专利名称：用于分割管材的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及管材切割装置和技术，更具体地说涉及用于将扁平热交换器管材切割成具有几乎无毛刺分开端的预定段的方法和设备。
通常的热交换器管材是由圆柱形薄壁铜管制成的，将其弯曲成螺旋状并设有热交换散热片。早就认识到在切割管材以尽量减少由切割工具形成的径向向内伸出的毛刺时必须特别小心。典型地，通过使切割工具绕管材作圆周运动同时向内移动切割工具而对管材进行切割。
已提出各种机构来使切割这种管材时毛刺的产生最小。美国专利No3,568,488公开了一种这种装置。根据该专利，管材被紧紧夹持并保持拉紧状态，这时切割工具沿管材的圆周作穿透管子的壁的环形切割。由于对管子施加的拉力超过了还未切割的管壁的拉伸强度，管子断开。因而，管材并不是完全被切开，而是一部分切开一部分在切割点被拉开。因此，通过由拉开作用引起的挤压使向内延伸的毛刺减至最少。其他的切割技术的例子见美国专利Nos.4,235,137；4,112,294和3,692,219。
最近对热交换管道的改进包括设置铝制的挤压扁平管。扁平管具有扁平的平行表面和圆形端部以限定出平的、窄的内部通道。内部通道被分隔成许多由在管的平壁之间垂直延伸的平行壁限定的轴向延伸的内腔。这种结构为流过管子的液体提供了大的表面积。由于限定内腔的壁如此之靠近，因而必须使管子的切割端基本上没有毛刺，从而毛刺不会阻挡通道并不会影响端对端的管子连接操作或其它涉及管子与流体源的连接的操作。
已开发出一种改进的管子分隔技术来调节扁平管的尺寸和形状，它以这样一种方式分隔管道，以使管子的分隔端几乎没有毛刺。这种改进在美国专利No.5,143,268中提出。根据该专利，由夹紧装置将一段管材夹紧于分开的位置。圆形切刀或划线刀在管材的相对表面深深地划出等深的线，各条线位于与管材的纵向轴线垂直的平面内。所划的线不穿透扁平管材壁的整个厚度。通过用高冲击力快速地打击夹持装置中的一个而沿管材的纵向轴线传递高冲击力。力的大小足以在划线处分割管材的扁平的平行表面，并分割内部平行壁和圆端。这种突然的冲击使管材沿划线断开，而几乎没有材料的伸长或冷流，因而消除或大大减小管材的毛刺和颈缩。
在美国专利No.5,133,492中提出了另一种用于分割薄壁多口挤压管的技术。根据该专利，将一段的管材夹持在上下夹持件之间。上下夹持件包括直的边沿刀片，将这种刀片用力切入管材的上下壁中至一略小于上下壁的厚度的深度。通过将部分切割的管材的第一部分沿垂直于由切割刀片形成的槽的方向从管材的第二部分上拉开而将管材分割开。根据专利权人，金属的延伸特性使得金属颈缩成钟形，以减少与管材的横截面开口的干扰。
与专利US5,143,268中所述技术相关的一个问题是上下圆形切刀或刻刀对正在划线的管材的横截面的影响。圆形切刀可转动地安装，其有效切割面积包括切割刀片与管材接合的圆弧。该弧的长度非常小，因而切割工具在管材上施加相当大的向内的力。其结果必须注意避免扁平壁的完全切割，因为这种切割导致向内的毛刺。另一方面，即使不完全切割壁，壁也趋与被挤压而减小管通道的有效横截面。
同样地，根据专利US5,133,492的技术，所有的切割力垂直于挤压表面，且可基本上避免管材的向内的变形。此外，由于该专利技术的一方面依赖于切割刀片来在拉开过程中夹持管子，刀片必须具有足够抵抗由拉开操作施加在刀片上的剪切应力。由于必须增加刀片的厚度来提供抗剪切力，由刀片移动的金属必须趋于移动入管子的开口中。
本申请人的尚未批准的专利US07/998,421提供了一种用于分割扁平铝换热气管材的方法和设备，其中相隔一定距离给管材施加夹持压力，并横向于管材的纵向轴线切割管材的相对的平行扁平壁。切割刀片具有相对于管材的平面倾斜一个角度的直的边沿，该直的边沿具有相对于管材的外表面向外相距一定距离的前沿，以及相对于平管壁的内侧表面略微向内相隔一定距离的尾沿。切割刀片相对于管材的平面的角度基本上相应由管材壁的横截面的对角线和壁的平面形成的角。由于所形成的角非常小，沿垂直于管壁的方向的切割力与平行于管壁的切割力相比非常小。因而，即使将切割刀片设置成将完全切割管的平壁，也不会产生朝向管通道内的毛刺。而且，由于切割刀片以相应于要切割的壁的对角线的方位冲击管壁，因此刀片的有效切割冲程为管子宽度的两倍。这可与在部分切割管子的相对壁的情况下相对的圆形切割工具的总行程(其中这种行程略大于管子的宽度)，以及US5,133,492中切割工具的总行程(其中这种行程略小于壁厚)对照。由于在切断或近于切断管子的相对壁的总的功在上述所有情况下相等，并且由于根据本发明的切割冲程最大，因此切割操作中的力，特别是垂直于管子的平壁平面的力最小。
在切割相对的壁之后，通过给管材施加一超过未切割管侧以及限定轴向延伸内腔的多个内平行壁的最大强度的轴向力而将管子完全分开。根据本发明的一个特征，施加在管材上的力为沿管材的纵向轴线的高冲击力。
本申请进一步改进申请人的上述尚未批准的申请。该申请的技术基本上消除了向内的毛刺的问题，业已发现沿管材的上下扁平平行壁上的刻线的边沿形成有向外的毛刺。这是由刀片切过管材时的犁地效应(ploughing effect)引起的。尽管这些毛刺不会影响通过管子的流量，但在换热器的集流管中装配管子时，毛刺会产生问题。切割管端必须以最小的滑动配合容装在设于集流管中的槽中，以便提供好的焊接接合。向外的毛刺的存在妨碍了为了进行焊接操作管子在槽中的适当插入。
这些毛刺通过提供设置于切割刀片各侧的装由球形压头的弹簧而被消除，压头跟随着切割沟槽，并将毛刺压入管材的上下表面的平面中。事实上，在某些情况下，压头趋于在管子上提供一小的导锥度(lead taper)。
而且，根据本发明，业已发现切割刀片可具有略微弯曲的边沿，而不脱离本发明的新颖方面。具体地说，刀片可包括一圆形段，它具有由从垂直半径分出的相等的弦限定的圆弧。这些弦应在角度和线性长度上相应于前面所述的切刀的直的边沿的角度和线性长度。因此，弧的半径可由胡根近似公式(Huygen’s approximate for-mula)计算r=l2sinθ2]]>其中l为整个弧的弦长，而θ为所限定的中心角(对于小角度为近似值)
图1为根据本发明的用于分割扁平金属管材段的机器的平面视图；图2为图1中所示机器的正视图；图3为机器的划线头部分的平面视图3A为图3中所示部分的正视图；图4为沿图3中4—4线的截面图；图5为沿图3中5—5线的截面图；图6为拉力夹紧装置和与其相关的冲击单元的正视图；图7为图6中所示单元的平面视图；图8为一对切割刀片的放大正视图，示出在刀片的切割冲程中切割刀片和扁平管材之间的关系；图9为沿图8中9—9线的截面图；图10为一对相对设置的切割刀片的正视图；图11为根据本发明的再一个方面的切断刀片组件的正视图；图12为示出由切断刀片形成的边缘毛刺的部分断面图；图13为与图12相似的视图，但示出毛刺由压头弄平；图14为代表弯曲的切断刀片的几何图。
现在参见附图，特别参见图1和图2，图中示出用于分割不定段的扁平金属管材至预定段的设备10。装置10包括根据需要展开原料的通常的展开装置12，原料输送辊装置14，拉直和精压装置16，用于步进地输送原料的夹紧装置18，用于在切割和分离过程中稳定原料的夹紧装置20，切割装置22，和用于由冲力分离原料的夹紧装置24。
可能已注意到，原料展开装置包括卷材支架26，28，30和32，其上卷绕有扁平管材34。支架26和32位于工作位置，以将管材34输送至机动输送工位14。支架28和30位于备用位置。
管材34通过引导管36输送至包括输送辊38的输送辊装置14。离开输送辊，管材34由拉直和精压装置16束紧。拉直和精压装置16为通常的装置，它包括转台40，其各面具有切削加工夹具或辊42，从而转台可定位而容纳不同宽度和厚度的管材。管材34通过导件46输送至与其它夹紧装置20和24相似的夹紧装置18，后面将对那些装置的夹紧功能作详细描述。
夹紧装置18适于夹住管材并使管材通过夹紧装置20和24移动一相应于可调的止动器48和50之间的距离。很显然，止动器48和50之间的距离相应于管材的所需的轴向长度。线性驱动器52预置所需的长度并确定止动器48的位置以精确地进行长度控制。
夹紧装置18安装在导杆53和54上，并且装置18由具有固定到装置18上的活塞杆58的输送气缸56带动作往复运动。处于夹紧状态的装置18朝向装置20的往复运动使平行管材穿过处于非夹紧状态的装置20和24以及置于其间的切割装置22轴向移动一定长度。当装置18完全前进至碰到止动器50时，夹具18松开并返回其图示位置。在装置18碰到止动器50之前和同时，驱动夹紧装置20和24以牢固地夹紧管材34。由于装置18，20和24基本上相同，下面将只对作为其它夹紧装置的代表的装置20进行描述。
夹紧装置20(见图4)包括一固定的上台板和一可移动的下台板62。上台板60具有一安装于其上的气动缸64，气缸64具有穿过台板60可滑动地伸出的活塞杆66。紧固螺栓68延伸穿过可移动台板62并进入杆66，从而可移动台板62可从其图示封闭的夹紧位置松开。在这种移动过程中，下台板62由通过定位螺钉72固定在上台板60中且容纳于台板62的引导孔74中的杆70引导。台板60和62分别设有上下模组76和78。上模组由紧固件80夹持，而下模组由紧固件82固定。各模组76和78相配合限定一其横截面相应于管材34的横截面的夹紧开口84，以在模组76和78配合而夹紧管材时与管材略微过盈配合。
当夹紧装置20和24牢固地支承着由装置18输送来的管材的段时，在后续的步骤中由切割装置部分地切割管材。切割装置22置于装置20和24之间，从而管材穿过梁94中的细长孔90和92伸出。梁94安装在与燕尾形块97配合的导块96上。梁94的一端固定到与动力气缸相关的活塞杆98上，该气缸适于使梁94从图示位置移动到靠近气缸100的位置。
上下切割刀片102和104分别安装在梁94上，从而其切割边缘伸进孔90和92中。图10中详细示出一个切割刀片102。切割刀片102和104最好由400号外科用不锈钢制成，其切割边沿的总夹角约为10°。各刀片102和104具有一对直的切割边沿102a，102b，104a和104b。切割边沿102a和102b相对于管材的顶部和底部表面形成锐角，下面将对其进一步详细描述。各刀片102安装在一垂直可调的刀架105上，因而刀片102和104之间的间隙可由螺轴106调节。通过使梁94从其图示位置移动到靠近动力气缸100的位置，边沿102b和104b分别切过上下扁平平行壁130和132。这种切割操作完全切开壁130和132，但由于切割边沿102b和104b只是略微伸出壁130和132的厚度，并且由于切割边沿102b和104b相对于壁130和132形成的夹角的夹角非常小，可使向内形成的毛刺减至最小(如果不是完全消除的话)。
切割边沿102a，102b，104a和104b均相对于壁130和132的表面形成角度θ。角θ对应于由矩形的对角线形成的角α，该矩形对应于具有箭头″L″表示的长度和箭头″W″表示的宽度的由壁130和132形成的矩形。应注意的是，刀片102和104的切割冲程约为管的宽度的两倍，并且在这个冲程中，由于施加的切割力为水平的，且该力的垂直分量对应于切割交切割角θ的正弦，因此施加在垂直于壁130和132的方向的切割压力非常小。角θ最好小于2°，而对于具有宽度为0.69英寸厚度为0.016英寸的管子，切割角为1°20′。
在以这种方式部分地切割管材后，并在夹紧装置20和24保持夹紧管材时，管材以下面的方式被完全分离。参见图6和图7，装置24还包括一基件112。一砧座118安装在柱体116中且由从气动操作的气缸122中伸出的活塞杆120支承。通过驱动气缸122使活塞杆120快速回缩而在管材34上施加切割冲力，从而砧台118撞击柱体116的壁124以使整个装置24迅速移动到如图5所示的左侧，并抵靠在垫机构上。作用在装置24上的急速的冲击力使壁124以无毛刺的方式断裂，这是因为管材不会像受到稳定的拉力那样而伸长。装置24释放已切割的管材，并将管材存放在收集台130上。装置20也松开对管材的夹持，并使管材通过装置20，22和24步进地前进，从而重复上述的操作。
虽然最好在完成最后分割操作时在管材上施加上述冲击力，但由于壁124的颈缩不会很大地妨碍流体通过管材的流动，通常的拉力也是可以应用的。因而，本发明不限于在管材上突然施加拉伸力。
现在参见图11，图中示出根据本发明的再一个方面的切割刀片装置150。刀片装置150对应于下切割刀片104，并可代替刀片104安装在梁94上。对应于装置150的上刀片装置(图中未示)亦安装在梁94上以在切割管材时与装置150配合。
装置150包括一具有弯曲边沿152a的切割刀片152。刀片152安装在块154中。具有静止球形陶瓷压力头160和162的球盒156和158在刀片152各侧安装在块154中，从而头160和162的中心位于由刀片152限定的平面中。盒156和158在弹簧164的作用下朝向管材34的底壁132向上偏置。
刀片152的弯曲边沿152a具有由弦PQ(见图14)限定的弧线PAQ。弦PA和AQ从垂直半径r分开，各弦PA和AQ在角度和线性范围上相应于切割边沿104a和104b。弧PAQ的半径可由胡根(Huygen)近似公式计算，其误差与角θ的大小成比例r=l2sinθ2]]>式中l＝PAQθ＝中心角弯曲刀片的操作与直的刀片类似，但制造却容易得多。
尽管根据本发明的切割刀片基本上消除了向内的毛刺，但这种切割操作会有某些向外的毛刺170(见图12)。根据梁94和切割刀片152的移动方向，这些毛刺170由头160或162中的一个向后压入管材34的平面中。当刀片152横穿过管材34对其进行切割并产生毛刺170时，随后的具有与刀片152的平面垂直对准的头160或162压制毛刺170以将其压入管材34的表面中。这从图13中可最清楚地看出。
很显然，在图1—10所示的实施例中亦可应用头160和162。
本发明并不限于图中所示和上面所描述的最佳实施例的特定方面。应理解到可对本发明进行各种修改和重组而不离开所附权利要求书所限定的本发明的范围。
权利要求
1.用于将中间段的中空薄壁扁平金属管材切割成具有基本上无毛刺的分离端的预订段的方法，包括以下步骤提供一段具有由端壁连接的上下壁的中空扁平管材；通过所述管材和具有弯曲切割边沿的相对的切割刀片之间的相对运动而部分地切割管材，所述相对运动只沿平行于上下壁的方向，且横向于所述管材的纵向轴线，以切入各上下壁中；以及通过在管材上施加一超过所述管材的最大强度的轴向力而使管材完全分开。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于部分切割步骤包括完全切割上下壁的步骤。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于切割刀片的弯曲切割边沿具有在所述相对运动过程中沿从各上下壁的外侧表面向外隔开一定距离的线移动的前端，和沿位于由各上下壁的内侧面限定的平面中的线移动的后端。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于连接所述前端和后端的弧的弦相对于所述上下壁成一锐角。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于所述切割刀片以沿横向于所述管材的纵向轴线的方向的横向切割力相对于管材移动。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于所述管材具有一基本上横向的横截面，并且其中所述锐角相应于由所述上下壁中的一个和所述横截面的对角线限定的角度。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于所述角度小于2°。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于所述角度约为1°20′。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于所述完全切割所述管子的步骤包括沿所述管材的纵向轴线施加高冲击力的步骤。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括在所述部分切割步骤之后在各上下壁的表面上施加压力的步骤，以将任何向外伸出的毛刺压入所述壁的表面中。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述压力由沿所述方向移动并跟随所述切割刀片的压头施加。
12.用于将中间段的金属管材切割成具有基本上无毛刺的分离端的预订段的方法，包括以下步骤提供一段具有由端壁连接的上下壁的中空扁平管材；通过在所述管材的相对表面上深深地刻出等深的线而部分地切割管材，各线位于一垂直于管材的纵向轴线的平面内；在所述部分切割步骤之后在各上下壁的表面上施加一压力，以将任何向外伸出的毛刺压入所述壁的表面中；以及通过在管材上施加一超过所述管材的最大强度的轴向力而使管材完全分开。
13.用于将具有由端壁连接的扁平的上下壁的中间段的中空薄壁扁平金属管材切割成具有基本上无毛刺的分离端的预订段的设备，包括用于输送一段中空薄壁扁平管材至第一和第二夹持装置的装置，所述第一和第二夹持装置轴向分开；置于所述夹持装置之间的切割装置，所述切割装置包括刚性地固定在横向滑动装置上的切割刀片，横向滑动装置在刀片的切割运动过程中将刀片静止地支承于垂直于所述管材的纵向轴线的第一滑动轴线上，所述切割刀片各具有一弯曲的切割边沿；用于在横向于管材的纵向轴线的第二滑动轴线上移动所述横向滑动装置的装置；以及在离开横向滑动装置的方向中沿所述管材的纵向轴线施加分开力的装置。
14.根据权利要求13的设备，其特征在于切割刀片的弯曲切割边沿具有一前端和一后端，其中，前端根据所述横向滑动装置沿所述滑动轴线的移动而沿向外离开各上下壁的外侧表面的线移动，后端根据所述移动沿位于由各上下壁的内侧面所限定的平面中的线移动。
15.根据权利要求14的设备，其特征在于连接所述前端和后端的弧的弦相对于所述上下壁成一锐角。
16.根据权利要求15的设备，其特征在于还包括在所述横向滑动装置上用于与所述管材的表面接合的装置，以在各上下壁的表面上施加压力的步骤，从而将任何向外伸出的毛刺压入所述壁的表面中。
17.根据权利要求16的设备，其特征在于所述施加压力的装置包括一球形压头。
全文摘要
本发明公开了一种用于分割薄壁扁平金属管材的方法和设备。管材具有由端壁连接的平的上壁和下壁。通过管材和具有直的或略微弯曲的切割边沿的相对的切割刀片之间的相对运动部分地切割管材。这种相对运动横向于管材的纵向轴线，并且直的切割边沿，或弯曲切割边沿的弦相对于管材的平面形成一个小的锐角。通过在管材上施加一轴向的力而完全切割管材。压头紧随切割刀片之后以将任何毛刺向后压入管材中。
文档编号B26F3/00GK1127688SQ9411956
公开日1996年7月31日 申请日期1994年12月21日 优先权日1993年12月21日
发明者史蒂文·L·斯特鲁普 申请人:王冠无限机械公司