数控强制式胀管机

数控强制式胀管机
肖世文
【摘要】数控强制式胀管机采用管制成型装备中的节能降耗技术,应用国际领先的胀管工艺,在胀制热交换器时,将热交换器上的铜管两端强制夹紧固定,避免铜管收缩而导致长度变短,从而比传统工艺节约3％～5％的管材.本项目采用电机驱动滚珠丝杆替代传统的大油缸,伺服电机精确调整定位,相比传统型纯液压系统节约电能60％左右,且避免了冷却水的消耗,并降低了液压油的损耗.由于整个空调行业利润只有3％,解决热交换器再不发生3％～5％收缩变形,就可以直接增加空调的利润
0.8％～1.2％.
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2012(000)011
【总页数】3页(P82-84)
【关键词】胀管;U管夹持;管口夹持;数控;直线导轨;滚珠丝杆;弹簧夹紧扩口;伺服控制
【作者】肖世文
【作者单位】中山市奥美森工业有限公司,广东中山 528455
【正文语种】中文
【中图分类】TB657.5
胀管机广泛应用于换热器等设备的管子与管板的胀接。

在热交换器的生产过程中，
将散热片内的铜管胀大加工，使之铜管与散热片实现紧配合，另一方面是把铜管预留之端部胀大成带锥形口沿的杯状，以便于与其他铜管对接，过程所使用的机械设备就是胀管机。

传统的胀管机不但能耗高，而且工作效率低，并且需要浪费大量资源。

面对世界的能源危机，急需一种新的加工方式来解决能耗高、效率低的现状。

有了这个大前提，对胀管机进行改进成为必然，为了适应当今世界飞速发展的经济，与国际技术接轨，并且有效应对能源紧张问题，自主设计研发一款数控强制式胀管机，加强国家在这一领域的技术水平是十分必要的。

1 强制式胀管原理
通用胀管机在胀热交换器的铜管时，铜管都是处于一种自由状态，当胀管时由于胀球大于铜管，在铜管胀大后，就会自然地缩小了3%～5%。

而强制式胀管机在胀
制热交换器时，将热交换器上的铜管两端强制夹紧固定，避免铜管收缩而导致长度变短，从而比传统工艺节约3%～5%的管材。

因此强制式胀管机在加工热交换器
时减少了管材的能耗。

2 数控强制式胀管机
采用管制成型装备中的节能降耗技术，应用国际领先的胀管工艺，在胀制热交换器时，将热交换器上的铜管两端强制夹紧固定，避免铜管收缩而导致长度变短，从而比传统工艺节约3%～5%的管材。

本项目采用电机驱动滚珠丝杆替代传统的大油缸，伺服电机精确调整定位，相比传统型纯液压系统节约电能60%左右，且避免
了冷却水的消耗，并降低了液压油的损耗。

鉴于整个空调行业利润只有3%，只要解决了热交换器在加工时不发生3%～5%的收缩变形，就可以直接增加空调的利
润0.8%～1.2%。

2.1 技术特点与参数
本机是加工空调交换器的关键设备，采用多轴数控技术，实现工位转换、工件高件
调整、胀进速度、杯口成型的全自动化，具有自动化程度高，操作方便，性能可靠的特点。

其主要技术特点和参数如下：
（1）胀管采用数控电机驱动，精密直线导轨导向，滚珠丝杆带动运动横梁，安装在靠近U型夹紧装置的带膨胀球头胀杆插入铜管，进行强制胀管，这样，便使得
胀管速度快，定位精确；
（2）工件两端强制夹紧，再胀管，工件的长度不发生改变，无收缩变形，节约原材料的3%～5%左右，降低了生产成本；
（3）胀管与二、三次扩口同时进行，采用了旋转工作台的方式，实现扩口与胀管进行工位转换；
（4）旋转工作台采用的是伺服电机数字控制定位，使得控制方便且精度高；（5）胀管产品高度的调整及扩口高度均采用丝杆传动，采用伺服控制，实现自动化控制；
（6）液压系统采用节能设计，采用伺机变量控制，节能达70%～80%；
（7）胀管速度：1 000mm/min；
（8）工作效率：24 s/单个循环。

2.2 结构原理
如图1所示，强制式胀管机机体由立机架、上固定横梁、工作台、机座、二条滚
珠丝杆及二条精密直线导轨组成，主电机安装在机架上，当胀机工作时，机身要承受全部的工作负荷，因此机架要有足够的强度、刚度，组成机体的结构焊接件均经过人工时效处理，消除内应力变形，保证整体的刚性。

活动横梁两头均安装滚珠螺母，后面装有直线导轨滑块，保证垂直精度，其上面安装有胀杆自动锁紧机构，即在更换胀杆时可方便启动锁紧板来夹紧松开胀杆。

导向板均为独立导向，由四条光轴串在一起，其上面的胀杆导向板由加工中心加工，
保证其精度，确保运动时胀杆、胀头准确的进入铜管。

由伺服电机驱动双滚珠丝杆带动二三扩口管胀管活动横梁，实现换热器的二三次扩口成型，并根据工件的高度，由数码控制扩口深度；模具总成：它包括胀杆、胀头、扩口推杆、弹簧夹，扩口模、自锁U形接收器组成。

图1 整机结构示意图1.机架 2.胀杆 3.推动机构 4.夹紧装置 5.锁紧机构 6.夹紧机构7.扩孔装置 8.活动横梁 9.驱动电机 10.滚珠丝杆
2.3 工作过程
（1）先将热交器安装到U管锁紧座上，U管锁紧座结构如图2所示，启动按钮，首先夹管横梁上的弹簧夹头将热交换器的边板压到位，主电机通过丝杆将力传给活动横梁，慢速下降，活动横梁带动胀杆、胀头胀工件，当胀头胀过热交换器的边板压，夹管横梁上的弹簧夹头夹紧铜管，活动横梁继续由慢速转慢速快速往下运动直到下极限为止，实现第一次胀管功能，胀头到位后，碰到工作结束行程开关后，活动横梁带动压胀机构及夹管横梁机构快速返回至上限。

这样胀管全过程结束，工作台旋转，进行二三次扩口，整个过程完成。

图2 U管夹结构示意图1.基座 2.-U型槽 3.定位轴 4.左夹块 5.右夹块 6.凹槽7.推
杆组件 8.直槽 9.推杆 10.移动轴 11.弹簧
（2）U管锁紧座锁紧U管，胀杆下降到工件管口处；
（3）管口锁紧套，弹簧夹压紧工件，达到需要的尺寸；
（4）胀杆胀入工件，胀球离开夹套约5～10mm；
（5）锁紧套锁紧，弹簧夹夹紧管口，如图3所示；
（6）胀杆胀到底；
（7）弹簧夹松开；
（8）锁紧套，弹簧夹离开工件；
（9）胀杆返回。

图3 管端夹紧示意图1.固定板 2.滑动板 3.导柱 4.弹簧夹头 5.滑动锥套
3 重点解决的技术关键问题
（1）解决了热交换器在强制式胀管机时的机械原理和机械结构
强制胀管时热交换器必须两端固定，因此必须设计U管夹紧机械结构，以及管口夹紧机械结构。

并要求夹紧固定可靠，必须有多层固定安全结构，保证加工产品的质量。

（2）解决强制式胀管机在胀管后所遇到的二次扩口问题
为了提高生产效率，必须解决胀管之后，实现自动扩口功能。

设计旋转工作台，解决旋转之后二次精确定位。

（3）实现数字控制系统，融合机电一体化原理。

4 结束语
综上所述，本项目不但给自身行业带来了发展，对于胀管技术有了很好的革新，使得胀管机从工作方式上节省68%，从节省材料上节省了4%，如此算来，可以直接增加空调行业的利润0.8%～1.2%，对于大型空调厂家来说，这是相当大的利润增加。

我国为世界空调制造基地，行业每年总产值达2 000亿元以上，行业净利润在2%左右。

本项目对空调制冷行业的成本有较大贡献，热交换器铜管节省4%左右，每台空调成本可节省10元左右，成本贡献率在0.6%左右，即对行业净利润贡献率达30%。

相信在不久的将来，国内厂家将会统一使用上新型的胀管设备以摆脱旧设备的能源压力与束缚。

新一轮价格战也可能因此展开，以此为契机，厂家先一步投入使用，就可以更快地掌握市场主动权，成为行业先锋。

参考文献：
［1］颜惠庚，石庭瑞.换热器的液压胀接技术及其应用［J］.化工机械，1998，25（6）：29-31.
［2］化工设备设计全书：换热器设计［M］.上海：上海科技出版社，1988.
［3］熊文修.机械零件［M］.北京：高等教育出版社，1985.
［4］袁兆辉，李健，颜惠庚.S7-200PLC在液袋式液压胀接机压力测控中的应用［J］.微计算机信息，1999（4）：60-61.。