制造切缝和偏置翅片的方法 发明的领域
本发明涉及热交换器，特别是涉及在热交换器中的流体流通路径内采用的切缝和偏置翅片。
发明的背景
目前使用的许多热交换器采用一排或多排所谓的扁平管，所述扁平管延伸于设有容器的加热器或者甚至以管状加热器之间。将外部翅片粘结到扁平管的外部，在一些例子中则采用在管子内的内部翅片。这些翅片增加了管子中的表面面积，并且提供一种可以使热量从在关内流动的流体流向嵌片、并随后通过嵌片流向管壁的措施。因此，嵌片是比在管内流动的流体更好的热传导体，增强了热传导效果。
另外，这种嵌片可以提供紊流功能。也就是说，它们增强了在管内流动的流体中的紊流，已知这样将会提高热传导效率。
进而，当这些管子以相对较高的压力携载流体、并且未受到外部翅片的支撑时，将嵌片粘结到两侧壁上能很好地对管子进行加强。
以前通常提到的采用多种形式，在许多应用中，优选采用所谓“切缝和偏置”翅片。虽然尚未普遍接受将切缝和偏置翅片用于这样地应用。但是，热交换器技术人员开始认识到切缝和偏置翅片是用于扁平管的内部翅片，这是因为，它们具有能够以至少与标准内部翅片结构相同的功效、并且在许多情况下具有更高的功效来实现上述所有功能的能力。
特别地，迄今为止，采用本领域中称为滚缝机的设备生产切缝和偏置翅片。在这些设备的操作中，产生翅片的切缝和偏置结构的模具前后和侧向运动。所形成的翅片具有一个沿着与滚缝机相交的方向延伸的流动通道。因此，翅片的长度限制了滚缝机的最大操作宽度。结果，根据设有这种切缝和偏置翅片的扁平管的长度，可能需要插入超过一片的切缝和偏置翅片，以便延伸于扁平管的整个长度上。不幸地是，这需要进行很耗时的多次插入操作，并且当在一个管子中插入超过一个翅片时，可能在插入片之间形成间隙。在这样的位置上，将不能插入并粘结到管子的内侧上，并且因此，将形成不能借助粘结于其上的嵌片的存在来提高强度。因此，当受到的高压时发生故障的可能性提高。
进而，滚缝机操作的特点是生产速度非常、非常慢。通常，对于与滚缝机最大操作长度相等的长度，在每秒操作中，该滚缝机仅能制造切缝和偏置片的一个腿。因此，具有六个腿的翅片将需要六秒来进行制造。
进而，被滚缝的嵌片具有相互嵌套的倾向，使它们在生产过程中难以分开。在分离处理中所述翅片可能被损伤，并且因此需要废弃。或者，如果不能将它们容易地分开，则由于它们不能分开而可能需要废弃一个两个或多个嵌套翅片的组件。
本发明用以克服上述一个或多个问题。
发明的概述
本发明的主要目的是提供一种制造切缝(lanced)和偏置翅片的新型和改进的方法。更具体地说，本发明的一个目的是提供一种不需要采用滚缝机、以连续的方式制造这种翅片的方法。在一个优选实施例中，本发明提出一种用滚压成型设备制造切缝和翅片的方法。
本发明的一个示例性实施例提出一种制造具有“n”型腿的切缝和偏置热交换翅片的方法，该方法包括步骤：a)使翅片成型材料的大致呈平面的长形带材沿着翅片成型路径的延伸方向前进；b)在带材中形成“n”排变形缝隙，在每一排中、于缝隙端部中间的位置上具有延伸于相邻缝隙之间的冠部，在每一排中相邻的冠部是对向的；以及c)然后，在每一排中、在各冠部处和相邻缝隙的端部处、将带材弯曲通过一个实质上的锐角，所述每一排具有端部，在所述端部处、对于相邻的缝隙从排的一侧向另一侧产生弯曲。
在一个优选实施例中，实质上的锐角为大约90°。
更优选地，在至少两个顺序的操作中执行该方法的步骤(c)。根据本实施例，顺序操作中的第一个操作包括弯曲成一个小于所述实际上的锐角的锐角，并且随后弯曲成所述实际上的锐角。
在本发明的一个实施例中提出，“n”为四或更大的偶数，并且操作之一包括在首选的两排处进行第一弯曲，并且在其它操作中，包括随后在所选择的不同的两排中进行弯曲。
在一个更优选的实施例中，首选的两排是位于中间的两排。
本发明的一个实施例中提出，在步骤c)之后，进行对腿部精整的步骤。
在一个更优选的实施例中，采用至少一个辊执行步骤b)和c)，在每个步骤中形成冠部和横向缝隙，并且随后对带材进行弯曲。
结合附图、根据下述说明书中，其它的目的和优点将变得更加清楚。
【附图说明】
图1是利用本发明方法的一个实施例制造的切缝和偏置翅片的局部透视图；
图2是表示安装并粘结到用于热交换器的扁平管上的切缝和偏置翅片的剖视图；
图3是可以用于实施所述方法的设备的示意图；
图4-8是随着本发明的一个实施例中的各个步骤的实施表现出来的、翅片成型材料端部视图；
图9是在图3的设备中采用一辊组件对一个图4所示结构的翅片形成材料的带材进行成型的局部放大剖视图；
图10是一个表示在图9的设备中采用的剪切轮廓盘的放大的局部侧视图；
图11是大致沿着图10中的线11-11剖开的剖视图；
图12是大致沿着图10中的线12-12剖开的剖视图；
图13与图10类似，但是表示在图9的组件中采用了一个不同的剪切轮廓；
图14是大致沿图13中的线14-14剖开的放大的局部侧视图；
图15是大致沿图13中的线15-15剖开的放大的局部侧视图；
图16与图9类似，但是表示采用一个辊组结构制造图5中所示的翅片形状；
图17是图16和23所示轧辊组件中采用的圆盘剪的弯曲轮廓的局部正视图；
图18是沿图17中的线18-18剖开的放大的局部剖视图；
图19是在图17中大致沿线19-19剖开的放大、局部剖视图；
图20是图16和图23的辊组中采用的剪切外形的局部放大视图；
图21是图20中沿线21-21剖开的放大局部视图；
图22是在图20中大致沿线22-22剖开的放大局部剖视图；
图23与图9类似，但表示生产图6中所示翅片带材结构的另一种辊组；
图24与图9类似，但表示用于生产图7中所示翅片带材结构；
图25是图24和图28的辊组中采用的剪切外形的放大局部视图；
图26是大致沿图25中的线26-26剖开的放大局部剖视图；
图27是大致沿图25中的线27-27剖开的放大局部剖视图；
图28是用于将带材成型成图8所示结构的局部剖视图；
图29是用于对已经形成图8所示结构的翅片带材进行精整的辊组的放大、分解局部剖视图。
应当特别注意，图9-29是比例图，并且所示部件具有图中所示的尺寸。
优选实施例的说明
用于制造切缝的和偏置的翅片的本发明的方法理想地适用于生产由铝制成的切缝的和偏置的翅片。然后，应当理解，本发明也可以有效地用于黄铜、铜或钢翅片的制造。在许多情况下，所采用的材料、例如铝适于将热交换器部件钎焊成组装的关系，并且当用于需要钎焊的热交换器中时，通常在要形成翅片的带材两侧上提供钎焊镀层金属。然而，所附的权利要求清楚地表明，并不限于特定的材料或特定的组装方法、例如钎焊。
现在参照图1，表示出了一个四腿切缝和偏置翅片。20表示第一腿表示，而22表示第二腿。24表示第三腿，而26表示第四腿。腿20和22在它们的上端由一个峰部或顶部28连接起来。一个类似的顶部或峰部30连接腿24、26的上端。腿22、24的下端由一个下顶部或峰部32连接。一部分顶部或峰部34从腿部20的下端沿着远离腿部22的方向延伸，而一个较小局部顶部或峰部36从腿26的下端延伸远离腿24。这些部件形成腿部和顶部的第一排A，该第一排A大体沿着与翅片延长的方向横切的方向延伸，所述翅片如图1所示，从左下侧向右上侧延伸。一个腿部和顶部的第二排B以已知的方式紧接在A排之后。B排是A排的倒转，也就是说，腿26位于图1中的左边，而腿20位于图1中的右边。
第三排C与A排相同，而随后的D排与B排一样。按照上述形式，这些排从带材的一端向另一端交替。
应当注意，这种布置使得A排的腿部20位于B排的腿部24、26之间；A排的腿部22位于B排的腿部22、24之间；A排的腿部24位于B排的腿部22、20之间，并且A排的腿部26位于B排腿部20的一侧，其距离大致等于在一个给定排中的任何相邻腿部之间的距离的一半。在图2中表示出了所获得的结构。在同样的方式中，如可以从图1中看出的那样，在相邻的A、B、C、D等排之间，尽管它们在超过大致一半的长度上与相邻的顶部相连，但是顶部28、30交错布置。
图2也表示插入到整体由38标出的\通常用在热交换器中的类型的所谓扁平管中的切缝和偏置翅片。管38具有在端部由圆弧壁44、46连接起来的对向的平直壁40、42。在通常情况下，通过焊接或钎焊将顶部28、30粘结到壁40、42内部。如在现有技术中已知的那样，所得的结构提供一个管38。该管38在许多类型的热交换器中都是非常令人满意的。由于切缝和偏置翅片被冶金粘接到管子38上，从在管子38中流动的流体而来的热量易于经由在管子38的内部提供附加表面的腿部20、22、24、26传递向侧壁40、42，或从侧壁40、42传递出去。因此，只要切缝和偏置翅片的导热性比通过管子38的热交换流体的大，就可以提高热传导。
腿部20、22、24、26和顶部28、30的内边缘还打破了在它们附近流动的流体中的边界层条件，和/或引起紊流。如已知的那样，在热传导流体中引起的紊流的增强或边界层的减少，同样提高了热传导性，并且切缝和偏置翅片在这一作用中具有很好的功能。
最终，热交换流体以相对高的压力通过管子38时，倾向于使管子38从扁平管形状向更圆的形状膨胀，腿部20、22、24、26作为加强网，用以使侧壁40、42保持图2中所示的结构。
图3示意地表示用于实施本发明方法的成型机。图3的设备是举例表示的，并且本领域技术人员可知，如果需要也可以采用其它形式的成型设备。
如图3所示，主轴50安装有一个翅片形成带材52的辊子，用以沿着箭头54所示的方向绕主轴50旋转。翅片材料52的排的长度不定，即，所述排可以具有任意所需长度，并且可根据制造的对象来选择。翅片材料52作为薄的、基本上平坦的带材56经过所述辊子，并且根据腿部20、22、24、26所需的强度和载热特性，通常具有千分之几英寸以上的厚度。沿着一个总体标为58的成型路径进给带材56，所述成型路径包括一系列辊子成型组件。在示例性的实施例中，采用六个这样的组件并且总体上标为60、62、64、66、68和70。在一个优选实施例中，要想形成如图1所示的四腿切缝和偏置翅片，需要六个组件60-70。然而，用于从后面所述而变得清楚的、如所制造的翅片中的腿部数目增加的原因，组件的数目将会增加。
在该优选实施例中，也采用四腿翅片，辊组60在带材56上实施切缝操作，其中在带材56上形成四排对齐的缝隙。缝隙的排不会与图1中A、B、C和D所标出的腿部和顶部的排混淆。缝隙的排沿着带材56的纵向延伸，并且每排中的缝隙具有相同的带材纵向间隔、以及相邻缝隙和相邻排之间的相同间隔。另外，辊组在带材的每排的相邻缝隙之间的部分中形成冠部，而在一排的交替部分中具有沿着一个方向延伸的冠部，并且其余部分具有沿着相反方向延伸的冠部。从而形成图4中所示的结构，其中从带材56一侧起的缝隙80、82、84是很明显的。同时，在腿部和冠部A、B、C、D(图1)等每一排中，辊组60形成冠部88、90、92、94和96。这些冠部88、90、92、94、96最终成为顶部28、30或连接部32，在最终成形的翅片中可能存在局部顶部34、36。翅片材料56的原始平面在图4中表示在P处。可以看出，延伸于冠部之间的是最终确定出腿部20、22、24、26的带部100、102、104、106、108、110、112和114。如图4所示，这些部分100-114在一个相对于平面P的较小的锐角处，即，相对于平面P在一个小于45°的锐角处，并且优选在15-45°的范围内，甚至更优选在30°。
在从辊组60出来并沿着成型路径58向辊组62行进之后，翅片材料56形成图5所示的结构。辊组62反作用于延伸在顶部90、92和94之间的部件104、106、108、110，以便形成一个较大的锐角，即，一个超过45°但小于90°的相对于平面P的锐角，并且更优选地在46-75°的范围内，甚至更优选在大约57-60°的范围内。
可以看出，这样的成型发生于在缝隙80、86的最外排附近、离开为切开的带材56的缝隙82、84的两个最靠内的或中间的排的区域中。这样的操作可以作为一个预成形操作，其中，部分104、106、108、110向它们的最终形状预成形，但没有完全弯曲成最终的情况。
在从辊组62出来之后，现在具有图5所示结构的带材穿过辊组64，形成图6所示的结构。在辊组64种，包围着缝隙80和86和它们的相应排的带材部分100、102、112和114被弯曲成一个预先确定的较大锐角。这时，带材部分104、106、108、110未切边，并且没有由辊组62形成结构发生变化。然后，翅片带56向着图6中所示结构的辊组66移动，并且由辊组66形成图7所示的结构。在辊组66中，翅片部件104、106、108、110最终形成一个位置，该位置与相对于平面P大致成横向。在辊组66中，翅片部分100、102、112和114没有改变，而是保留图6中所示的相同形式。
在由辊组66出来之后，翅片带进入辊组68，在其中，翅片部分100、102、112和114现在弯曲成与平面P呈横向。这时，不对翅片部分104、106、108和110进一步作用。从而，获得与图1所示的最终结构大致相同的结构。
在从辊组68出来之后，具有图8所示结构的翅片带向着辊组70运动，在辊组70中以所示方式对其进行精整(精压加工)。精整操作主要型车呢个图8所示的结构，但是确保所有最初由冠部88、90、92、94、96限定的水平延伸元件位于适当的平行平面中，以便当将翅片插入到一个管子、例如管子38中时确保良好的接触，以允许进行钎焊和/或其它冶金结合，而不会产生裂纹。在一些情况下，当对于允许的程度不需要良好粘附时，可以取消辊组70。
在用辊组70进行精整操作之后，带材前进至一个总体标为120的剪切组件，在该处将带材切成所需长度，用以随后插入管子38。
上述该方法的某些特征未被注意到。首先，带材部分100、102、104、106、108、110、112、114的成型是这样的，即，没有辊组60、62、64、66或68在任何给定一排腿部A、B、C、D(图1)中操作弯曲超过两个带材部分。还可以看出，这种部件的弯曲工艺在带材中的两个中心或中间部分处开始，然后由此向着下两个、中心每侧上的一个最内部分运动，并且连续进行这一步骤，在任意给定时间作用在任何一排A、B、C、D中的不超过两个的部分上。这消除了金属的减薄，同时简化了辊组的设计。应当注意，大致相同类型的设备可以用于制造具有多于四个腿部的切缝和偏置带材。这仅需要在该设备中按照所述中间工艺的适当顺序加上用于两个腿部的每一个的两个辊组就可以了。
通常来讲，如上所述在辊组62和64中进行的预变形操作，是在辊组66和68中进行最终成形之前进行的。然后，在许多情况下，可能希望在两排缝隙中对部件进行预成形，然后，在对不同对的排的缝隙中预成形部件之前，在相同两排缝隙中对所述部件进行最终成形。特别地，在于部件100、102、112、114上进行任何预成形操作使前，可能希望将中间或最内部的带材部分104、106、108、110最终成形成图7所示的结构。在这种方式中，在成型步骤中将先形成任何无妨碍的中间通道或空间122(图7)，并且可以将其用于在辊组的中心与一个平盘或类似物连接起来，以作为一个用于带材通过后续辊组的导向件，从而提高制造公差。
现在转到图9-15，将说明辊组60的结构。辊组60包括一个总体标为124的上辊、和一个总体标为126的下辊。各辊124和126由多个盘128构成，所述盘128相互叠置并且加在端部的盘130之间。辊124和126可以绕着各自平行的轴线(未示出)旋转，并且内配合以确定成型路径58的一个第一部分。如图9所示，在圆周上给出了各个盘的参考标号。标为“1”、“2”、“3”、“4”的盘是外形盘，也就是说，它们具有带齿的外周表面，而其余的盘大致为圆柱形并且具有后述表1和2中所示的尺寸。除了在旋转轴线上以一个与两个相邻齿的中心线之间的距离相等的角距离交错之外，盘“1”和“2”是相同的，盘“3”和“4”也是一样的。如从图9中可以看出，盘“1”在沿着轴线的四个位置上面对盘“2”。图10-12表示盘“1”和“2”的结构，以及其特定的尺寸。盘“1”和“2”包括外周、相互交替且由具有所示尺寸的间隙136分开的径向向外延伸的齿132和134。如图11和12所示，齿132的径向外表面具有一个局部坡口138，该局部坡口138从盘两侧之间的点140以30°的角度延伸。盘134具有一个30°的坡口142，该坡口142从盘的一侧向另一侧延伸，并且位于它们各自的辊124、126上，以便辊124上的齿132在辊126上的齿134之间延伸，反之亦然。
图13-15表示外形盘“3”和“4”，可以理解，盘“3”倾向于靠在相应的盘“1”上，而盘“4”倾向于靠在相应的盘“2”上。盘“3”和“4”包括由缝152间隔开的一系列齿150，所述缝152具有显著大于盘“1”和“2”中的缝136的角度范围。特别地，缝152具有图13所示的尺寸。缝152具有作为具有图13所示直径的圆柱的一部分的底表面154。齿150具有呈30°斜角的外表面156。特别地，盘“3”靠在盘“1”上，并且盘“4”靠在盘“2”上，以便斜角156在齿132上形成斜角138的延续。
根据前述说明可以理解，用于上辊124上的给定齿的斜角142将与下辊126上的由斜面138、156形成的斜角配合，反之亦然，以便如图4所示，在部分100、102、104、106、108、110、112、114之间形成交错配置。
现在转到图16-22，将要描述辊组62。特别参照图16，其包括在辊组62附近确定出成型路径58的一个上辊160和一个下辊162。各个辊160、162也由叠置的盘128构成，所述盘128叠置于端部的盘130之间，并且可以绕平行的轴线旋转。盘“1”和“2”除了前述相同类型的偏置之外是相同的，盘“3”和“4”也一样。其余的盘均是圆柱形，并且具有下面的表中所示的结构。
图17表示盘“1”和“2”的结构，可以看出，其包括径向延伸的外周齿，所述齿包括由间隙168分开的长齿164和短齿166。在图18中表示出了短齿166，该短齿166具有在其一侧上带有较小半径172的圆柱形外部170。长齿166具有从齿的一侧向另一侧延伸的斜角外表面174。该斜角在60°作为，并且在图19中表示为57°。可以看出，图17-19中所示的盘不仅用作辊组62中的盘“1”和“2”，而且还用作与其相连但没有进一步说明的辊组64中的同样标号的盘。
在两个辊组62和辊组64中的盘“3”和“4”具有这样的外形，其包括由大间隙182分隔开的径向向外延伸的齿180。如图21所示，各缝隙的底表面184为圆形，各齿180具有斜角外表面186，该斜角外表面186以60°左右的角度倾斜，并且在图22中表示为57°。
图17和20中所示的盘按下述方式布置，即，1号盘将其长齿164延伸到4号盘的间隙182种，而2号盘将其长齿164延伸到3号盘的缝182中。这种布置提供了如图5中所示的部件104、106、108、110的结构。
在图23中表示出了辊组64(图3)，并且该辊组64包括一个整体标为190的上辊和一个整体标为192的下辊，它们在辊组64附近确定出一个成型通道58。在辊组62中“1”、“2”、“3”和“4”处表示的盘是图17-22中所示且在前面已经描述过的。所有其它标号的盘大致呈圆形，并且将具有下表中所示的尺寸。辊组62用于将带材部分100、102、112、114成型成图6所示的结构。
图24表示辊组66，该辊组象前面所述的辊组一样，包括一叠盘。图24所示的盘中，仅有1号和2号盘具有外形轮廓，其它大致为圆形，其尺寸如下表所示。在一些情况下，象5号盘那样，角部可以具有一个小的半径。
参照图25-27，1号和2号盘也是相同的，并且以前述交错关系位于堆叠中。这些盘的周边包括被缝196分开的径向向外延伸的齿194。图26表示一个典型的齿194的截面，该齿194具有一个在一侧上带有小半径200的圆形外表面198。如图27所示，缝196的底部202为圆形。1号盘上的齿194进入到2号盘上的缝196中，反之亦然。图24-27中所示的辊组对带材进行操作，以形成图7所示的结构，即，如图7所示，它们作用在带材部分104、106、108、110上。并且，在前述辊组的情况下，辊组66包括一个总体标为200的上辊和一个总体标为202的下辊。
图28表示辊组68，在其附近形成成型路径58的一部分。上辊和下辊总体上分别标为204和206，形成辊组68。辊组68用作盘“1”和“2”，外形轮廓盘具有与辊组66的描述相结合的前述结构。其余的盘为圆形，并且具有表1和2中所示的尺寸。盘“1”和“2”作用在带材部分100、102、112、114上，以便使它们形成图8所示的结构。基本上为一个两边缘均被倒圆的圆盘的5号盘，进入到带材部分106、108之间，但不形成通道122(图7)，用以进行引导并防止通道122变形。
作为精整辊组的辊组70表示在图29中，它包括优选为实心结构的一个上辊210和一个下辊212。上辊210具有一个基本上为圆形的外表面214，其包括两个间隔开的、环形径向向外延伸的突起216，所述突起216的径向外表面220基本上为圆形，但是设有倒圆的角部。下辊212也包括一个大致圆形的外表面222，该外表面222设有两个向内延伸的外周槽，所述外周槽具有被一个径向向外延伸的环形肋224分隔开的底表面222。肋224的外径与圆形表面220的相同。在操作中，肋216进入到带材部分102和104以及110和112之间的空间中，而突起224进入到带材部分106和108之间的间隙122中。另外，槽222的轴向外侧壁与带材部分100和114啮合。
而真正的成型是由辊60-68来完成的，图29中所示的精整辊组70，用于确保最终形成的翅片在所需的公差范围内，即，用于消除任何可能由于在辊组62-68中采用的各个盘的堆叠公差或小的错位引起的、由成型工艺造成的缺陷。在此，这不是我们所关注的，辊组70可以省略。
下面的表1和2补充表示了图9-29中的尺寸
表1(外形盘)参考外部直径(英寸)厚度(英寸)辊1盘1、2 4.3492 0.0800盘3、4 4.3030 0.0320辊2盘1、2 4.3492 0.0450盘3、4 4.3492 0.0450辊4盘1、2 4.3492 0.0450辊5盘1、2 4.3492 0.0450
表2(圆盘)参考外部直径(英寸)厚度(英寸)辊1 盘5 4.2568 0.0400 盘6 4.2568 0.0210 盘7 4.3492 0.0230 盘14 3.5000 0.0280 盘17 4.2568 0.0340辊2 盘5 4.1932 0.1870 盘6 4.3492 0.0280 盘7 4.1932 0.1500 盘10 4.1932 0.0420辊3 盘5 4.1932 0.1430 盘6 4.1932 0.0410 盘7 4.3492 0.0280 盘10 4.3492 0.0280辊4 盘3 4.1732 0.1920 盘4 4.1732 0.1450 盘5 4.3492 0.0280 盘6 4.1732 0.0620辊5 盘3 4.1732 0.1200 盘4 4.3492 0.0380 盘5 4.3492 0.0280 盘6 4.1732 0.1840 盘7 4.1732 0.0500
附图和前述说明对四腿切缝和偏置翅片作了重复的叙述，在所说明的附图所示的相同顺序中，通过增加具有外形盘的附加的辊组，可以提供具有较多腿部的翅片，当然，请记住，在任何给定辊组中形成的腿部不超过两个。
已经发现，采用本发明可以以比传统滚边机更高的生产效率生产切缝和偏置翅片。因此，通过采用本发明，在生产时间方面显著增强。进而，不象采用滚边机的情况那样对于翅片长度存在限制。该操作的最大特点是，可以生产长度不定的翅片，并随后将其切成所需的长度，在采用长的扁平管的情况下，可以显著大于通过滚边机获得的翅片的长度。这使得将翅片插入到管子中变得简单，并且当两个或多个缝成形翅片被插入到一个给定的管子中以便沿其整个长度设置翅片时，消除了在翅片之间存在间隙的可能性。通过消除多个内部翅片之间存在间隙的潜在危险，这又确保了管子反抗内压的整体性。