气缸4-2的活塞端部安装有卡爪4-3，卡爪4-3的端部安装有可旋转的滚柱4-3a；滚柱4-3a对称分布在工位4-4的周围，当金属管7置于工位4-4内时，滚柱4-3a与金属管7的周壁转动接触，为旋转运动中的金属管7提供支撑与定位。

所述内翅片成型刀具组件包括多刃刀具6-4、刀杆6-3和连接杆6-2；所述多刃刀具6-4固定安装在刀杆6-3的一端，刀杆6-3的另一端插入连接杆6-2的端部；连接杆6-2尾部固定安装在轴向进给机构5上。

所述轴向进给机构5为丝杆进给机构，其包括丝杆及安装在丝杆上的滑块；当丝杆转动时，带动滑块轴向移动；所述连接杆6-2固定在滑块上。

所述刀杆6-3的杆体上设有凸条6-5，连接杆6-2端部为筒状结构，并内套有一环状永磁体6-1，该连接杆6-2端部开有一与凸条6-5相适配的卡槽6-6；当连接杆6-2插入连接杆6-2内时，凸条6-5和卡槽6-6限制刀杆6-3相对于连接杆6-2周向转动；通过环状永磁体的磁力作用，将刀杆6-3吸合在连接杆6-2上。

所述多刃刀具6-4通过螺母固定在连接杆6-2的端部。

所述多刃刀具6-4的刀刃6-6均为相同的锥形结构，其锥度一般为10°～30°；所述刀刃6-6对称分布在环状基体的周围。刀刃6-6的数量及锥度可根据加工要求而定。

所述机头3的左侧还设有一个用于取刀的取刀机构2，其包括气缸2-2、设置在气缸2-2活塞端部的气动夹头2-3；当气动夹头2-3夹持住刀杆6-3的端部后，气缸2-2的活塞回缩，进而将刀杆6-3从连接杆6-2上轴向取出。

本发明三维内翅片管成型方法，可通过如下步骤实现：

步骤一：将具有内螺纹结构的金属管7轴向置于支撑机构4的工位4-4内，其端部固定在机头3旋转主轴的卡盘上，并保持金属管7与多刃刀具6-4在同一条轴线上；需要说明的是，金属管7的内螺纹的螺旋方向可以与多刃刀具6-4进给方向相同，也可以不相反，具体根据实际应用而定。

步骤二：机头3的旋转主轴带动金属管7旋转；

步骤三：轴向进给机构5启动，轴向进给机构5带动多刃刀具6-4向金属管7方向连续轴向移动；多刃刀具6-4进入金属管7内，多刃刀具6-4的多个刀刃6-6同时切开金属管7内壁面的内螺纹结构凸起部分，使其分为前后两部分，刀刃6-6的弧形刃犁切，锥形后刀面同时对其切开的沟槽向外挤压，使沟槽扩张，形成高于内螺纹凸起部分的三维非连续的内翅片结构；

步骤四：轴向进给机构5连续进给，直至在整个金属管7的内壁面形成三维非连续的内翅片结构。

取刀步骤如下：

一：金属管7的内壁面形成三维非连续的内翅片结构完成后，此时，多刃刀具6-4伸出金属管7的末端并外露；

二：机头3停止旋转，轴向进给机构5停止进给；

三：取刀机构2的气动夹头2-3夹紧刀杆6-3的端部后，气缸2-2的活塞回缩，进而将刀杆6-3从连接杆6-2上轴向取出；

四：轴向进给机构5反向运动，回到初始位置。

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。