热交换器头部及其制造工具的制作方法

本实用新型涉及用于热交换器的头部，以及用于制造热交换器的头部的工具。

背景技术：

已知的热交换器由在圆筒形头部之间延伸的管阵列构造而成，例如冷凝器。这类热交换器通常由钎焊在一起形成无泄漏接合处的铝部件构成。管的端部延伸穿过头部中的槽并且钎焊至此处。

用于这种头部的管槽能够被机器加工(例如，通过碾轧操作)到头部中。替代地，管槽通过冲孔操作形成。这样的冲孔操作可以通过使用夹持头部的工具执行，同时冲孔部件刺穿管壁。随着头部尺寸增加和/或壁厚度增大，为了防止管壁塌陷，在冲孔操作过程中有必要加固头部。可以通过在刺穿操作过程中对头部的内部加压实现这种加固，例如，使用液压流体，或者通过向头部中插入支撑顶杆。

如果在槽刺穿操作过程中使用顶杆来支撑管部，那么顶杆通常仅被设计用以支撑头部，而不注意顶杆对于管槽的特定构造的影响。主要关注于确保在刺穿操作以后，顶杆能够易于从头部移除。

随着这样的热交换器的芯深度增加，因此，需要增加头部的直径，在操作压力上升时，管在头部表面与相邻管之间的空气翅片的起始处之间的区域可能变得易于产生压力故障。

技术实现要素：

根据本实用新型的一些实施例，一种用于制造热交换器的头部的工具，包括嵌套、顶杆，以及多个冲孔部件。在管槽刺穿操作过程中，嵌套支撑头部，而顶杆可移除地容纳在头部中。顶杆具有部分圆筒形表面和多个槽，所述部分圆筒形表面延伸遍及顶杆长度的大部分，所述多个槽沿着该长度延伸穿过圆筒形表面。冲孔部件被布设为与顶杆的槽一一对应。在管槽刺穿操作过程中，冲孔部件在与顶杆的长度方向垂直的方向上位移。每个顶杆槽包括一对相对的平面侧壁部，所述平面侧壁部以不多于两度的夹角进行布设。

在一些这样的实施例中，圆筒形表面具有至少二十毫米的直径。

在一些实施例中，冲孔部件与相应的顶杆槽的相对的平面侧壁部间隔开。这种间隔允许在管槽刺穿过程中形成管槽凸缘。

在一些实施例中，顶杆具有第一顶杆部和第二顶杆部。部分圆筒形表面设置在第一顶杆部上。在管槽刺穿操作过程中，第二顶杆部被布设为与第一顶杆部相邻。第二顶杆部在顶杆的长度方向上相对于第一顶杆部是可移动的。在一些这样的实施例中，所述工具还包括头部脱离板。头部脱离板被配置为在第二顶杆部已经从头部中移除以后使头部从第一顶杆部脱离。

在一些实施例中，所述工具包括第二顶杆。在管槽刺穿操作过程中，第二顶杆可移除地容纳在头部中，傍靠第一顶杆。第二顶杆还具有部分圆筒形表面和多个槽，所述部分圆筒形表面延伸遍及顶杆长度的大部分，所述多个槽沿着该长度延伸穿过圆筒形表面。

根据本实用新型的一些其他实施例，用于热交换器的头部包括至少一个圆筒形内表面和圆筒形外表面，所述圆筒形内表面具有至少为二十毫米的直径，所述圆筒形外表面在内圆筒形表面的至少一部分上与内圆筒形表面同轴，并且位于内圆筒形表面的径向外侧。管槽延伸穿过圆筒形内表面和圆筒形外表面。每个管槽具有围绕其外围向内指向的凸缘，每个向内指向的凸缘具有一对大致平行的平面表面。为了提供液密密封，扁平管延伸穿过管槽并且通过钎焊接合处接合到头部。钎焊接合处被部分地设置在凸缘的大致平行的平面表面与扁平管的宽且扁平的表面之间。

在一些这样的实施例中，钎焊接合处的范围(在圆筒形表面的径向方向上测量的)大于圆筒形外表面的直径与圆筒形内表面的直径之差的一半。换句话说，管的钎焊接合处到头部接合处的范围大于该位置处的头部材料的厚度。

在一些实施例中，头部的每一个管槽包括大致平行的平面表面与圆筒形外表面之间的圆角过渡。该圆角过渡为将扁平管组装到管槽中提供引导。

在一些实施例中，头部具有并排布设的两个圆筒形内表面。在这种情况中，每个圆筒形内表面至少部分地被圆筒形外表面包围。圆筒形外表面无需完全地包围圆筒形内表面，可以在某些点并入平面表面中。管槽延伸穿过圆筒形内表面以及与它们对应的圆筒形外表面。

在一些实施例中，头部是铝挤压成型件。在至少一些其他实施例中，头部由被卷成圆筒形状的片材形成。

在一些实施例中，用于钎焊接合处的钎焊合金被设置在扁平管的外表面上的钎焊合金层唯一地供应。在其他实施例中，钎焊合金能够唯一地或部分地由头部的外表面上的钎焊合金层提供。

附图说明

图1为根据本实用新型的一个实施例的用于制造热交换器头部的工具的立体图。

图2为图1中工具的局部侧视图。

图3为图1中工具的一部分的立体图。

图4为图1中工具的一部分的局部分解立体图。

图5为图1中工具的另一部分的立体图。

图6为图5的局部侧视图。

图7A至图7C为图1中工具的一部分在管槽刺穿操作过程的连续阶段的截面端视图。

图8为图1中工具在与图7B相对应的管槽刺穿操作阶段的局部截面侧视图。

图9为根据本实用新型的一个实施例的带有头部的热交换器的立体图。

图10为示出了图9中热交换器的一部分的更多细节的立体图。

图11为根据本实用新型的另一实施例的带有头部的热交换器的立体图。

图12为示出了图11的热交换器的一部分的更多细节的立体图。

图13为图10的热交换器的局部截面侧视图。

具体实施方式

在详细说明本实用新型的任何实施例以前，应理解，本实用新型在其应用中不局限于以下说明中陈述的或附图中示出的构造细节以及组件布设。本实用新型能够使用其他实施例，并且能够以多种方式被实施或者被执行。还应理解，在此使用的用语和术语是用于描述目的，不应被视为限制。“包括”、“包含”或“具有”以及在此方面的各种变体的使用意味着包含在此后列出的项、及其等效以及附加项。除非特别说明或限制，否则，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”以及由此的变体以其广义使用并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和联接。进一步地，“连接”和“联接”不局限于物理的或机械的连接或联接。

图1中描绘了根据本实用新型的一些实施例的用于制造用于热交换器的头部的工具1，图2至图5以更多细节示出了工具1的各种元件。该工具具体地在制造用于管和翅片热交换器(例如油冷却器、散热器等等) 的圆筒形头部中被使用，并且操作以在头部中形成一系列的管槽，以便管能够被容纳到头部中。当待制造的头部的直径很大时，例如，当头部的内径至少为二十毫米的直径时，工具1尤其具有优越性。

工具1包括下板2，下板2上装载有底模11。嵌套8容纳在底模11 中并在图5中被最佳地呈现。虽然示出的实施例的嵌套8是与底模11分离的部件，应理解，在一些其他实施例中，嵌套8能够直接合并到底模 11中。嵌套8设有部分圆筒形表面24，该表面的尺寸与头部的圆筒形外表面的尺寸相当，以便在管槽刺穿操作过程中，嵌套8能够支撑头部。

工具1还包括上板22，上板22与下板2间隔开一些距离。多个液压圆筒23将上板2支撑在下板2以上，在管槽刺穿操作过程中，液压圆筒23使用物质力量将上板22朝着下板2移动。冲孔部件区3被固定于上板22的下表面，并且固持排成一行的多个冲孔部件21。

工具1还包括冲孔引导件10，以在管槽刺穿操作过程中引导冲孔部件21。如图4中最佳呈现，冲孔引导件10具有与嵌套8的表面匹配的圆筒形表面，以便待刺穿的头部能够容纳在底模11和冲孔引导件10之间。一旦待刺穿的头部已经装入嵌套8，冲孔引导件10与底模11相抵接合，使冲孔引导件10的平面表面13抵靠在底模11的相配的平面表面12上，以便完全地保持头部。

工具1还包括顶杆4，顶杆4上设置有延伸遍及顶杆4的长度的一大部分的部分圆筒形表面7。当顶杆4固定就位时，部分圆筒形表面7大致与嵌套8的圆筒形表面同轴。部分圆筒形表面7的直径比嵌套8的圆筒形表面24的直径稍微小一些，大致与待刺穿的头部的内直径相一致。

顶杆4包括第一顶杆部5和第二顶杆部6。第一顶杆部5设有部分圆筒形表面7，并且被布设为接近工具的上板22。第二顶杆部6与气筒16 联接，并且配置为可以被气筒16在顶杆4的长度方向上移动。当工具1 打开时(即当平面表面12、13尚未接合时)，第一顶杆部5能够从嵌套8 中枢转出来，以便已被刺穿的头部能够从工具1中移除和/或以便尚未被刺穿的头部能够放置在用于管槽冲孔的工具1的内部。

顶杆4(特别是第一顶杆部5)设有多个槽17，所述多个槽17延伸穿过圆筒形表面7，并且沿着顶杆4的长度的大部分布设。图6中详细示出了槽17，此图是图5中示出的顶杆和嵌套的侧视图。每一个槽17被两个大致相对、近乎但不精确地彼此平行的平面表面18部分地限定。如图 6所示，平面表面18设置为在其间具有小夹角19，以便随着相距下板2 的距离增加以及相距上板22的距离减小，每个槽17的宽度变得稍微更宽些。在非常优选的实施例中，夹角的值不大于两度。圆角面20设置在平面表面18和圆筒形表面7之间的交叉处。

图7A至图7C和图8的截面视图中描绘了使用工具1进行管槽刺穿操作的各个阶段。图7A至图7C示出了沿着顶杆的长度方向看去的管槽刺穿操作的三个连续阶段，截面穿过槽17之一。图8是与图7B的步骤相对应的管槽刺穿操作的步骤的侧视图。

在管槽刺穿操作的开始，工具1处于打开位置(即，平面表面12、 13尚未接合)，顶杆部6被气筒16完全地从嵌套8中缩回。顶杆部5从嵌套8中枢转出来，以便头部管52能够滑过顶杆部5。一旦头部管52 抵靠在顶杆部5上，顶杆部5就向下枢转以将头部管52固定在嵌套8中。模关闭以便表面12、13接合，气筒16将顶杆部6延伸到头部管中，以便顶杆部6被布设为与顶杆部5相邻。图7A示出了此时在管槽刺穿操作中的工具和头部管。

随后，液压圆筒23接合以朝向下板2压迫上板22，由此在垂直于顶杆4的长度方向的方向上移动多个冲孔部件21。冲孔部件21与顶杆4 的槽17一一对齐，冲孔部件21的位移促使它们刺穿头部管52的壁，因此在头部管52中形成管槽61，并且将容纳在顶杆4的槽17中，如图7B 和图8所示。每一个冲孔部件具有小于槽17的最小宽度的宽度，并且与相应的槽17的平面壁18间隔开。冲孔部件21和壁18之间的间隔允许被刺穿的管槽61附近的管52的材料被部分地推入到顶杆4中，因此形成围绕每个槽61的凸缘62。

在头部管52中刺穿管槽61以后，上板22将冲孔部件51从头部管 52中缩回。顶杆部6从头部管52中缩回，冲孔引导件10与底模11脱离。由于每个槽17中提供有很小的脱模角19，头部管52的凸缘62倾向于不易脱离顶杆4。下板2中提供了头部脱离板9，其敲击以抵着头部管52 推压一个或多个脱模销14。随着顶杆部6已从头部管52中移除，头部管 52能够在脱模销14施加的力下从嵌套8移出，由此使凸缘62脱离顶杆 4。图7C中描绘了这个操作步骤。

图9中示出了按照先前描述制造的、采用两个这样的头部管52的热交换器51。热交换器51的具体相关细节在图10和图13中示出。头部 52在热交换芯53的相对端被间隔开，形成用于流体经过芯53的多支管。芯53被构造为重复排列的扁平管54与波纹状的空气翅片55相间。将被加热或冷却的流体(例如油)一个头部52形成的多支管中，然后流经扁平管54，到达相对的头部52。随着流体经过扁平管54，为了冷却(或者在一些应用中加热)经过扁平管54的流体，气流被引导遍及扁平管54 的外表面，并穿过空气翅片55。应理解，在一些情况下，为了引导流体多次连续地穿过芯53，可将挡板插入一个或所有头部52。芯53在顶部和底部由侧板56限定边界。在一些特别优选的实施例中，头部52、扁平管54、空气翅片55和侧板56由铝构造并且钎焊成单个集成结构。

扁平管54或者能够通过挤压成型构造，或者能够构造为由片材构造成的成形管。在任何一种情况下，所述管被例示为具有两个相对的宽且扁平的表面58，波纹状的空气翅片55被钎焊到该表面58，由短端表面连接。优选地，扰流插入物65容置在每个扁平管54的内腔中并且钎焊至此，扰流插入物65和扁平管54都增强了流体的热传递，同样增加了管抵抗由流体引起的高的内部压力负载的能力。

每个头部52也能够被设置为挤压成型的铝管，或作为由片材构造的管。优选地，如果扁平管54被挤压成型构造，那么头部52由片材构造，以便使制造管到头部的钎焊接合处57所需的钎焊合金能够很容易地作为形成头部52的片材上的堆焊层提供。类似地，如果头部52是挤压成型的管(因此没有钎焊合金堆焊层)，那么优选地，扁平管54由堆焊片材构造。

正如图10和图13最佳示出，每个头部52包括圆筒形内表面59和圆筒形外表面60，圆筒形外表面60与圆筒形表面59共轴，并且位于圆筒形表面59的径向外侧。先前描述的管槽刺穿过程中形成的管槽61延伸穿过外圆筒表面60和内圆筒表面59。也在先前描述的管槽刺穿操作过程中产生的向内指向的凸缘62围绕着每个管槽61的外围延伸。

如图10中可见，大致为三角形的区域66在扁平管54的每个宽且扁平的表面58的首端和尾端呈现，位于头部52的空气翅片55的端部与圆筒形外表面60之间。这些大致为三角形的区域66没有任何抵抗由经过管的流体引起的内部压力负载的外部加固。已经发现，随着头部管52的直径增加，为了防止在区域66中由于压力引发故障，在那些区域中，在扁平管54和扰流插入物65之间需要非常一致且可重复的钎焊接合处。

已经证实，在圆筒形头部中形成管槽的传统方法不能提供所需的以下压缩，在钎焊过程中，当圆筒形内表面59的直径等于或大于二十毫米时，为了确保区域66中充足的钎焊结合，需要的宽且扁平的表面58抵着扰流插入物65的压缩。通过使用工具1，管凸缘62被提供有大致平行的平面表面63，平面表面63抵着扁平管54的宽且扁平的表面58设置。相反地，传统的已知的刺穿方法(包括液压增强刺穿和使用四度或更多的传统脱模角的传统的顶杆增强刺穿)产生管凸缘表面，所述管凸缘表面实质上是非平行的，以便管表面58与凸缘之间的接触仅发生在凸缘的径向最内侧的位置。

作为额外的优点，填充扁平管54的凸缘表面63和宽且扁平的表面 68之间的间隙需要更少的合金。在用于管到头部的接合处57的钎焊合金仅由扁平管54上的堆焊层提供的情况下，这一点尤其具有优势，因为在相对薄壁的管54上，这样的堆焊层仅有最小限度的厚度。特别地，通过使用工具1提供的几何结构导致凸缘62的大致平行的平面表面63与扁平管54的宽且扁平的表面58之间的钎焊接合处57(在圆筒形内表面59 的径向方向上测量)大于圆筒形外表面60的直径与圆筒形内表面59的直径之差的一半(换句话说，大于管槽61的区域中的头部52的壁厚)。为了仍能允许将扁平管54相对容易地插入管槽61中，工具1在凸缘62 的每个大致平面的表面63与圆筒形外表面60之间提供了圆角过渡64。

作为可替代的实施例，图11至图12描绘了与先前描述的热交换器 51大致类似的热交换器151，除了这一点不同：每个头部152提供了两个流体多支管，芯153包括两行扁平管54，每行对应多支管的其中一个。示出了延伸越过两行的空气翅片155，虽然每行对应各个空气翅片也是可能的。最优选地，头部152由挤压成型过程产生。头部152包括两个先前描述的圆筒形内表面59，但是应观察到，圆筒形外表面60仅延伸遍及每个圆筒形内表面59的一部分。但是，在任何情况下，圆筒形外表面60 延伸过的部分包括管槽61的区域。

应理解，头部152中的管槽能够仅使用具有很小变化的工具1制造，嵌套8被修改为适应头部152的外部几何结构，并且具有两组顶杆4和冲孔部件21。以类似的方式，如果需要，每个头部内部的多支管数大体可被增加到三个或更多。

本实用新型的特定特征和元件的各种替代已结合本实用新型的具体实施例进行描述。除了以上描述的每个实施例相互独有或每个实施例不一致的特征、元件和操作方式以外，应注意，参照一个特定实施例描述的替代的特征、元件和操作方式也能应用于其他实施例。

以上描述和图中示出的实施例仅仅作为示例呈现，而不是作为本实用新型的概念和原理的限制。同样地，本领域具有普遍技术的人员应领会，对元件和它们的配置以及布设进行改动而不偏离本实用新型的精神和范围是可能的。