Розглянуто сучасні методи отримання теплообмінних панелей. Проаналізовано умови їх застосування на виробництві при різної серійності.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Зародов Максим Сергійович


HEAT-EXCHANGE PANELS FORMING PROCESSES ANALYSIS

The modern methods of obtaining heat exchange panels are considered, the conditions of ther use in the production with the various parts seriality are evaluated


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Известия Тульського державного університету. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ технологічних процесів ШТАМПОВКИ теплообмінних панелей'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ технологічних процесів ШТАМПОВКИ теплообмінних панелей»

    ?The article presents the hypothesis of the occurrence of sticking of aluminum alloys on the rolls and carried out an experimental test of the stated hypothesis. An experimental method for determining the adhered metal on the rolls is presented.

    Key words: rolling, sticking, hypothesis, coating, measurement.

    Kalinin Arseniy Stanislavovich, student, mt13 @, bmstu.org.ua, Russia, Moscow, MGTUim. N.E. Baumana

    Serezhkin Mikhail Aleksandrovich, student, serezhkin @ bmstu. ru, Russia, Moscow, MGTU im. N.E. Baumana

    УДК 621.7.043

    АНАЛІЗ технологічних процесів ШТАМПОВКИ теплообмінних панелей

    М.С. Зародов

    Розглянуто сучасні методи отримання теплообмінних панелей. Проаналізовано умови їх застосування на виробництві при різної серійності.

    Ключові слова: теплообмінна панель, листове штампування, формування, гидроформовки.

    Теплообмінні панелі являють собою деталі теплообмінника з плоскою поверхнею теплопередачі. Вони можуть використовуватися окремо або бути об'єднаними в батареї в таких установках, як рекуператори, Газоохолоджувачі, плівкові випарники, льдоаккумулятори, установки для сушіння, гальванічні ванни, батареї опалення та ін.

    Пластинчаста конструкція теплообмінника технологічніша в порівнянні з трубчастої через можливість створення каналів різної конфігурації і вигідніше в економічному плані, оскільки вартість листового матеріалу на одиницю поверхні нижче вартості труб. Тому область застосування теплообмінних панелей дуже обширна.

    Теплообменная панель складається з з'єднаних між собою профільованих листів, що утворюють канали (рис. 1). За ним може циркулювати теплоносій у вигляді рідини або газу, зовні панель може також оточувати рідинна або газове середовище. Теплообмін між середовищами відбувається через стінки панелі.

    Теплообмінні панелі виробляються з різних матеріалів: сталі, корозійностійкої сталі, алюмінієвих, нікелевих, титанових та інших сплавів. Використовувана товщина листів від 1 до 3 мм залежить від матеріалу і робочого тиску.

    До теплообмінних панелям висувають такі вимоги: висока інтенсивність теплопередачі, низька металоємність, простота і компактність конструкції, безпеку та зручність експлуатації, легкість очищення від забруднень, зручність перевезення і монтажу, низька вартість.

    Технологія виробництва визначає вартість виготовлення і значно впливає на забезпечення міцності і довговічності конструкції. Умовно технології виробництва теплообмінних панелей можна розділити на дві групи по послідовності операцій (рис. 2).

    Мал. 2. Класифікація технологій виробництва теплообмінних

    панелей

    У технологіях першої групи формозміна передує з'єднанню листів.

    Формування в штампі

    1. Формування жорстким інструментом. Формування являє собою зміну форми заготовки, що полягає в утворенні рельєфу за рахунок стоншування матеріалу. При формуванні матеріал в основному піддається розтягування. Металеві штампи для формування зазвичай містять матрицю і пуансон (рис. 3, а), що повторюють конфігурацію штампувало рельєфу з урахуванням зазорів [3]. Технологія застосовується в умовах масового виробництва і невеликий номенклатури.

    I I

    Мал. 3. Схема процесу формування жорстким (а) і еластичним (б)

    інструментом

    293

    2. Формування еластичною середовищем. При невеликих партіях виготовлених деталей прагнуть застосовувати більш просту, універсальну штампову оснащення, яку легко переналагодити на випуск різноманітних деталей. Використання в таких випадках дорогих, складних, спеціалізованих штампів, призначених для штампування тільки однієї деталі економічно невиправдано. Здешевлення деталей, що штампуються в умовах дрібносерійного і одиничного виробництва, досягається за рахунок використання нетрадиційних способів обробки листового матеріалу. У зв'язку з цим при виготовленні деталей в дрібносерійному і одиничному виробництві знаходять широке застосування еластичний інструмент [4]. При штампуванні еластичною середовищем одну з робочих частин штампа (пуансон або матрицю) виготовляють з еластичного матеріалу (рис. 3, б). Тиск від інструменту розподіляється рівномірно до всієї поверхні заготовки, що призводить до збільшення сили штампування в порівнянні зі штампуванням в жорстких штампах і позитивно впливає на якість поверхні.

    Профілювання на багатовалкових машинах

    1. Профілізація жорстким інструментом. Профілюванням виготовляють тонкостінні профілі складної конфігурації і великої довжини (рис. 4). Обладнанням є спеціальні многороликовие профіліровочниє машини. Процес профілювання полягає в поступовому перетворенні плоскої заготовки в форму необхідного профілю при послідовному проходженні стрічки через кілька пар обертових фігурних роликів. Кількість пар роликів, необхідне для виготовлення того чи іншого профілю, залежить від ступеня складності його конфігурації [3].

    2. Профілювання валками з еластичним покриттям. Формування тонкостінних деталей еластичною середовищем здійснюється у відкритому обсязі, що дозволяє локалізувати вогнище пластичної деформації і при відносно невеликих силах забезпечити формоутворення деталей великих розмірів. Процеси локальної формування в валках з еластичним покриттям докладно досліджені в роботах [5, 6].

    Профілювання застосовується при великосерійному і масовому виробництві теплообмінних панелей з поздовжніми каналами.

    Деформування на станах локальної формування

    Стани локальної формування - спеціальні пристрої для нанесення рельєфу на поверхню тонколистового металу методом локальної формування, де рельєф формується при проходженні заготовки між обертовим валом з еластичною оболонкою з поліуретану та змінною матрицею з заданим технологічним профілем (рис. 4). Формування всіх каналів на даному стані відбувається за один прохід при переміщенні столу з профільованої матрицею і заготівлею під валком з еластичним покриттям, при попередньому притиску валка до заготівлі. Таке обладнання ефективно в умовах дрібносерійного виробництва, де характерна велика номенклатура деталей, невеликі

    партії виробів з частою їх змінюваність, а також виникає необхідність швидкого переналагодження обладнання на випуск нових виробів [7].

    Г "А

    ЬД

    Мал. 4. Схема формування плоскої деталі: 1 - жорсткий валок; 2 - еластичне покриття; 3 - деталь; 4 - матриця

    У технологіях другої групи формозміна відбувається після з'єднання листів, яке зазвичай здійснюється за допомогою зварювання. Процеси за технологією зварювання можна розділити на 2 типу.

    1. Дифузійне зварювання і пневмоформовка. Перед зварюванням листи металу (алюміній або мідь) очищають від окисних плівок, наносять шар розділового матеріалу (графітова паста), що повторює конфігурацію каналів в панелі, складають разом, розігрівають і прокочують. В процесі прокатування на кордоні пари листів утворюється міжатомна з'єднання по всій поверхні, крім оброблених зон, тому в цих місцях метал може бути розділений шляхом роздачі. Після відпалу і редагування заготовка подається в спеціальний штамп, в якому відбувається заповнення каналів повітрям. Під дією внутрішнього тиску канал по контуру малюнка лунає, приймаючи форму гравюри штампа. Таким методом, наприклад, виготовляються випарники для холодильників.

    Також технологією зварювання тиском і формування газом [8] можна отримувати двох- і тришарові радіаторні та корпусні панелі з поздовжніми каналами, чотирьохшарові пористі конструкції.

    2. Зварювання та гидроформовки. Контактної або лазерним зварюванням з'єднуються пара листів в певних місцях, створюється потрібний малюнок. Потім в отриману порожнину між листами подають рідину під високим тиском для утворення каналів (рис. 5).

    Штуцвр Вихід

    штуцер Вхід

    Мал. 5. Схема процесу гидроформовки

    295

    До переваг даної технології можна віднести відсутність необхідності застосування штампового оснащення і ковальсько-пресового устаткування, спрощення процесу зварювання (тому що зварюються плоскі листи), гнучкість виробництва. Технологія використовується при одиничному або дрібносерійному випуску.

    У науковій літературі не знайдені рекомендації з проектування техпроцесу виготовлення теплообмінних панелей із зварених листів методом гидроформовки з поздовжніми каналами.

    Були створені дослідні зразки панелі для виявлення можливих технологічних відмов (рис. 6). В ході експериментів з'ясувалося, що на деталі можлива поява таких дефектів: втрата стійкості фланця і стінок панелі, порушення цілісності стінки і зварного шва. Було виявлено, що при певних співвідношеннях геометричних розмірів (ширини каналів, товщини листа, габаритів панелі) дефекти не проявляються.

    Мал. 6. Складки на фланці і стінках теплообмінних панелі

    Висновки. 1. В результаті розгляду основних технологій отримання теплообмінних панелей було визначено, що вибір технології залежить від серійності, матеріалу, конфігурації і габаритних розмірів деталі.

    2. Технології гідро / пневмоформовкі є перспективними в одиничному і дрібносерійного виробництва, так як забезпечують гнучкість виробництва при найменших витратах.

    3. Технологія гидроформовки зварних конструкцій з листа має низку переваг у порівнянні з іншими, але її застосування на виробництві обмежується відсутністю методики проектування технологічного процесу. Для створення такої методики необхідно вивчити втрату стійкості і руйнування в процесах гидроформовки.

    Список літератури

    1. Фраас А. Розрахунок і конструювання теплообмінників. М .: Ато-міздат, 1971. 356 с.

    2. Ramesh K. Shah, Dus ^ an P. Sekulic. Fundamentals of heat exchanger design. n.y .: John Wiley & Sons. Inc., 2003. 941 p.

    296

    3. Романовський В.П. Довідник з холодного штампування. Л .: Машинобудування, 1979. 513 з.

    4. Попов Е.А., Ковальов В.Г., Шубін І.М. Технологія і автоматизація листового штампування: підручник для вузів 2-е изд., Стер. М .: Изд-во МГТУ ім. Н. Е. Баумана, 2003. 478 с.

    5. Закіров І. М., Лисов М. І. Гнучка на валках з еластичним покриттям. М .: Машинобудування, 1985.

    6. Семенов І.Є. Локальна формування еластичною середовищем // Вісник машинобудування, 1997. №5. С. 19 - 21.

    7. Пристрій для виготовлення виробів з опукло-увігнутим рельєфом з листового металу: пат. 2071853. РФ. №94012731; заявл. 12.04.1994.

    8. Яковлєв С.С., Чудин В.Н., Ларін С.М. Технологічні основи формозміни багатошарових листових конструкцій // Известия Тульського державного університету. Технічні науки. 2011. № 5. Ч. 3. С.186 - 191.

    Зародов Максим Сергійович, аспірант, maxzar02 @ mail. ru, Росія, Москва, Московський державний технічний університет імені Н.Е. Баумана

    HEA T-EXCHANGE PANELS FORMING PROCESSES ANALYSIS

    M.S. Zarodov

    The modern methods of obtaining heat exchange panels are considered, the conditions of their use in the production with the various parts seriality are evaluated

    Key words: heat exchanger plate, panelcoils, sheet-metal forming, hydroforming.

    Zarodov Maxim Sergeevich, postgraduate, maxzar02 @ mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University


    Ключові слова: теплообмінних ПАНЕЛЬ / листового штампування / Формування / гидроформовки / HEAT EXCHANGER PLATE / PANELCOILS / SHEET-METAL FORMING / HYDROFORMING

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити