蛇形流道制冰板整体近净成型加工制造方法技术

本发明专利技术公开了一种蛇形流道制冰板结构及其整体近净成型加工制造方法，传统的蛇形流道制冰板由两块薄钢板，通过熔化焊接，然后压力胀形而成；由于蛇形流道制冰板的焊道多、分布密，熔化焊接热输入较大，容易产生较大的残余应力，导致蛇形流道制冰板熔化焊接胀形加工后及其使用过程中容易发生变形和翘曲，从而影响到生产效率和制冰效果，严重时导致制冰机无法正常工作，必须停止生产，进行维修或更换。而采用铝合金整体厚度板材料，通过搅拌摩擦复合加工制造方法近净成型，能有效地解决蛇形流道制冰板焊接残余应力、变形和翘曲问题，使冷媒流动均匀、通畅、制冰良好，并提高了蛇形流道制冰板的热交换能力，减少加工工序，节约成本，特别适用于船舶运输领域对于制冰机的特殊要求，对于节能、资源友好的可持续经济发展具有十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接
，特别是一种蛇形流道制冰板及其整体近净成型加工制造方法。
技术介绍
普通的蛇形流道制冰板一般是采用长1. 2 1. Sm、宽0. 5 1. 2m的两块广3mm厚的 304不锈钢板材料通过电阻滚焊的方法焊接而成，经高压气体对不锈钢制冰板进行胀形，使之成型为具有蛇形中空流道的制冰板，让冷媒(如R-22或氨)在中空流道中流动。由于蛇形流道制冰板上的焊道多、分布密，电阻滚焊的方法焊接热输入较大，而且因为不锈钢线膨胀系数大、导热系数低(17w/mXkJ左右)，电阻焊接时容易产生较大的焊接残余应力，导致蛇形流道制冰板焊接加工后和随后的使用过程中容易发生变形和翘曲，因此需要采用一种更适合的焊接方法来加工制造蛇形流道制冰板。铝合金具有独特的物理化学性能，它密度小，电阻率小，线膨胀系数大和导热系数大。铝合金的密度比不锈钢小得多，导热系数比不锈钢大得多。采用铝合金来代替不锈钢不但可以减轻蛇形流道制冰板的重量，更能够减小焊接变形的发生，提高蛇形流道制冰板的工作效率。普通的铝合金制冰板是由铝合金型材经过焊接而成的平行流制冰板，铝合金型材壁厚、结构成型复杂，使得铝合金平行流制冰板的重量大，消耗铝合金材料多，成本高，而且采用常规熔化焊接工艺成型的铝合金制冰板质量不太稳定，制冰板的热交换效率不太高。 而由两块铝合金薄板制造的蛇形流道制冰板，传统的制造方法也需要通过气体保护熔化焊接方法，或者激光焊接方法进行连接，然后经压力胀形而成；与不锈钢薄板制造的制冰板一样，由于蛇形流道制冰板的焊道多、分布密，熔化焊接热输入较大，容易产生较大的残余应力，导致由两块铝合金薄板经熔化焊接制造的蛇形流道制冰板，在胀形加工后及其使用过程中容易发生变形和翘曲，从而影响到制冰板的生产效率和制冰效果，严重时导致制冰机无法正常工作，必须停止生产，进行制冰板的维修或更换。搅拌摩擦焊是一种新型固相焊接方法，其焊缝中心的最高温度仅为熔化温度的 80%，所以搅拌摩擦焊时不会产生与金属熔化有关的焊接缺陷。由于搅拌摩擦焊温度相对较低，焊接热输入较小，焊接后结构的残余应力或变形较小。同时，搅拌摩擦焊是一种绿色焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小。因此，采用搅拌摩擦焊来加工成型蛇形流道制冰板可以减小焊接热输入、减小了焊接残余应力，控制蛇形流道制冰板的焊接变形，并且搅拌摩擦焊接效益高，不需要其他填充焊料，对环境污染小，经济效益较高。而且，近年来， 搅拌摩擦焊接技术与其它加工技术相结合，产生了许多复合加工制造新技术和新工艺，在机械制造领域具有巨大的应用前景。采用铝合金整体厚度板材料，通过切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造方法近净成型内部中空的蛇形流道，能有效地解决采用两块薄板焊接然后胀形制造而成的蛇形流道制冰板因焊接残余应力、变形和翘曲问题，以及采用铝合金型材导致制冰板结构复杂、制冰板4笨重、较厚以及工序繁杂的诸多问题，能够使得冷媒流动均勻、通畅、制冰良好，并提高了蛇形流道制冰板的热交换能力，减少加工工序，以及对材料、加工、人力资源的浪费，节约成本，特别适用于船舶运输领域对于制冰机的特殊要求，对于节能、资源友好的可持续经济发展具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有蛇形流道制冰板及其加工成型技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种新型结构的蛇形流道制冰板及其加工成型方法，特别是采用铝合金厚板整体材料和独特的结构形式，代替传统的不锈钢、铝合金型材和铝合金板材的结构形式来创新式地设计、加工、制造蛇形流道制冰板，以减少制冰板的厚度，提高制冰板的整体强度和抗失稳的能力，提高蛇形流道制冰板的效率和效果，减轻蛇形流道制冰板的自身重量，减小的焊接残余应力，减小制冰板的焊接变形以及使用过程中发生的不平衡变形与翘曲，使蛇形流道内的冷媒流道均勻，冷媒流动阻力小，提高蛇形流道制冰板抗冷热冲击能力与抗疲劳的性能。本专利技术的目的是这样实现的，制冰板结构由本体、进口管、出口管和内部空心流道构成；制冰板采用铝合金整体厚板材料，通过同时进行的切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造方法，整体近净成型为蛇形流道制冰板， 进口管和出口管分别放置于铝合金厚板内部空心流道的两端，使用焊接方法将进口管、出口管与铝合金制冰板本体相连接，进口管、出口管与内部空心流道一起形成冷却介质的流动通道，无需通过模具、高压胀形工艺和其它焊接工序，使得蛇形流道制冰板整体近净成型；铝合金包括以下步骤。1)按结构设计要求，选取长度、宽度和厚度尺寸符合工程要求的铝合金厚板进行加工和处理对铝合金厚板材进行预处理，施加预应力，增强整体强度，并对铝合金厚板材的表面进行清洁和干燥处理，然后将铝合金厚板放置于水平加工工作台面上，并保证铝合金厚板待加工区域的下表面垫实、不落空，使用夹具将铝合金厚板整体固定。2 )在铝合金厚板本体侧面的进口管安放部位先行加工出一个“凸”形槽，“凸”形槽的上部开口于铝合金厚板本体上表面，“凸”形槽的下部位于铝合金厚板本体侧面中部， 将切削-搅拌摩擦焊接复合工具安装于“凸”形槽中；使切削-搅拌摩擦焊接复合工具的搅拌针位于“凸”形槽的上部，并将切削-搅拌摩擦焊接复合工具的搅拌摩擦焊接轴肩下表面与铝合金厚板本体的上表面压紧，在“凸”形槽的上部形成搅拌摩擦焊接加工方式；而切削-搅拌摩擦复合工具的铣削刀位于“凸”形槽的下部，在“凸”形槽的下部形成立铣削侧面切削加工方式；根据流道设计要求，利用切削-搅拌摩擦焊接复合工具，同时进行切削-搅拌摩擦焊接复合加工制造的方式，对制冰板本体的蛇形流道进行顺序加工，在铝合金制冰板本体形成内部空心流道，而同时在铝合金制冰板本体上表面被使用的搅拌摩擦焊接方式进行了密封焊合，最后，在铝合金厚板本体侧面的出口管安放部位引出切削-搅拌摩擦复合工具，从完成铝合金制冰板蛇形流道的整体近净成型。3)将进口管和出口管安置于铝合金制冰板本体内部空心流道的两端，并采用焊接方法将进口管和出口管与铝合金制冰板本体密封相连。4)按设计要求检测蛇形流道制冰板的密封性能和强度指标，最终完成蛇形流道铝合金制冰板的加工制造。所述的，进口管和出口管是铝合金管，或铜合金管，或是通过机械制造工艺方法制造的铝铜复合管；进口管和出口管的横截面是圆形，或者长方形形、或者正方形；进口管和出口管与铝合金制冰板本体的内部空心流道形状相适应，不对在铝合金制冰板本体内部空心流道中流动的介质形成阻碍。所述的，采用立铣削侧面切削加工方式和搅拌摩擦焊接方式的复合加工制造方法；在立铣削侧面切削加工部位，使用水基环保型、对人体无害的铝合金铣削液，对铝合金制冰板本体起到良好的冷却、润滑、清洗、防锈、有色金属缓蚀作用，有效避免毛刺的产生，确保加工后的铝合金制冰板本体的内部空心流道的内表面光亮，有效防止铝合金材料加工后的变色，并促进废屑排屑容易，不粘刀；切削-搅拌摩擦焊接复合加工完成后，使用高压气体将铣削过程中残留在内部空心流道废屑吹出，清理干净铝合金制冰板本体内外部分；在搅拌摩擦焊接部位，使用夹具将铝合金制冰板本体固定装配在工作台上，在铝合金制冰板本体上表面搅拌摩擦焊接区域采用保护气体进行保护，并且在铝合金制冰板本体上表面采用水冷温度控制方法，以进一步降低焊接热输入和热应力。所述的，对铝合金厚板材进行施加预应力的预处理技术是采用表面微锻处理技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗键，王颖，罗乾，
申请(专利权)人：罗键，
类型：发明
国别省市：