一种加热管金属翅片缠绕加工方法与流程

本发明涉及钢管翅片加工技术领域，具体涉及一种加热管金属翅片缠绕加工方法。

背景技术：

许多电加热装置中，均需要使用翅片直管作为热交换的核心构件。翅片直管包括内部的加热管（一般为直钢管）和缠绕固定在钢管上的金属翅片，使用时热流介质从钢管内通过，热量通过金属翅片发散出实现热交换。

翅片直管制备方法，一般是采用单独的钢管和金属带，再将金属带沿竖向缠绕固定在钢管上制成翅片。现有的一些翅片直管制备方法，一种是采用先制得呈叠合圈状的弹簧形金属带，再将钢管穿入弹簧形金属带内圈中，并将弹簧形金属带拉伸旋紧使其内圈缩小并贴合在钢管上，这种加工方法，存在贴合不好、容易松动；加工不便，安全性差的缺陷，且容易产生翅片螺距不均的问题。

现有技术中，还有采用加工设备卷裹并焊接固定的加工方式。例如cn107855647a曾公开的一种翅片直管的激光焊接成型工艺，包括如下步骤：(1)将直钢管一端固定于卡盘中心，另一端卡在一对夹送辊之间；(2)在卡盘与夹送辊之间的直钢管上方设置钢带卷，钢带卷在伺服电机的驱动下向下释放钢带，紧贴直钢管侧方设置扶正轮，扶正轮周向设有深槽，深槽的宽度与钢带的厚度相当，钢带一侧嵌入深槽，钢带的另一侧与直钢管表面接触；(3)直钢管在卡盘水平方向驱动电机的带动下匀速向夹送辊一侧移动，直钢管在卡盘旋转驱动电机的带动下匀速转动，钢带在伺服电机的驱动下匀速导送至直钢管，在钢带缠绕于直钢管的同时，钢带与直钢管接触处通过激光焊接固定。再例如cn1278812c曾公开的一种换热器焊接散热翅片方法，其特征是不锈钢带的端头部立向焊接在钢管壁上，然后钢管匀速旋转，向不锈钢带施加拉伸预紧力，钢带在旋转钢管的牵拉下立向螺旋缠绕在钢管上，在缠绕时，氩弧焊枪的钨极对准位于不锈钢带与钢管的水平相切点，焊接时输出电流至稳弧，进行对散热翅片根部的焊接。

上述现有的两种翅片直管制备方法，均是依靠机床带动钢管旋转，并强行将钢带沿直立方向卷裹在钢管上，然后再采用焊接的方式实现固定。这种方式，钢带强行卷裹，设备受力较大，钢带容易崩裂，安全性较差，同时焊接成本较高，焊缝容易出现缺口，制得的产品热传导性能较差。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种制作方便，安全性好，制备成本低，产品质量好，产品热传导性高的加热管金属翅片缠绕加工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种加热管金属翅片缠绕加工方法，包括以下步骤，（1）先将直的加热管一端固定在卡盘中心，另一端水平延伸且可转动地固定于加热管支撑座；（2）将金属带一端固定于靠近卡盘位置的加热管端头，再启动电机带动卡盘转动，使得金属带随加热管的转动呈螺旋形地旋接在加热管上形成金属翅片；其特征在于，金属带被旋接在加热管之前对金属带进行挤压变形，使其和加热管相接一侧产生折弯，并使得折弯后的侧边部位贴合压紧在加热管上。

这样，无需焊接，工艺简单，金属带折弯后再贴合在加热管上，降低了金属带缠绕的变形难度，提高了制得翅片的导热性能。

作为优化，本方法采用以下的加热管翅片缠绕加工设备实现，所述加热管翅片缠绕加工设备，包括机架，机架一端具有竖向设置的卡盘，卡盘和固定在机架上的电机传动连接，机架另一端正对卡盘设置有加热管支撑座，加热管支撑座上正对卡盘设置有可竖向转动的加热管安装工装，使得卡盘和加热管安装工装之间形成水平的加热管安装工位并实现对加热管可转动的装夹定位，其特征在于，还包括有挤压夹具，挤压夹具沿定位后的加热管长度方向随动设置，挤压夹具具有一个位于定位后加热管周向表面一侧的成形部，成形部用于将金属带一侧折弯变形后将金属带折弯变形侧缠绕在定位后加热管表面。

本设备使用时，先将加热管安装在加热管安装工位上，再将金属带一端沿加热管外周面立向穿过挤压夹具的成形部后，固定缠绕在加热管的一端端部，然后电机带动卡盘转动带动加热管旋转，拉动金属带从挤压夹具的成形部进料，金属带进入挤压夹具成形部后，靠近加热管的内侧被成形部折弯变形并强行挤压贴合缠绕在加热管表面，金属带外侧形成直立于加热管表面的翅片，随着加热管的转动，挤压夹具挤压金属带时产生的反作用力，会带动挤压夹具往加热管另一端滑动，使得加热管自成螺距地缠绕到加热管上。

这样，本设备使用时，可以依靠挤压夹具先将金属带内侧折弯变形后再使其挤压贴合缠绕在加热管上，这样，一是极大地提高了金属带和加热管周向表面的接触面积，使其贴合紧密可靠，无需再采用焊接即可固定牢靠，简化了工序并极大地节省了成本。二是金属带内侧折弯后再缠绕到加热管周向表面，金属带缠绕时外侧边缘位置基本上不再受到或很少受到强制拉伸的变形力，极大地降低了金属带缠绕的变形难度，金属带外侧变形张力较小，金属带不容易崩裂，安全性更高，制得翅片外形质量更好。三是这样提高了金属带和加热管周向表面接触面积后，还极大地提高了加热管到金属带的导热效果，极大地提高了制得翅片的导热性能，提高了产品性能质量。

进一步地，加热管安装工装包括位于加热管支撑座上部的一个加热管安装孔，加热管安装孔正对卡盘中心设置，加热管安装孔用于供加热管穿过实现安装；加热管支撑座下端通过支撑座平动配合结构安装在机架上，支撑座平动配合结构能够带动加热管支撑座沿定位后加热管长度方向自由平动。

这样，采用简单的加热管安装孔的方式，只需将加热管端部穿过加热管安装孔，即可实现加热管可转动的装夹定位，结构简单，装夹方便快捷可靠。同时加热管支撑座能够沿定位后加热管长度方向自由平动，使得加热管支撑座能够在工作时跟随挤压夹具随动。这样使得翅片缠绕时，缠绕位置一直保持在比较靠近加热管支撑座的位置，避免加热管两端支撑位置距离翅片缠绕位置过远，导致加热管旋转时扰度过大产生晃动，使得缠绕效果受到晃动影响而提高缠绕难度并降低翅片缠绕质量。

进一步地，加热管支撑座上部正对卡盘中心设置有一个轴承，轴承内圈形成所述加热管安装孔。

这样可以更加方便加热管在加热管支撑座上的自由旋转。

进一步地，支撑座平动配合结构包括机架上平行于加热管安装工位下方设置的一个支撑座滑轨，还包括加热管支撑座下端和支撑座滑轨可平动卡接配合的平动配合部。

这样，加热管支撑座下端采用平动配合部和支撑座滑轨卡接滑动配合，实现加热管支撑座的可平动设置，结构简单，安装配合方便且移动稳定可靠。

进一步地，支撑座滑轨由一根水平设置的方管得到，方管一侧棱边向上居中设置，平动配合部包括设置于方管两侧的两个卡爪，卡爪和方管相邻的内侧呈和方管外侧面外形匹配的l形。

这样，结构简单，方便实现，且利于实现可平动的卡接配合。

进一步地，卡爪内侧沿l形的上下两侧各设置有一个滚轮，滚轮可滚动地对应配合在方管两侧上下的斜面上。

这样，采用四个滚轮，方便上下左右卡紧限位以保持配合的稳定性，同时滚轮实现滚动配合比滑动配合更加平稳可靠。

进一步地，所述挤压夹具包括一个支撑块，支撑块上设置有可供加热管穿过并自由旋转的加热管穿孔，并在工作时依靠加热管穿孔套设在定位后的加热管上，支撑块面对夹盘一侧下部还并列设置有一个竖向的夹紧块，夹紧块和支撑块相对固定且和支撑块之间形成供金属带沿立向穿过进料的进料夹槽，进料夹槽长度方向沿垂直于定位后的加热管设置，夹紧块上端面水平设置并形成进料夹槽上端面，进料夹槽上端面沿加热管穿孔下端边缘设置，进料夹槽槽底到加热管穿孔下端边缘的距离小于金属带宽度，在支撑块上的进料夹槽侧面上沿进料方向前下方的加热管穿孔边缘位置设置有一个挤压变形用凹槽，挤压变形用凹槽的外形从加热管穿孔沿进料方向前下方的第三象限的位置向进料夹槽侧面的前下方延伸，挤压变形用凹槽的槽口的宽度为从前下方位置到加热管穿孔位置逐渐变宽设置，挤压变形用凹槽的深度为从前下方位置到加热管穿孔位置逐渐变深设置，挤压变形用凹槽沿宽度方向的截面呈弧形；挤压夹具上还设置有用于防止挤压夹具自转的防自转机构。

这样，在挤压夹具工作时，金属带沿进料夹槽进料，由于金属带端头处已预先卷裹缠绕在加热管上，故加热管旋转可带动金属带持续进料并实现缠绕，金属带从进料夹槽进料后沿加热管旋转半周从加热管上部旋出后，再次向下旋转并经过夹紧块上端位置时，金属带外侧向下旋转过程中和夹紧块外侧相贴并被夹紧块强行扭曲呈倾斜状态，由于该夹紧块外侧是对金属带外侧在加热管上部旋出位置施加朝向夹盘方向的扭力，故该力作用于金属带后，由于杠杆原理，会对金属带内侧在加热管另一侧下部位置产生一个朝向远离夹盘方向撬动的反作用力，在该撬动力的作用下，使得金属带经过该位置时，金属带内侧会进入到挤压变形用凹槽，由于进料夹槽槽底到加热管穿孔下端边缘的距离小于金属带宽度（即进料夹槽深度小于金属带宽度），且挤压变形用凹槽的独特结构以及挤压变形用凹槽和加热管穿孔的独特位置关系，会使得金属带内侧产生一个强行的折弯变形并使得被折弯变形的部位紧密贴合到加热管外表面。这样，只需夹盘带动加热管自转，在挤压夹具的作用下，金属带就能够被强行折弯后使其内侧被挤压贴合固定到加热管表面，同时实现螺旋形的缠绕，同时随着加热管自转，挤压夹具挤压和缠绕金属带时产生的反作用力，会带动挤压夹具往加热管另一端滑动，使得加热管自成螺距地缠绕到加热管上，无需额外动力且金属带固定方便可靠。同时该螺距的大小，也可以方便由夹紧块的厚度大小实现灵活调节掌控。

进一步地，夹紧块外侧面上端位置还设置有螺旋变形引导槽，螺旋变形引导槽位于挤压夹具旋出的金属带外侧和夹紧块相贴位置处，螺旋变形引导槽在夹紧块外侧和上端面的槽口形状均呈弧形。

这样，使得金属带从挤压夹具旋出时和螺旋变形引导槽相贴合，并依靠螺旋变形引导槽引导金属带逐渐产生轴向上的位移，保证金属带实现螺旋缠绕的稳定和可靠性，同时也避免应力过于集中导致金属带被刮坏。

进一步地，夹紧块内侧面上部具有一台阶，夹紧块下部和支撑块贴合并通过固定用螺纹件固定连接，使得该台阶和支撑块之间形成的空间构成所述进料夹槽。

这样，方便夹紧块的安装固定以及进料夹槽的设置成形。

进一步地，夹紧块下端具有并列设置的向上的安装槽，所述固定用螺纹件穿过安装槽并实现夹紧块的固定。

这样可以松开固定用螺纹件后调整夹紧块的上下方向，进而调整进料夹槽槽底到加热管下端的距离，进而可以调整金属带缠绕成翅片后翅片的深度。故采用简单的结构，实现了对翅片深度的调节控制。

进一步地，所述防自转机构包括固定在支撑块一侧的防自转支臂，防自转支臂外端弯曲向下延伸并设置有一个滑块，滑块下表面具有一个滑动平面，该滑动平面滑动配合在机架上的一个和定位后加热管平行设置的导向平面上。

这样，防自转机构采用简单的结构可防止挤压夹具自转同时不会产生多余方向上的约束，以保证挤压夹具能够实现对金属带缠绕的可靠性和稳定性。

综上所述，本发明具有制作方便，安全性好，制备成本低，产品质量好，热传导性高等优点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中采用的加工设备的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为图1的a-a剖视图。

图4为图1中单独挤压夹具的立体结构示意图。

图5为图1中单独挤压夹具的左视图。

图6为图4中单独支撑块的结构示意图。

图7是图5中单独支撑块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：一种加热管金属翅片缠绕加工方法，包括以下步骤，（1）先将直的加热管一端固定在卡盘中心，另一端水平延伸且可转动地固定于加热管支撑座；（2）将金属带一端固定于靠近卡盘位置的加热管端头，再启动电机带动卡盘转动，使得金属带随加热管的转动呈螺旋形地旋接在加热管上形成金属翅片；其特点在于，金属带被旋接在加热管之前对金属带进行挤压变形，使其和加热管相接一侧产生折弯，并使得折弯后的侧边部位贴合压紧在加热管上。

这样，无需焊接，工艺简单，金属带折弯后再贴合在加热管上，降低了金属带缠绕的变形难度，提高了制得翅片的导热性能。

本实施例中，采用以下的加热管翅片缠绕加工设备实现，所述加热管翅片缠绕加工设备，如图1-7所示，包括机架1，机架一端具有竖向设置的卡盘2，卡盘2和固定在机架上的电机3传动连接，机架1另一端正对卡盘2设置有加热管支撑座4，加热管支撑座4上正对卡盘设置有可竖向转动的加热管安装工装，使得卡盘2和加热管安装工装之间形成水平的加热管安装工位并实现对加热管5可转动的装夹定位，其中，还包括有挤压夹具，挤压夹具沿定位后的加热管长度方向随动设置，挤压夹具具有一个位于定位后加热管周向表面一侧的成形部，成形部用于将金属带一侧折弯变形后将金属带折弯变形侧缠绕在定位后加热管表面。

本设备使用时，先将加热管安装在加热管安装工位上，再将金属带一端沿加热管外周面立向穿过挤压夹具的成形部后，固定缠绕在加热管的一端端部，然后电机带动卡盘转动带动加热管旋转，拉动金属带从挤压夹具的成形部进料，金属带进入挤压夹具成形部后，靠近加热管的内侧被成形部折弯变形并强行挤压贴合缠绕在加热管表面，金属带外侧形成直立于加热管表面的翅片，随着加热管的转动，挤压夹具挤压金属带时产生的反作用力，会带动挤压夹具往加热管另一端滑动，使得加热管自成螺距地缠绕到加热管上。

这样，本设备使用时，可以依靠挤压夹具先将金属带内侧折弯变形后再使其挤压贴合缠绕在加热管上，这样，一是极大地提高了金属带和加热管周向表面的接触面积，使其贴合紧密可靠，无需再采用焊接即可固定牢靠，简化了工序并极大地节省了成本。二是金属带内侧折弯后再缠绕到加热管周向表面，金属带缠绕时外侧边缘位置基本上不再受到或很少受到强制拉伸的变形力，极大地降低了金属带缠绕的变形难度，金属带外侧变形张力较小，金属带不容易崩裂，安全性更高，制得翅片外形质量更好。三是这样提高了金属带和加热管周向表面接触面积后，还极大地提高了加热管到金属带的导热效果，极大地提高了制得翅片的导热性能，提高了产品性能质量。

其中，加热管安装工装包括位于加热管支撑座4上部的一个加热管安装孔6，加热管安装孔正对卡盘中心设置，加热管安装孔6用于供加热管穿过实现安装；加热管支撑座4下端通过支撑座平动配合结构安装在机架上，支撑座平动配合结构能够带动加热管支撑座沿定位后加热管长度方向自由平动。

这样，采用简单的加热管安装孔的方式，只需将加热管端部穿过加热管安装孔，即可实现加热管可转动的装夹定位，结构简单，装夹方便快捷可靠。同时加热管支撑座能够沿定位后加热管长度方向自由平动，使得加热管支撑座能够在工作时跟随挤压夹具随动。这样使得翅片缠绕时，缠绕位置一直保持在比较靠近加热管支撑座的位置，避免加热管两端支撑位置距离翅片缠绕位置过远，导致加热管旋转时扰度过大产生晃动，使得缠绕效果受到晃动影响而提高缠绕难度并降低翅片缠绕质量。

其中，见图3，加热管支撑座4上部正对卡盘中心设置有一个轴承，轴承内圈形成所述加热管安装孔6。

这样可以更加方便加热管在加热管支撑座上的自由旋转。

其中，见图3，支撑座平动配合结构包括机架1上平行于加热管安装工位下方设置的一个支撑座滑轨7，还包括加热管支撑座下端和支撑座滑轨7可平动卡接配合的平动配合部。

这样，加热管支撑座下端采用平动配合部和支撑座滑轨卡接滑动配合，实现加热管支撑座的可平动设置，结构简单，安装配合方便且移动稳定可靠。

其中，见图3，支撑座滑轨7由一根水平设置的方管得到，方管一侧棱边向上居中设置，平动配合部包括设置于方管两侧的两个卡爪8，卡爪8和方管相邻的内侧呈和方管外侧面外形匹配的l形。

这样，结构简单，方便实现，且利于实现可平动的卡接配合。

其中，卡爪内侧沿l形的上下两侧各设置有一个滚轮9，滚轮9可滚动地对应配合在方管两侧上下的斜面上。

这样，采用四个滚轮，方便上下左右卡紧限位以保持配合的稳定性，同时滚轮实现滚动配合比滑动配合更加平稳可靠。

其中，所述挤压夹具参见图4-7，包括一个支撑块10，支撑块10上设置有可供加热管穿过并自由旋转的加热管穿孔11，并在工作时依靠加热管穿孔套设在定位后的加热管上，支撑块面对夹盘一侧下部还并列设置有一个竖向的夹紧块12，夹紧块12和支撑块10相对固定且和支撑块10之间形成供金属带沿立向穿过进料的进料夹槽，进料夹槽长度方向沿垂直于定位后的加热管5设置，夹紧块12上端面水平设置并形成进料夹槽上端面，进料夹槽上端面沿加热管穿孔下端边缘设置，进料夹槽槽底到加热管穿孔下端边缘的距离小于金属带宽度，在支撑块上的进料夹槽侧面上沿进料方向前下方的加热管穿孔边缘位置设置有一个挤压变形用凹槽13，挤压变形用凹槽13的外形从加热管穿孔沿进料方向前下方的第三象限的位置向进料夹槽侧面的前下方延伸，挤压变形用凹槽13的槽口的宽度为从前下方位置到加热管穿孔位置逐渐变宽设置，挤压变形用凹槽13的深度为从前下方位置到加热管穿孔位置逐渐变深设置，挤压变形用凹槽13沿宽度方向的截面呈弧形；挤压夹具上还设置有用于防止挤压夹具自转的防自转机构。

这样，在挤压夹具工作时，金属带沿进料夹槽进料，由于金属带端头处已预先卷裹缠绕在加热管上，故加热管旋转可带动金属带持续进料并实现缠绕，金属带从进料夹槽进料后沿加热管旋转半周从加热管上部旋出后，再次向下旋转并经过夹紧块上端位置时，金属带外侧向下旋转过程中和夹紧块外侧相贴并被夹紧块强行扭曲呈倾斜状态，由于该夹紧块外侧是对金属带外侧在加热管上部旋出位置施加朝向夹盘方向的扭力，故该力作用于金属带后，由于杠杆原理，会对金属带内侧在加热管另一侧下部位置产生一个朝向远离夹盘方向撬动的反作用力，在该撬动力的作用下，使得金属带经过该位置时，金属带内侧会进入到挤压变形用凹槽，由于进料夹槽槽底到加热管穿孔下端边缘的距离小于金属带宽度（即进料夹槽深度小于金属带宽度），且挤压变形用凹槽的独特结构以及挤压变形用凹槽和加热管穿孔的独特位置关系，会使得金属带内侧产生一个强行的折弯变形并使得被折弯变形的部位紧密贴合到加热管外表面。这样，只需夹盘带动加热管自转，在挤压夹具的作用下，金属带就能够被强行折弯后使其内侧被挤压贴合固定到加热管表面，同时实现螺旋形的缠绕，同时随着加热管自转，挤压夹具挤压和缠绕金属带时产生的反作用力，会带动挤压夹具往加热管另一端滑动，使得加热管自成螺距地缠绕到加热管上，无需额外动力且金属带固定方便可靠。同时该螺距的大小，也可以方便由夹紧块的厚度大小实现灵活调节掌控。

其中，夹紧块12外侧面上端位置还设置有螺旋变形引导槽14，螺旋变形引导槽14位于挤压夹具旋出的金属带外侧和夹紧块相贴位置处，螺旋变形引导槽14在夹紧块外侧和上端面的槽口形状均呈弧形。

这样，使得金属带从挤压夹具旋出时和螺旋变形引导槽相贴合，并依靠螺旋变形引导槽引导金属带逐渐产生轴向上的位移，保证金属带实现螺旋缠绕的稳定和可靠性，同时也避免应力过于集中导致金属带被刮坏。

其中，夹紧块12内侧面上部具有一台阶，夹紧块11下部和支撑块贴合并通过固定用螺纹件15固定连接，使得该台阶和支撑块之间形成的空间构成所述进料夹槽。

这样，方便夹紧块的安装固定以及进料夹槽的设置成形。

其中，夹紧块12下端具有并列设置的向上的安装槽16，所述固定用螺纹件15穿过安装槽16并实现夹紧块的固定。

这样可以松开固定用螺纹件后调整夹紧块的上下方向，进而调整进料夹槽槽底到加热管下端的距离，进而可以调整金属带缠绕成翅片后翅片的深度。故采用简单的结构，实现了对翅片深度的调节控制。

其中，所述防自转机构包括固定在支撑块一侧的防自转支臂17，防自转支臂17外端弯曲向下延伸并设置有一个滑块18，滑块18下表面具有一个滑动平面，该滑动平面滑动配合在机架上的一个和定位后加热管平行设置的导向平面上。

这样，防自转机构采用简单的结构可防止挤压夹具自转同时不会产生多余方向上的约束，以保证挤压夹具能够实现对金属带缠绕的可靠性和稳定性。