板式翅片滚压成形工艺和滚刀设计研究

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随着板翅式换热器制造工艺的不断发展,特别是一些新的加工技术的渗透,其应用范围越来越广。目前的加工主要有模具挤压、折叶、插翅、精密切割等方法,这些方法存在工艺复杂、掉翅、废品率高、成本高等问题。板式翅片作为强化传热的核心元件,其加工质量和结构的优劣直接影响着传热性能,因此,研究和探索翅片加工的新工艺具有很重要的意义。本文通过滚压工艺对板式翅片实现绿色加工,设计出有利于翅片成形的刀具,并对刀具和工艺参数进行优化。根据滚压过程中金属的流动特点,对以往的A型滚刀进行改进,设计出更加有利于金属流动,促进翅片长高的流线型滚刀。为方便刀具加工,建立了流线型滚刀的数学描述。针对A型滚刀,依据金属塑性成形过程中的体积不变原理,建立起理想状况下,翅片滚压成形的理论计算模型,并推导出成形过程中刀具滚压深度和翅片成形高度之间的函数关系表达式。通过对相同滚压深度时A型滚刀和流线型滚刀滚压面积的对比,引入修正系数k’,得到不同滚齿夹角下流线型滚刀滚压深度和翅片成形高度之间的函数关系,为今后滚压成形的理论研究提供参考。采用Deform-3D有限元软件建立了板式翅片滚压成形的仿真模型,实现了其成形过程的数值模拟;分析了两种不同形式滚压刀具,即斜壁式和直壁式滚刀在滚压过程中的流动速度场,等效应力、等效应变分布等特点。通过点追踪方法,研究了板式翅片滚压成形过程中金属的塑性流动规律;同时对两种刀具在四道次滚压过程中的受力特点进行了分析,为今后刀具的设计和改进提供参考和依据。在这些分析的基础上,得出直壁流线型滚刀是理想的滚压成形刀具。结合数值模拟技术和计算机智能技术,以翅片成形高度最高和垂直滚压力最小为优化目标,对翅片滚压成形过程中的刀具参数(滚齿夹角β)和重要工艺参数(摩擦因子f、滚压深度ap和滚压速度v)进行了优化。先借助神经网络思想,采用正交试验样本,训练BP神经网络,利用训练得到的优化参数和输出目标间的映射关系;再结合多目标遗传算法进行参数优化;最后得到了均匀分布的Pareto最优解集,通过定义满意度函数选出满意解,利用有限元模拟对优化结果进行了验证。利用自行设计安装的滚压设备,进行了纯铝的滚压试验。研究了不同滚压深度时翅片的成形高度,并对翅片不同位置点取样进行硬度分析。实验证明板式翅片滚压成形工艺在生产实践中是可行的,同时对试验中出现的一些问题进行了实际解决。
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