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摘要 在翅片管的生产中，螺纹芯头的吨成本占据了模具成本超过20%的比例。本文针对螺纹芯头设计中影响其使用寿命、对无逢翅片管参数的影响以及影响无逢翅片管生產效率的各个因素进行了逐一分析。
关键词 齿高；齿条数；螺旋角；齿顶角
中图分类号 TK17 文献标识码 A 文章编号 2095—6363（2016）12—0085—02
为了提高空调冷凝器和蒸发器的换热效率，生产厂家通常用紫铜作为基管，利用模具（刀具和芯头）的配合，加工出无缝翅片管。无缝翅片管是采用冷加工的方法在管材外表面、内表面或内外表面形成系列平行于纵轴或沿管子圆周螺旋扩张的金属翅片（肋）的无缝管，以达到增加铜管内外表面积，从而提高散热面积的目的。
要加工出符合技术要求的无缝翅片管，必须有配套的工装模具来保证，无缝翅片管所用模具包括螺纹芯头和刀片，刀片和螺纹芯头的设计、选用对无缝翅片管的生产成本、生产效率和产品质量有重要的影响。本文重点介绍螺纹芯头的设计。
螺纹芯头的参数包括外径、内孔、长度、齿条数、齿深、螺旋角、旋向、槽宽（端面或法向）、齿顶角、齿底圆弧等，螺纹芯头各个参数的大小对翅片铜管的内齿参数的大小、生产效率、生产成本等有一定的影响，而翅片铜管的参数则直接影响着两器的换热效率。
1螺纹芯头的外径、内孔及长度的设计
螺纹芯头的外径设计时，考虑的因素有2点，一要考虑加工时螺纹芯头能顺利地穿入无缝光管的内孔；二要考虑加工出的翅片管的外径尺寸符合客户要求，能顺利穿入管板孔，铜管外径和管板孔间隙又不能过大，以避免运行时铜管振动太大增加噪音。根据以上2个要求，设计时采用的原则是芯头外径等于管材（翅片管的母管）外径减去二倍的壁厚再减去0.3mm的间隙。这样制定出外径的螺纹芯头加工翅片管的过程中既能顺利穿入管材，又不会导致加工出的翅片铜管外径过大或过小，保证翅片铜管穿入管板顺利及避免翅片管在管板中振动过大。
内孔的确定：内孔主要根据和芯头配合的芯杆的外径尺寸来确定，按芯杆的名义尺寸走正差0.02即可。如果芯头和芯杆配合间隙过小，生产加工翅片管过程中芯头内孔与芯杆外径摩擦发热，导致芯头芯杆配合部分粘连卡死，从而引起加工过程中翅片铜管停止前进，造成同一位置循环加工，产生报废品。而间隙过大，长芯杆在芯头孔中间固定不稳，跳动幅度大，引起铜管内壁的划伤，造成翅片产品报废。
长度的设计：理论上芯头的长度只要超过加工刀具的排刀长度即可，对加工出的翅片管内齿的尺寸没有影响。但考虑到加工翅片管的整体质量，螺纹芯头长度越长，设备运行越平稳，翅片管表面越均匀，翅片管质量也越稳定；然而螺纹芯头长度太长时，内齿形成过程中所遇阻力也会增加，且螺纹芯头的价格也会增加，所以其长度也不是越长越好。反之，如长度过短，翅片铜管加工过程中就容易跳动，导致翅片表面凸凹不平，整管直线度差，表面出现发黑等情况。根据刀组的尺寸，芯头长度一般取25mm～40mm，最好取30mm～40mm为宜。
2螺纹芯头齿高、齿条数、螺旋角及旋向的确定
单纯从增加铜管的内表面换热面积来说，增加齿高（本文不考虑外翅参数）及齿条数是有效的选择；然而，考虑到其他参数相同，生产情况也一致的情况下，齿条越高的芯头，其强度越小，生产中遇到的阻力也越大，容易出现齿条断齿的现象；其他参数一致的情况下，齿条数越多，齿条越细，其强度也越小，所能承受的阻力也越小，越容易出现齿条崩齿的现象。芯头出现崩齿断齿现象的后果，一是增加废品率，二是如后续工序生产检漏发现不了废品，会给空调生产厂家带来较大的损失。螺纹芯头更换也增加了翅片生产的时间和生产的模具成本。并且螺纹芯头齿条数越多，虽然铜管内表面积会对应增加，但齿间距会变小，反而会减小管内流体的被搅拌强度，加大齿间液膜厚度，增大热阻，从而降低换热能力。
改变螺旋角的大小时，螺旋角越大，翅片管的内表面积增加也越大，换热效果也越好，但同时也意味着生产时铜管前进的阻力增大，也是越容易螺纹芯头崩齿，导致报废。而一旦报废，就要更换螺纹芯头，从而增加生产的辅助时间，降低生产效率。并且螺纹芯头本身的成本比较高，报废的越多，越增加生产的成本。所以螺纹芯头设计时，不能单纯地增加齿高、齿条数及螺旋角，要依据客户的换热效率要求，综合考虑各参数，确定最适合的尺寸范围。螺旋角的旋向是根据客户的要求来确定左旋右旋的，如果客户没有提出要求，就默认是右旋。
3槽宽（端面或法向）、齿顶角、齿底圆弧的设计
螺纹芯头设计时其他参数大小一定的情况下，减小齿顶角能增加铜管内表面的换热面积，提高铜管的换热效率。增加槽宽可以使铜管内齿齿形饱满，利于成齿，但是槽宽的大小变化会带来铜管齿形的变化，槽宽越大，内齿越肥，翅片管的单根重越大，越不利于降低生产成本；在齿条数较多不易成齿时，加工出齿底圆弧，不仅有利于铜管内齿成型，同时也可降低翅片铜管的米克重，达到降低成本的目的。
4螺纹芯头材质的选择
螺纹芯头材质的选用也很重要。由于翅片管加工是靠刀片和芯头强力压制铜管挤压出外翅和内齿的，所以材质要求高硬度；翅片管的生产是连续的，螺纹芯头处于连续工作状态，所以材质要求有高耐磨性；翅片铜管加工过程中发热，会引起螺纹芯头的温度变化，故材质对热硬性也有要求；另外，铜管具有粘性，如螺纹芯头的材质红硬性过低，会导致齿缝中粘铜严重，影响芯头的使用寿命。综上所述，螺纹芯头一般采用钨钴类硬质合金。
5螺纹芯头加工的难易度
螺纹芯头是精加工产品，生产工序繁多，越是齿条数多，内齿高、螺旋角大的参数，生产难度越大，生产周期越长，成本也对应越高。所以设计时也要考虑螺纹芯头本身的生产因素。
6结论
螺纹芯头齿形设计中，单从提高换热面积来讲，应从增加齿条数，提高齿高，增大螺旋角，减小齿项角等方面来考虑。但考虑到空调的节能降耗、翅片管的生产成本和生产效率，应该合理地优化芯头的各个参数，实际生产中，合理优化齿形参数比单独增大换热面积对换热性能的影响更有意义。
关键词 齿高；齿条数；螺旋角；齿顶角
中图分类号 TK17 文献标识码 A 文章编号 2095—6363（2016）12—0085—02
为了提高空调冷凝器和蒸发器的换热效率，生产厂家通常用紫铜作为基管，利用模具（刀具和芯头）的配合，加工出无缝翅片管。无缝翅片管是采用冷加工的方法在管材外表面、内表面或内外表面形成系列平行于纵轴或沿管子圆周螺旋扩张的金属翅片（肋）的无缝管，以达到增加铜管内外表面积，从而提高散热面积的目的。
要加工出符合技术要求的无缝翅片管，必须有配套的工装模具来保证，无缝翅片管所用模具包括螺纹芯头和刀片，刀片和螺纹芯头的设计、选用对无缝翅片管的生产成本、生产效率和产品质量有重要的影响。本文重点介绍螺纹芯头的设计。
螺纹芯头的参数包括外径、内孔、长度、齿条数、齿深、螺旋角、旋向、槽宽（端面或法向）、齿顶角、齿底圆弧等，螺纹芯头各个参数的大小对翅片铜管的内齿参数的大小、生产效率、生产成本等有一定的影响，而翅片铜管的参数则直接影响着两器的换热效率。
1螺纹芯头的外径、内孔及长度的设计
螺纹芯头的外径设计时，考虑的因素有2点，一要考虑加工时螺纹芯头能顺利地穿入无缝光管的内孔；二要考虑加工出的翅片管的外径尺寸符合客户要求，能顺利穿入管板孔，铜管外径和管板孔间隙又不能过大，以避免运行时铜管振动太大增加噪音。根据以上2个要求，设计时采用的原则是芯头外径等于管材（翅片管的母管）外径减去二倍的壁厚再减去0.3mm的间隙。这样制定出外径的螺纹芯头加工翅片管的过程中既能顺利穿入管材，又不会导致加工出的翅片铜管外径过大或过小，保证翅片铜管穿入管板顺利及避免翅片管在管板中振动过大。
内孔的确定：内孔主要根据和芯头配合的芯杆的外径尺寸来确定，按芯杆的名义尺寸走正差0.02即可。如果芯头和芯杆配合间隙过小，生产加工翅片管过程中芯头内孔与芯杆外径摩擦发热，导致芯头芯杆配合部分粘连卡死，从而引起加工过程中翅片铜管停止前进，造成同一位置循环加工，产生报废品。而间隙过大，长芯杆在芯头孔中间固定不稳，跳动幅度大，引起铜管内壁的划伤，造成翅片产品报废。
长度的设计：理论上芯头的长度只要超过加工刀具的排刀长度即可，对加工出的翅片管内齿的尺寸没有影响。但考虑到加工翅片管的整体质量，螺纹芯头长度越长，设备运行越平稳，翅片管表面越均匀，翅片管质量也越稳定；然而螺纹芯头长度太长时，内齿形成过程中所遇阻力也会增加，且螺纹芯头的价格也会增加，所以其长度也不是越长越好。反之，如长度过短，翅片铜管加工过程中就容易跳动，导致翅片表面凸凹不平，整管直线度差，表面出现发黑等情况。根据刀组的尺寸，芯头长度一般取25mm～40mm，最好取30mm～40mm为宜。
2螺纹芯头齿高、齿条数、螺旋角及旋向的确定
单纯从增加铜管的内表面换热面积来说，增加齿高（本文不考虑外翅参数）及齿条数是有效的选择；然而，考虑到其他参数相同，生产情况也一致的情况下，齿条越高的芯头，其强度越小，生产中遇到的阻力也越大，容易出现齿条断齿的现象；其他参数一致的情况下，齿条数越多，齿条越细，其强度也越小，所能承受的阻力也越小，越容易出现齿条崩齿的现象。芯头出现崩齿断齿现象的后果，一是增加废品率，二是如后续工序生产检漏发现不了废品，会给空调生产厂家带来较大的损失。螺纹芯头更换也增加了翅片生产的时间和生产的模具成本。并且螺纹芯头齿条数越多，虽然铜管内表面积会对应增加，但齿间距会变小，反而会减小管内流体的被搅拌强度，加大齿间液膜厚度，增大热阻，从而降低换热能力。
改变螺旋角的大小时，螺旋角越大，翅片管的内表面积增加也越大，换热效果也越好，但同时也意味着生产时铜管前进的阻力增大，也是越容易螺纹芯头崩齿，导致报废。而一旦报废，就要更换螺纹芯头，从而增加生产的辅助时间，降低生产效率。并且螺纹芯头本身的成本比较高，报废的越多，越增加生产的成本。所以螺纹芯头设计时，不能单纯地增加齿高、齿条数及螺旋角，要依据客户的换热效率要求，综合考虑各参数，确定最适合的尺寸范围。螺旋角的旋向是根据客户的要求来确定左旋右旋的，如果客户没有提出要求，就默认是右旋。
3槽宽（端面或法向）、齿顶角、齿底圆弧的设计
螺纹芯头设计时其他参数大小一定的情况下，减小齿顶角能增加铜管内表面的换热面积，提高铜管的换热效率。增加槽宽可以使铜管内齿齿形饱满，利于成齿，但是槽宽的大小变化会带来铜管齿形的变化，槽宽越大，内齿越肥，翅片管的单根重越大，越不利于降低生产成本；在齿条数较多不易成齿时，加工出齿底圆弧，不仅有利于铜管内齿成型，同时也可降低翅片铜管的米克重，达到降低成本的目的。
4螺纹芯头材质的选择
螺纹芯头材质的选用也很重要。由于翅片管加工是靠刀片和芯头强力压制铜管挤压出外翅和内齿的，所以材质要求高硬度；翅片管的生产是连续的，螺纹芯头处于连续工作状态，所以材质要求有高耐磨性；翅片铜管加工过程中发热，会引起螺纹芯头的温度变化，故材质对热硬性也有要求；另外，铜管具有粘性，如螺纹芯头的材质红硬性过低，会导致齿缝中粘铜严重，影响芯头的使用寿命。综上所述，螺纹芯头一般采用钨钴类硬质合金。
5螺纹芯头加工的难易度
螺纹芯头是精加工产品，生产工序繁多，越是齿条数多，内齿高、螺旋角大的参数，生产难度越大，生产周期越长，成本也对应越高。所以设计时也要考虑螺纹芯头本身的生产因素。
6结论
螺纹芯头齿形设计中，单从提高换热面积来讲，应从增加齿条数，提高齿高，增大螺旋角，减小齿项角等方面来考虑。但考虑到空调的节能降耗、翅片管的生产成本和生产效率，应该合理地优化芯头的各个参数，实际生产中，合理优化齿形参数比单独增大换热面积对换热性能的影响更有意义。