空调翅片胀接工艺分析及冲压工艺研究

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1、空调翅片胀接工艺分析及冲压工艺研究第一章绪论1.1引言随着经济的飞速发展、人们生活水平的提高，中国空调工业近年来迅猛发展，中国现已成为全球第一大空调生产国和最大空调消费国[1]。随着空调行业间的激烈竞争及消费者需求的多层次发展，人们对空调的性能要求越来越高[2]。近年来，暖通空调耗能约占中国总能耗的15%，并且有逐年上升的趋势[3]。经济的快速发展促使我国对能源的需求越来越大，中国经济发展面临越来越严峻的能源依赖，因而开发具有高能效比的空调具有重大意义。空调器主要由制冷系统、空气循环系统和电控系统三大构成部分组成。换热器是制冷系统

2、的重要组成部分之一。换热器性能是评价空调性能的重要参数[4]。对换热器进行结构优化以得到传热性能好的换热器是实现高效能比换热器的重要途径之一。管翅式换热器是目前空调换热器的一种主要形式，此类换热器主要由换热管和翅片组成[5]，其结构形式如图1-1所示。早期的换热器采用铜为主要材料，而随着铜资源日益短缺，铝制换热器成为一种趋势[6]。常见铝制管翅式换热器生产的主要工艺流程如图1-2所示[7]：首先把直的换热铝管弯曲成U形，并将铝箔冲制成条形翅片再码垛整齐；随后将换热管穿过码垛整齐的翅片翻边孔；最后将穿过翅片翻边孔的换热管送入胀管机进

3、行胀接，从而实现换热管和翅片的紧固连接。翅片是空调、冰箱、汽车等设备换热器的有效强化换热零件，布置于换热装置表面，主要通过增大的换热面积来增强换热装置的换热效率[8]。每台空调的翅片数量为上百片，近年来空调需求量仍不断扩大，每年翅片的需求量可达数十亿片[9]。翅片庞大的需求量要求翅片的生产工艺方法能够实现快速生产，现阶段，采用多工位级进冲压是实现翅片快速大规模生产的唯一有效途径。我国国内开始出现对空调翅片冲压成形和模具设计的研究始于20世纪90年代。国内一些模具生产商在消化吸收国外先进级进模技术的基础上，自行研制出的一些中小型级进

4、模，在生产中获得了较好的使用效果。翅片制件级进模技术研究水平有了较大的提升，然而与国外先进技术相比仍存在一定的差距。加强翅片制件级进模的研发能力对于提高我国空调生产企业的国际竞争力至关重要[10]。......1.2空调翅片胀接现状概述胀接是一种通过胀形力将管子和管板上紧密固定、并伴随并固定金属塑性变形过程的连接成形方式[12]。目前普遍采取的胀接方式主要有机械胀接、液压胀接、爆炸胀接、橡胶胀接等四种[13-14]。机械胀接方式产生时间较早，是目前换热器胀接中较为常见的一种。此类胀接过程中，胀管机中的胀球在推杆推动下作机械运动，进

5、入换热管后迫使换热管管径扩大，换热管先后发生弹塑性变形；随着胀球的推进，换热管外壁和板子孔内壁接触，然后板子孔壁随换热管的扩大而发生变形；卸载后，板子孔壁的收缩大于换热管的收缩，因而在换热管和板子间产生残余应力[15]。液压胀接的胀形力由液体提供。随着液体压力的提高，管子直径增大，先后发生弹塑性变形，随后管子和板子接触，迫使板孔扩大。卸压后管子和板子不同的回复程度会使的管子和板孔间产生接触应力[15]。爆炸胀接的驱动力于炸药爆炸产生的巨大压力。炸药在爆炸瞬间形成的巨大压力迫使管子在高压气体的冲击波作用下，迅速发生塑性变形，牢固地粘

6、合在板子上，是一种在高温高压的状态下瞬间完成的胀接方式[15]。橡胶胀接是在橡胶鼓胀加工技术的基础上发展起来的。此类胀接过程中，加压杆挤压弹性橡胶体，使得弹性橡胶体发生轴向压缩而产生径向压力。该径向压力迫使管子和板子胀接在一起。在该胀接过程中，胀接压力是通过加压杆挤压橡胶而产生的，因此加压杆上将承受巨大的拉力[15]。上述四种胀接方式中，爆炸胀接受爆炸场地、胀接所需原材料等限制，且多适用于厚板的胀接；液压胀接设备成本较高；橡胶胀接中加压杆受力很大，且加压杆的强度对橡胶胀接的胀接长度有较大限制；机械胀接能够快速完成胀接，且其胀接长度

7、和胀管规模便于调整，是家用空调换热器较为常用的胀接方法[16]。.......第二章空调翅片胀接过程有限元模拟及分析2.1引言近年来，计算机技术和有限元技术有了很大发展，有限元法在材料的塑性成形中得到了广泛的应用。在翅片胀接过程中，工件发生了塑性变形，在位移与应变的关系中存在几何非线性，在材料的本构关系中存在材料非线性。由于存在多种非线性因素，翅片胀接成形过程的问题难以用数学解析式分析求解。而有限元法是目前非线性分析的最强有力工具，因此也成为翅片胀接过程模拟的常用方法[15,38]。在本章中，根据翅片胀接过程原理，利用Abaqus

8、有限元软件建立胀接有限元模型，分析翅片翘曲变形原因，并模拟了设置有凹槽结构的翅片，最后基于正交设计对翅片进行有限元模拟，分析影响翅片胀接翘曲变形的主次因素并得出一组优化胀接参数，最后进行了胀接产品试制。......2.2空调翅片胀接过程有限元模型建