空调换热器作为家用空调中重要的核心部件,其胀接强度是检验空调换热器质量的标准之一,本研究中换热器胀接强度的判断标准通过其胀接后所能承受的拉脱强度体现??盏骰蝗绕饔苫蝗韧芎统崞徒幼槌?,目前空调企业所应用的胀接方式主要为机械胀接,但是对于小管径换热管机械胀接所具有一定缺陷,因此本课题以液压胀接作为换热管与翅片的胀接方式,该技术具有胀接质量高、工作量低以及环保等优点,并且对于小管径换热器的胀接较为友好,不易产生折管以及堵塞等问题。除此之外,本课题将脉动液压技术应用于换热管与翅片的液压胀接之中,研究表明脉动液压技术可以用较小的液压力得到相同的胀形效果,并可以使管材胀形较为均匀,延缓管材破裂时间。因此本课题针对由小管径换热管与翅片组成的换热器,进行液压胀接与脉动液压胀接后拉脱力的测量,从而针对液压胀接空调换热管与翅片的拉脱强度的影响因素进行研究。

在本课题的研究中,首先根据由小管径与翅片组成的换热器这一研究对象制备换热试件,并根据试验试件设计并开发出适用于小管径换热管与翅片液压胀接试验装置。随后利用该自行设计并开发的装置进行非脉动液压胀接试验,经过初步研究得到小管径换热管和翅片的合理液压力胀接范围,并将胀接试件制备成拉脱试件为拉脱强度以及最佳液压胀接力的研究做好准备。除此之外,根据多组液压试件拉脱力的变化规律从而进行液压胀接试件不同位置的拉脱强度的影响研究。接下来进行换热管与翅片的脉动液压胀接试验,利用伺服冲压机参数的调整从而设置脉动振幅和频率。在不同的脉动振幅和频率这两种脉动参数的施加情绪况下进行脉动液压胀接,并将脉动液压胀接试件同样制备成拉脱试验的试件,从而进行脉动液压参数对拉脱强度的影响研究。将换热管与翅片液压胀接试件匀速拉伸,进行换热管与翅片的拉脱试验,将拉脱力随时间的变化曲线针对所需的研究内容进行归类总结,从而揭示液压胀接换热管与翅片拉脱强度的影响规律。最终其研究结论如下:

1)自行设计开发出的一种用于小管径的U型换热铜管与翅片液压胀接的装置,该装置已获得实用新型专利授权。在该装置上进行换热管与翅片胀接试验,验证了该装置在满足胀接的同时不受换热铜管和翅片长度与数量的限制,适用性好,简单灵活,并解决了小管径换热管与翅片机械胀接时发生铜管受力不均从而损坏翅片和折管等方面的技术性难题,装置专利号为201920520872.9;

2)利用自行设计并开发的装置液压胀接Φ5mm的小管径换热管与翅片,经过试验研究得到本课题所研究的空调换热管与翅片的合理液压胀接力为16 MPa18MPa,在该合理液压胀接力范围内,铜管与翅片的胀接效果良好,利用该装置可顺利完成对于小管径的U型换热铜管与翅片的胀接工作,试验操作简单方便,液压油可循环使用,节约成本,能满足空调换热器胀接的基本要求;

3)对于本课题所研究的Φ5mm的换热管与翅片试件,在最大液压胀接力P max18MPa时,试件所能承受的最大拉脱力F max达到0.47kN,因此Φ5mm的换热管与翅片所需的最佳液压胀接力为18MPa;

4)对于管材不同胀接位置拉脱强度的影响研究,将换热管不同胀接位置的试件切割下来分为多份拉脱试件并进行拉脱试验,经过试验研究可得,非脉动液压胀接试件的拉脱强度分布规律是试件中部相较于两端所能承受的拉脱强度较高,即在液压胀接试件的过程中,相较于试件的其他胀形区位置,试件中部胀形区位置的胀接强度较高;

5)根据脉动液压试验中脉动振幅对拉脱强度的影响研究,可以得到当脉动振幅ΔP2.83MPa时,随着振幅的增加,试件所能承受的拉脱强度也随之增大,但是当脉动振幅ΔP2.83MPa时,试件所能承受的拉脱力却有所下降。因此换热管与翅片试件在脉动振幅ΔP2.83MPa时,所能承受的最大拉脱力能够达到最大为0.406kN;

6)通过脉动液压试验中对脉动频率对拉脱强度的影响研究,可以得到在脉动振幅不变的情况下,频率越大,拉脱力的加载曲线上升越平缓,并且加载曲线的波动较小,即当脉动振幅一定时,频率越大则管材与翅片胀接的更加均匀,换热管与翅片胀接的可靠性也得到提高。

本课题针对液压胀接空调换热管与翅片拉脱强度的影响进行研究,通过研究不仅设计并开发出一种适用于小管径的U型换热铜管与翅片液压胀接的装置,还经过试验研究确定了管材与翅片的合理液压力胀接范围、最佳液压胀接力以及所能承受的最大拉脱力。除此之外,对液压胀接换热管与翅片拉脱强度的影响因素进行研究,揭示了非脉动液压胀接力以及脉动振幅和频率这两种脉动参数对换热器拉脱强度的影响规律,以及换热管不同位置所能承受拉脱强度的影响规律。不过对于换热管与翅片的胀接方式、液压力参数以及拉脱强度的影响研究在理论和试验方面还有所欠缺,对于换热器胀接方式、液压胀接参数等方面的研究还需要进一步完善,并存在一定发展的空间。

1)液压胀接装置的设计与开发:经过试验研究验证发现能够满足小管径和翅片的液压胀接要求,但是由于换热管管长较长能够,直径较小,在胀接过程中容易发生弯曲,目前通过减缓液压力输出速率可以消除管材弯曲的产生。因此,设计的装置还需进一步的改进和调试,从而开发出能够防止管材胀接过程中发生弯曲的装置。

2)拉脱试件的制备:目前利用手持切割机对液压胀接试件和拉脱试件进行制备,应该从制备方式上进行改进,利用线切割等高精度制备方法,将因管材与翅片切割制备造成的误差影响降到最低,从而提升液压胀接和拉脱试验的精度。

3)脉动液压试验:设计并开发出能够精确控制脉动参数改变的试验设备,能够精准实现各种脉动振幅和频率的曲线输出,为脉动液压参数对拉脱强度的影响研究提供精准的脉动液压胀接试件和良好的拉脱试验前提。

4)胀接试件不同位置的拉脱强度:对于换热管不同位置试件的制取还需要更多的实验样本,需要对换热管的胀接位置进行进一步的标定,并将拉脱试验模具进行改进,从而能够配合不同位置以及不同翅片数量的拉脱试件进行拉伸,对换热管不同位置拉脱强度的影响进行进一步的精准研究。

5)换热管与翅片不同温度下的拉脱强度:空调换热器装配于外机中并多数悬挂于室外工作,因此换热器会在不同温度的环境下运行,所以对换热管与翅片不同温度下拉脱强度的影响研究具有极大的意义??梢岳孟钟凶孕猩杓撇⒖⒌囊貉拐徒幼爸靡约?/span>WDW-100GD型号的高低温拉伸试验机,充分应用拉伸试验机的高温炉和液氮罐模拟不同温度下换热器的工作环境,从而开展换热管与翅片不同温度下拉脱强度的影响研究。

6)换热管与翅片的胀接方式:对于换热管与翅片考虑应用更简便快捷的流体胀接方式,如气压胀接方式。目前国内气压胀接方式的发展瓶颈在于气压胀接时的密封方式,针对此方面,已经设计出一种适用于换热管流体压力胀接的密封与扩口一体化结构,该结构可在无须密封圈的情况下实现管端处的硬密封,并将换热管的气压胀接与管端扩口两道工序整合一体化,解决了目前流体胀接换热管过程中换热管容易产生弯曲、密封圈损耗高以及密封可靠性不佳等问题。该结构申请的发明专利已经受理,专利号为202010039787.8。下一步便是将该结构开发并应用到胀接时密封性能的验证实验中,并对换热管与翅片的气压胀接时的密封性能进一步的研究。