内螺纹铜管成型技术与工艺综述

1、内螺纹铜管成型技术与工艺1内螺纹铜管生产技术开展过程1.1国外内螺纹铜管的开展过程随着空调器制造技术的不断进步，对局效、 节能、环保的要求愈来愈局, 国外从70年代开始先后开发了用内螺纹铜盘管和亲水铝箔做两器 蒸发器和冷 凝器的新型空调。内螺纹管与光管相比可增加热交换面积2 3倍，加之形成 的湍流作用，提高热交换效率20% 30%,节能15% 80年代已得到普遍认可的主 要铜盘管生产企业的内螺纹盘管的产品比例一般大于50%。国外内螺纹盘管从开 发到大批量生产大约用了近20 a的时间。1.2国产内螺纹的开展过程80年代末期，国内相继上马空调器生产线，并使用铜光盘管作为热交换的主 要材料，随着环保

2、要求的提高，新的致冷剂使用以及降低本钱的需要,开始研究 具有高的换热效率的铜管进行替代，90年代初期和中期，国内有几家设备制造 厂家和铜管生产厂家已经研究和试制内螺纹铜管，并取得了一些成绩，可以在1020 m/ min低速的情况下，直线拉制内螺纹实现批量生产，但没有到达大批 量高速生产盘管的技术。而国外，如日本、韩国已经开发出较成熟的设备和工艺， 但设备和技术价格较高昂，所以这段时期，进口内螺纹铜管成了空调厂家的首选。 此时，国内局部厂家也花大价钱进口了一些设备，但由于光管本身的质量问题和 模具等因素的影响，国产内螺纹管没有太大的批量。90年代中期以后，国内设备厂家如7工苏兴荣、北京京圣等，加

3、紧对加工设备的开发和研究，铜管生产厂家如河南金龙、湖南光远、7工苏名佳利等，注重研究铜管的品质，使得内螺纹铜管的生产得到了飞速的开展 ，无论采用原挤 压法生产的管坯还是采用铸扎生产的管坯，无论是用直线拉伸还是用盘拉，都能 生产出合格的内螺纹管。90年代末期，由于设备和工艺的成熟，国内开始批量复制内螺纹铜管生产线，如张家港的恒荣、华芳、广东太平洋、浙江海亮等，国内的生产能力不断扩大，国内产品亦开始出现竞争的态势，各个厂家注重降低产品的生产本钱，在3a的时间内，内螺纹铜管的销售价格连下1x104万元，目前该产品的价格几乎接近于本钱价，将国外产品根本上排挤在国门之外，国外厂家因为生产本钱过高， 出口

4、不利，开始大批量减产。内螺纹铜管的开展大致经历了如下几个开展阶段：1山型齿内螺纹管；2梯型槽内螺纹管；3小顶角型内螺纹管；4细高齿型内螺纹管。目前，国外乂陆续推出了上下齿齿型、齿顶开槽、 双旋向等内螺纹管。1.3国产管的优势和劣势与国外产品相比拟，国产内螺纹管生产本钱较低，无论是设备还是人工本钱 都相对低廉，这对加工制造业来说是有利的，特别是来料加工是再好不过的，这 对国际国内市场都不错。在国内，各铜管生产厂家亦提供了良好的售后效劳，得 到了空调制造厂家的一致好评。但弱势显而易见 ，加工设备自动化程度低，过分 依赖操作人员的素质和加工技术，导致成品率低下，产品品质稳定性差，这对降 低生产本钱是

5、不利的，也削弱了产品的竞争能力，特别是产品的稳定性问题使出口成为一大难题。另外国内铜价居高不下，亦会对加工厂家带来一些本钱压力1.4内螺纹铜管的研发方向内螺纹铜管的开展趋势是薄壁化、 细径化、高齿化、小齿顶角化。这种 趋势也使内螺纹铜管轻量化，即单位长度的重量进一步减轻，尽量提高传热性能 以减少铜材用量；内螺纹齿型呈复杂化趋势。复杂的组合齿型内螺纹可以大大强化换热，但对 加工设备和模具的制造都提出了新的要求。对丁如何防止由丁齿型复杂化导致的 制造难度增加和加工效率降低而导致的本钱增加，以及如何保证产品的质量稳定 提出了新课题。开发新的内螺纹齿型品种和规格 ,研制相应的加工工艺及技术,拓宽内螺纹

6、铜管应用领域是内螺纹铜管生产厂家面对的重要课题。加大瘦高齿内螺纹铜管的开发与生产；在现有根底上，加大中央空调用大直径内螺纹铜管的开发与生产如:?12.7mm ? 15.87 mm等2内螺纹铜管的齿型高效内螺纹传热管按旋向和齿型特征分类如下：等高齿通用 C形齿，见图 2上下齿，见图 3瘦高齿，见图 4 “M形齿双头，见图 5断续齿，见图 6交叉齿，见图 7V、W型齿，见图 8内螺纹管r 单旋向flf图5 W形齿图6断续齿图7交叉齿3内螺纹成型工艺目前，内螺纹铜管有两大门类：一种是无缝内螺纹管；另一种是焊接内螺 纹管。前者的生产工艺已经成熟，后者尚处丁开展之中。3.1无缝内螺纹铜管生产工艺作 为无

7、缝 内螺纹管成型技术，1969年美国创造了螺纹芯头旋锻法70年代 初，日本日立 电线创造了螺纹芯头滚轮旋压一拉拔法； 之后，经过铜管加工行业 技术人员的创新和改良，形成了目前的主流生产工艺：管坯一行星钢球旋压成型一拉拔。典型生产工艺为：高精度坯管铜盘管f 超高速旋压内螺纹成型图 1-精整复绕+在线旋转涡流探伤 f 连续内腔吹扫光亮退火 f 产品包装 Q3.1.1内螺纹成型原理及成型条件内螺纹成型工艺如图1所示。管坯？ D xS,经过减径模？ D6减径后，在高 速旋转的钢球？ D3的滚压下，铜管内外表的金届被压进螺纹芯头？ D5的齿槽，在铜管内外表形成齿高为Ho的齿型底壁厚为S 0。在拉拔力F的

8、作用下，铜管 不断向前运动，在铜管内壁形成连续的螺纹。最后通过定径模？D1定径后，成为 符合用户要求的螺纹管？ Do XSoXHo。由内螺纹成型原理图可知，铜管内螺纹成型必须具备如下条件：1铜管必须呈软态。目前已有厂家成功的使用硬态管胚生产内螺纹铜管，因此节省了复杂的缠绕和消耗能源的退火工序。采用这种工艺的前提条件是，材料、 管胚几何形状及工具的质量必须优良，更为重要的是具备调整设备的丰富经验。2铜管前进、变径所需的拉力F1;3内螺纹成型所需的旋压动力F2;4高硬度、高光洁度、规那么的螺纹芯头模具；5高硬度、高光洁度、高精度的旋压钢球；6成型时产生的热量冷却及成型所需的润滑条件。Q图2内螺纹成

9、型原理3.1.2拉拔工艺拉拔工艺那么可采用多种形式来实现， 市场上多采用的包括有链式直线拉拔 机、履带式链条拉拔机、舒马格联合拉拔机、倒立式圆盘拉伸机，V型槽拉伸等， 各拉拔形式都有其优点和局限性，铜管生产厂家需综合考虑自己的生产需要而选 择。3.1.3常见的内螺纹成型装置内螺纹成型首先要求管胚的偏心度小及管壁均匀性高，以保证内螺纹成型稳定并精确。为了保证内螺纹成型的这一前提条件，内螺纹成型前必须进行一次预拉伸。预拉伸后的铜管尺寸必须考虑到有内螺纹成型所需的旋压余量及螺纹芯头 灵活转动的间隙。根据内螺纹成型机所需拉力F1的拉拔方式可分直线拉拔和盘式拉拔。直线拉拔由丁可以使铜管产生良好的几何形状

10、而显示出优越性，但对成品管材的外观质量会造成一定的损伤，因此国内外很少应用。盘式内螺纹成型机在全球使用最为广泛，这种设备在国内外已制造了许多，并在世界各地成功的生产 出不同规格的内螺纹铜管。内螺纹成型所需的旋压动力F2,根据不同的需求可以置配不同的传动系统，一般使用电机功率配置为9. 0kw15kw。因内螺纹铜管外表质量要求活洁、 光滑,不应有影响使用的有害缺陷摘自有色金届行业标准YS/T440-2001。为了确保这 一特性，旋压速度配置很高。旋压速度越高，内螺纹铜管外表质量越光洁。根据内 螺纹近几年的开展经验，内螺纹成型机所需的拉伸速度与旋压转速符合1比0. 4的关系。即单位时间内螺纹铜管每

11、前进1mm,旋压装置至少转动0.4转。选配转速为1800025000转/分的电机，成型速度4060m/min;如选配转速高达4500050000转/分的磁悬浮电机，成型速度可以提高到7080m/min。该工艺加工的产品范围外径为？6.35 l0mm。如加工细径5mm和大规 格习2mm的内螺纹管，那么应对成型机做适当调整。铜管在拉伸及内螺纹旋压成型时，会产生大量的热量。产生的热量假设不及时 消除,会严重影响内螺纹成型后的壁厚、椭圆度、米克重等，严重时产生烧黑、断管等现象。在许多铜管加工企业，为了保证最终铜管的外型尺寸符合标准要求或 顾客使用要求，均在内螺纹成型后增加精整装置。该装置主要目的是保证

12、内螺纹 铜管最终外径尺寸D符合公差要求。内螺纹成型装置还必须具备必要的铜管放料机构与铜管收料机构。 铜管放料 机构与铜管收料机构的速度必须与内螺纹成型速度相匹配，否那么会造成断管、放 料紊乱等现象。在空调行业中，对热交换管材的活洁度要求相当高。相关标准规定，内螺纹铜管内外表残留物应不大丁0. 038g/m2。所以在内螺纹成型装置中必须增加活洗机 构，以满足铜管活洁度要求。活洗装置一般采用柔软材料如橡胶擦块、聚氨脂擦块等擦拭铜管外表以到达活洁要求。由上可知，常见的内螺纹成型装置结构主要包括：预拉伸系统、旋压装置、动 力机构、精整装置、冷却及润滑装置、活洗机构及铜管收、放料机构等辅助装置。如图3所

13、示：图3常见内螺纹成型装置结构示意3.1.4内螺纹成型装置的开展趋势目前,国内外制冷行业对内螺纹铜管的质量要求不仅越来越高，而且对其发展趋势越来越关注，主要表达在内螺纹铜管向小而高的方向开展。小而高是指小 规格铜管和齿型瘦高。一般内螺纹齿顶角a在40度以下时,称该螺纹齿为瘦齿。在横截面积螺纹数n相同的情况下，螺纹齿型越高越瘦其热交换面积就越大。由于受旋压速度的限制，目前国内外的内螺纹最正确成型速度限制在6585m/min之间。要大幅度提高内螺纹成型速度，就必须提高旋压动力用高速电 机。目前高速电机最常见的转速大约为24000转/分钟，国内外一局部厂家已成功运用转速为35000转/分钟的高速电机

14、生产出高精度的内螺纹铜管，其成型速度提 升到了100m/min。高速电机的转速提高受其轴承转速的制约。提高高速电机的转速 ，必须解决 与其相匹配使用的轴承转速及轴承润滑条件。目前多采用陶瓷球角接触轴承，其转速已到达其极限使用速度。润滑条件采用油雾、油气润滑方式。采用磁悬浮轴 承，是再次提高高速电机的转速的开展方向。3.1.5常见的内螺纹缺陷及排除方法3. 1.5.1齿高不够，形状不活原因:a旋压环外圈太大，尺寸不适宜，相对内螺纹芯头来说球体直径小；b母管壁厚太小；c内螺纹芯头外径太小，尺寸不对。要么是设计错误，要么是制造错误。解决方法：a#佥查所有工模具和母管尺寸，发现任何问题就更换或修复工模

15、具；b检查工模具图纸，用正确的模具参数去更正。如果是生产过程不对 ，改变制造工艺。3.1.5. 2外表螺旋印记太深或粗糙，螺旋印记不均匀节距不相等原因:a钢球磨损严重或各球体磨损快慢不一；b有铜屑而引起钢球不转；c旋压环外圈太小；d外圈太大而导致球体间的间隙不均匀；e J求体大小不均匀。措施:a更换钢球；b活洗旋转头并更换整套模具；c检查旋压环外圈尺寸和球体直径，发现问题请更换。3.1.5. 3在拉制开始和中间出现断管原因:a母管壁厚太厚，导致游动拉伸棋处拉力太大。同时，管子拉过游动拉伸棋后，润滑油膜破裂。这样，在后面旋压和空拉过程中，管子内壁润滑油膜可能太薄或根 本没有润滑，从而不能连续拉制

16、；b母管内壁有油污；c母管的凹痕处或压平处太多，导致芯杆和管子内壁贴在一起；d由于芯杆弯曲或间隙太小导致芯杆、游动芯头和内螺纹芯头不能转动；f由于工模具不正确，导致球体不转动；g在旋压过程中减壁量太大导致壁厚太小；h润滑油流量太小，设备配置不正确；i内螺纹芯头外径和游动芯头的外径相比太大，导致内螺纹芯头和管子内壁 贴在一起不能转动。措施：a保持游动芯头处的缩减量为812%，保证壁厚和外径的公差范围最好为土0. 02,最大为土0. 03;b在把料筐放上开卷机前，检查母管，如果上面油污太多那么要放慢拉制速度或 十脆拒绝拉制；c切掉母管有凹痕或扁平的局部，或拉制时遇到这些地方请放慢拉制速度；d在抛光

17、了滑动局部后，检查芯杆与游动芯头和内螺纹芯头的间隙；e在购置或者使用母管前， 一定要确认其质量。 特别要确认： 母管内壁没有油 污，盘料上没有凹痕、没有裂缝、没有划痕、没有折叠、没有破裂和没有起层等 缺陷；f在使用前，确认模具旋转状况良好；g更换旋压环或内螺纹芯头；h确认润滑设备运转良好，润滑油充足且十净；I更换游动拉伸外棋和游动拉伸芯头。3.1.5. 4管子内外外表有划痕原因:a内壁划痕有可能是内螺纹芯头边沿破裂或不均匀磨损；b在定径模里有大块的铜屑或异物；c润滑油或活洗装置中有金届屑和异物或铜粉黏结成的杂质。措施:a圆整和抛光内螺纹芯头的边沿；b抛光或更换定径模；c抛光或更换活洗块；d过滤

18、或更换润滑油。3.1.5. 5同心度不好椭圆度太大原因:a定径模不均匀磨损；b定径模在模座中位置歪斜；c缓冲辗压力太大。措施:a更换定径模；b活理定径模座；c确认缓冲辗压力并调整压力控制阀。3.1.5. 6外表质量太粗糙或不平整原因：a母管晶粒太大超过了0. 05mm；b在旋压环里面有异物或铜屑。措施:a减小退火温度或提高拉制速度；b用高压空气吹旋压环内部。3.2焊接内螺纹铜管生产工艺焊接内螺纹铜管的典型生产工艺为：高精度铜带 f 对焊连接 f 两次滚压成齿 f 多根卷制成管一高频 焊接+气体保护 f 定径切割 f 精整复绕+探伤 f 退 火 f 产品包装。近几年,outkumpu和cerro公司分别在马来西业和美国新建了条焊接内螺纹 铜管生产线2条焊接内螺纹铜管生产线。全球范围内已陆续建成的十余条焊接内 螺纹铜管生产线主要分布丁美国、德国、日本、巴西、墨西哥、台湾等