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基于换热波纹板自动切断机的研究与设计

范文

李宏波

摘要：本文简述了一种如何定波切断、如何小波距切断、如何自动控制切断的换热波纹板自动切断机，其具有定位精度高、切断效率高、提高生产效率、降低劳动强度的特点。

关键词：自动切断机;定波;小波距;自动控制

一、引言

换热波纹板是换热器中的关键换热元件，其广泛应用于航空、航天、船舶、工程机械等的换热系统中，它的形状复杂、尺寸各异、材料多样精度要求高，目前国内市场上对波纹板的需求量非常大。然而波纹板在加工完成后的切断问题一直是个技术难题，大多企业均采用手工切断，劳动强度大，效率低，远远不能满足市场的需要。如今，不断提高产品的技术含量，追求高效节能，最大限度地获取经济效益已经成为企业组织生产所遵循的基本原则，同时也是现代化工业的要求。本文以0.15mm 不锈钢平顶水波的切断进行分析与设计

二、波纹板参数工艺性分析

翅片材料：304不锈钢料厚0.15mm，具有较高的塑性、韧性和机械强度;（见图一）波峰与波底之间的间隙仅0.3mm;波高4.6mm，波距3.6mm。根据以上参数分析得出以下结论：

（1）0.15mm 厚的304不锈钢波纹板比较少见，常见的为0.1mm 以下，该材料韧性较强，切断过程中极有可能出现切断力不够，切断刀刃口崩裂等问题;

（2）?????? 波距太小，落刀间隙（波峰与波底之间的间隙）非常有限，因此对切刀的外形结构及材质强度要求更高;

三、换热波纹板切断机原理：

（1）?????? 因波纹板的波数是每个波纹板产品的最重要的参数。故该切断机采用伺服电机带动传动轮快速送料，传动轮每转一周，滚轮送料一个波距，从而达到通过控制伺服电机转速来保证送料距离，即可准确的控制和计数波纹板波数的目的。

（2）?????? 通过调整运行中的切断模具使切刀准确的停留在波纹板波谷上，这样就可以将连续长度的波纹板按照产品设定的波数准确切断。

（3）?????? 切断机上切刀采用气缸控制行程，仅设置3s 的延时行程，通过调整伺服电机转速来控制切断速度，伺服电机速度越快，则传动轮速度越快，气缸工作次数越多。因为波纹板切断机是波纹板成型机的附属设备，故通过波纹板成型次数将切断机切断次数稳定在70次 /s 比较理想（切断次数小于成型次数）。

四、换热波纹板切断机设计：

（1）?????? 送料机构设计：

该切断机采用伺服电机带动传动轮的方式进行送料，具体结构（图二）

1.支架2.弹簧3.左右导向块4.传动轴5 .锥齿轮组6.传动轮7.销轴8.紧定螺钉9.支撑块10.螺钉11.压板12.压紧螺钉

1）? 该机构的动力由伺服电机连接传动轴（4）通过锥齿轮组（5）传递给传动轮（6）进行工作。伺服电机固定在右导向块上，传动轮（6）固定在支撑块（9）上，支撑块（9）通过调节支架连接在左右导向块上（3），左右导向块在支架（1）上可以通过精加工的压紧螺钉（12）上下调节，从而达到上下调节传动轮的目的。

2）? 如右图传动轮是该机构实现波纹板定波切断的关键零部件，同时它也是该切断机唯一的一个频繁更换的非标零部件。波纹板的精准送料主要是通过传动轮在滚动过程中螺旋推进来实现，因此不同波距的波纹板需要配做不同螺距的传动轮。传动轮的精度要适当高，齿的厚度小于0.3mm，以保证能精准的插入该波纹板中。传动轮通过紧定螺钉（8）固定在销轴上（7），方便即时更换

（2）?????? 切断模设计：

该模具采用框架式上下模导向结构，具体结构（见图三）

1.下刀座2.底板3.下切刀4.下压板5.上刀座6.上切刀7.上压板8.固定板9.导柱10.小压板11.法兰12.浮动接头13.模板14.支撑板15.导套

1）? 该模具在切断过程中因切断力较大，各零部件需要承受不同程度的压力及扭矩，为防止这种情况的产生，故底板（1）、固定板（8）、支撑板（14）、模板（13）材料采用45号钢，淬火至 HRC35-40，以增加其强度与韌性

2）? 该模具上下模通过气缸的伸缩迅速完成切断，切断过程中必须保证上切刀（6）与下切刀（3）剪裁间隙0.015mm 间隙配合。

通过查阅相关资料推荐不锈钢板上下切刀间隙（双面）选取公式：

当 t（料厚）<1间隙按14%t16%t22t%选取（为保证小间隙，选取14%t）

故上下刀间隙0.15×0.14=0.021>0.015，可见间隙满足条件

3）? 该模具在两侧设置非脱开式自制导向组件进行导向，该导向机构经过几十年的论证，因其导向精准、硬度强度高、耐磨的特点，一直为我们公司所用。

4）? 为防止模具在工作的过程中导柱（9）受压变形，将导柱上下固定在模具框架上，保证其导向精度与强度

5）? 该模具的上切刀（图四）是实现波纹板小波距切断的关键零部件，切刀设计的难点在于它既要保证能顺利切入0.3mm 的间隙中，又要保证刃口强度。经过查阅相关资料及多方论证比较，上切刀和下切刀的材料舍弃 Cr12MoV 钢，选用 W18Cr4V，该材料为钨系高速钢，导热性差，具有高的硬度、红硬性及耐磨性特点。为保证冲切质量，尽量减少冲裁力，上切刀

刃口部分加工成斜面，改切开为剪开或撕开（图四），刃口长度适当大于波纹板产品料宽度取220mm，刃口斜度在先加工12°斜面的基础上再加工15°小斜面，该斜面的高度7mm ，满足切刀顺利切入，从而达到保证切刀强度，改善冲裁条件的目的。

6）为保证足够的切断力，该模具采用两个直径为Φ100的氣缸通过浮动接头（12）连接倒上模座来给上切刀提供切断力

①上下切刀切断力计算公式：切刀刃口周长（mm ）×板材厚度（mm）

×材料的剪切强度（KN/mm2）换算成公吨：用 KN÷9.81

在材料手册中查到304不锈钢剪切强度为0.5171KN/mm2切刀刃口长=200mm 材料厚度=0.15mm

故切断力：200×0.15×0.5171=31.02KN

31.02KN÷9.81=1.08吨

②气缸压力计算公式：F=PS= 压强×受力面积

气缸直径：100mm 气压通过二联件调至：P=0.6Mpa G=F=MG=0.66×3.14×0.052=4710N M=G/g=4710/9.81=4557.6kg=0.55吨

0.55×2>1.08故选用两个气缸比较合适

（3）机架设计

机架是由方钢管焊接构成，是安装所有部件的基础。其内部设有安装各电控配件的支撑板，支撑板与机架采用螺钉连接。机架双面设有门组件，便于对传动部分进行调整和维修。机架上部为工作台板，用于安装传动机构、切断模、托料板组件、滚动机构等部分。（该论文仅对切断机主要机构进行分析）

五、结语

现散热波纹板均采用手动划断或线切割切开，效率非常低，且产品质量较差。该台切断机（如右图）已经于2020年初经过多次调试后交付使用，，切断效率提高80%。冲出的零件尺寸和外观均符合设计要求，质量可靠、稳定。

参考文献：

[1] 国营北京电子管厂.冷冲压及弯曲机模具.北京：国防工业出版社;1981

[2] 岑军健等合编：《非标设备设计手册》，第一册，第二册，国防工业出版社，1980

[3《] 冲压工艺及冲模设计》编写委员会.冲压工艺及冲模设计.北京：国防工业出版社，1993

[4] 冷冲压与弯曲机模具国营北京电子管厂编，国防工业出版社，1989年

[5] 小波距三角形波纹板成型工艺栗明安，《航空工艺技术》，一九九九年第四期

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