随着世界经济的迅猛发展,人类正面临越来越严重的能源危机,节能减排提高能源利用率受到越来越高的重视。换热器作为工业领域应用广泛的节能设备,其性能要求越来越高。基于强化传热原理的换热管是换热器的核心部件。研究表明,作为第三代传热技术的整体式三维外翅片管具有优异的传热性能,但较大的制造难度成为其广泛应用的难题。本文基于整体式三维外翅片管的滚压犁切复合加工方法,研制了具有单切削刃和弧形挤压面的犁切刀具,成功并高效加工出了整体式三维外翅片铜管。主要研究内容如下:(1)新型单切削刃-圆弧挤压刀具的研制在对现有整体式外翅片犁切挤压成形刀具的分析基础上,考虑主切削刃以及挤压成形面对翅片成形的重要影响,对已有犁切刀具进行改进,研制新型的具有单切削刃和圆弧挤压面的犁切刀具。新型犁切刀具更有利于加工高尺度整体式翅片,有效提高换热管的传热性能。建立新型刀具的几何模型以及数学模型,作为刀具优化设计的基础。(2)新型犁切刀具切削模型的建立针对研制的新型犁切刀具,运用现代刀具的单元刀具非线性综合法,在现有切削法制造整体式外翅片管的研究基础上,分析了其加工成形机理进行。并建立了犁切刀具的切削模型以及切削力预测模型,预测新型犁切刀具进行切削时的切削力,并通过实验验证了切削力预测模型。(3)基于数值模拟的整体式外翅片铜管犁切刀具参数优化采用ABAQUS有限元分析软件,建立了整体式外翅片铜管的犁切挤压成形有限元模型;分析了翅片犁切挤压的成形机理,并分析了刀具参数对翅片成形的影响,包括主切削刃圆弧半径、刀具主、副偏角、挤压面倾斜度以及刀具表面摩擦系数。研究表明,刀具参数对翅片成形具有显著影响,主切削刃半径增大有利于翅片周向尺寸增大,较小的副偏角,刀具挤压成形面作用区域大,受到切削力增大,较大的主偏角,刀具起作用的切削范围减小,翅片高度减小,挤压成形倾斜度k值越小,翅片周向尺寸越大,摩擦系数越大,翅片周向尺寸增大。(4)外翅片铜管犁切挤压实验研究采用新型单切削刃圆弧犁切刀具,加工整体式外翅片铜管,通过实验研究了刀具参数以及工艺参数对翅片成形以及形貌的影响。研究表明,刀具参数主切削刃圆弧半径、刀具主副偏角,工艺参数转速、进给速度、犁切深度,对翅片成形及其形貌都具有较大影响,增大刀具主切削刃圆弧半径能够增大翅片高度;减小刀具主偏角能够增加翅片高度,但由于受到进给量的限制不能无限增大;转速增大能够明显增加翅片高度和倾斜度;犁切深度除了显著影响翅片高度和倾斜度,对翅片形貌影响较大;进给速度对翅片高度影响较小,主要影响翅片在纵向的间距。