專利名稱：蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種蛇形流道制冰板及其整體近凈成型加工制造方法。
背景技術(shù)：
普通的蛇形流道制冰板一般是采用長(zhǎng)1. 2 1. Sm、寬0. 5 1. 2m的兩塊廣3mm厚的 304不銹鋼板材料通過電阻滾焊的方法焊接而成，經(jīng)高壓氣體對(duì)不銹鋼制冰板進(jìn)行脹形，使之成型為具有蛇形中空流道的制冰板，讓冷媒(如R-22或氨)在中空流道中流動(dòng)。由于蛇形流道制冰板上的焊道多、分布密，電阻滾焊的方法焊接熱輸入較大，而且因?yàn)椴讳P鋼線膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱系數(shù)低(17w/mXkJ左右)，電阻焊接時(shí)容易產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力，導(dǎo)致蛇形流道制冰板焊接加工后和隨后的使用過程中容易發(fā)生變形和翹曲，因此需要采用一種更適合的焊接方法來加工制造蛇形流道制冰板。鋁合金具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，它密度小，電阻率小，線膨脹系數(shù)大和導(dǎo)熱系數(shù)大。鋁合金的密度比不銹鋼小得多，導(dǎo)熱系數(shù)比不銹鋼大得多。采用鋁合金來代替不銹鋼不但可以減輕蛇形流道制冰板的重量，更能夠減小焊接變形的發(fā)生，提高蛇形流道制冰板的工作效率。普通的鋁合金制冰板是由鋁合金型材經(jīng)過焊接而成的平行流制冰板，鋁合金型材壁厚、結(jié)構(gòu)成型復(fù)雜，使得鋁合金平行流制冰板的重量大，消耗鋁合金材料多，成本高，而且采用常規(guī)熔化焊接工藝成型的鋁合金制冰板質(zhì)量不太穩(wěn)定，制冰板的熱交換效率不太高。 而由兩塊鋁合金薄板制造的蛇形流道制冰板，傳統(tǒng)的制造方法也需要通過氣體保護(hù)熔化焊接方法，或者激光焊接方法進(jìn)行連接，然后經(jīng)壓力脹形而成；與不銹鋼薄板制造的制冰板一樣，由于蛇形流道制冰板的焊道多、分布密，熔化焊接熱輸入較大，容易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致由兩塊鋁合金薄板經(jīng)熔化焊接制造的蛇形流道制冰板，在脹形加工后及其使用過程中容易發(fā)生變形和翹曲，從而影響到制冰板的生產(chǎn)效率和制冰效果，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致制冰機(jī)無法正常工作，必須停止生產(chǎn)，進(jìn)行制冰板的維修或更換。攪拌摩擦焊是一種新型固相焊接方法，其焊縫中心的最高溫度僅為熔化溫度的 80%，所以攪拌摩擦焊時(shí)不會(huì)產(chǎn)生與金屬熔化有關(guān)的焊接缺陷。由于攪拌摩擦焊溫度相對(duì)較低，焊接熱輸入較小，焊接后結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力或變形較小。同時(shí)，攪拌摩擦焊是一種綠色焊接方法，焊接前及焊接過程中對(duì)環(huán)境的污染小。因此，采用攪拌摩擦焊來加工成型蛇形流道制冰板可以減小焊接熱輸入、減小了焊接殘余應(yīng)力，控制蛇形流道制冰板的焊接變形，并且攪拌摩擦焊接效益高，不需要其他填充焊料，對(duì)環(huán)境污染小，經(jīng)濟(jì)效益較高。而且，近年來， 攪拌摩擦焊接技術(shù)與其它加工技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了許多復(fù)合加工制造新技術(shù)和新工藝，在機(jī)械制造領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。采用鋁合金整體厚度板材料，通過切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造方法近凈成型內(nèi)部中空的蛇形流道，能有效地解決采用兩塊薄板焊接然后脹形制造而成的蛇形流道制冰板因焊接殘余應(yīng)力、變形和翹曲問題，以及采用鋁合金型材導(dǎo)致制冰板結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制冰板
4笨重、較厚以及工序繁雜的諸多問題，能夠使得冷媒流動(dòng)均勻、通暢、制冰良好，并提高了蛇形流道制冰板的熱交換能力，減少加工工序，以及對(duì)材料、加工、人力資源的浪費(fèi)，節(jié)約成本，特別適用于船舶運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)τ谥票鶛C(jī)的特殊要求，對(duì)于節(jié)能、資源友好的可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有蛇形流道制冰板及其加工成型技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型結(jié)構(gòu)的蛇形流道制冰板及其加工成型方法，特別是采用鋁合金厚板整體材料和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不銹鋼、鋁合金型材和鋁合金板材的結(jié)構(gòu)形式來創(chuàng)新式地設(shè)計(jì)、加工、制造蛇形流道制冰板，以減少制冰板的厚度，提高制冰板的整體強(qiáng)度和抗失穩(wěn)的能力，提高蛇形流道制冰板的效率和效果，減輕蛇形流道制冰板的自身重量，減小的焊接殘余應(yīng)力，減小制冰板的焊接變形以及使用過程中發(fā)生的不平衡變形與翹曲，使蛇形流道內(nèi)的冷媒流道均勻，冷媒流動(dòng)阻力小，提高蛇形流道制冰板抗冷熱沖擊能力與抗疲勞的性能。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，制冰板結(jié)構(gòu)由本體、進(jìn)口管、出口管和內(nèi)部空心流道構(gòu)成；制冰板采用鋁合金整體厚板材料，通過同時(shí)進(jìn)行的切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造方法，整體近凈成型為蛇形流道制冰板， 進(jìn)口管和出口管分別放置于鋁合金厚板內(nèi)部空心流道的兩端，使用焊接方法將進(jìn)口管、出口管與鋁合金制冰板本體相連接，進(jìn)口管、出口管與內(nèi)部空心流道一起形成冷卻介質(zhì)的流動(dòng)通道，無需通過模具、高壓脹形工藝和其它焊接工序，使得蛇形流道制冰板整體近凈成型；鋁合金蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法包括以下步驟。1)按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，選取長(zhǎng)度、寬度和厚度尺寸符合工程要求的鋁合金厚板進(jìn)行加工和處理對(duì)鋁合金厚板材進(jìn)行預(yù)處理，施加預(yù)應(yīng)力，增強(qiáng)整體強(qiáng)度，并對(duì)鋁合金厚板材的表面進(jìn)行清潔和干燥處理，然后將鋁合金厚板放置于水平加工工作臺(tái)面上，并保證鋁合金厚板待加工區(qū)域的下表面墊實(shí)、不落空，使用夾具將鋁合金厚板整體固定。2 )在鋁合金厚板本體側(cè)面的進(jìn)口管安放部位先行加工出一個(gè)“凸”形槽，“凸”形槽的上部開口于鋁合金厚板本體上表面，“凸”形槽的下部位于鋁合金厚板本體側(cè)面中部， 將切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具安裝于“凸”形槽中；使切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具的攪拌針位于“凸”形槽的上部，并將切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具的攪拌摩擦焊接軸肩下表面與鋁合金厚板本體的上表面壓緊，在“凸”形槽的上部形成攪拌摩擦焊接加工方式；而切削-攪拌摩擦復(fù)合工具的銑削刀位于“凸”形槽的下部，在“凸”形槽的下部形成立銑削側(cè)面切削加工方式；根據(jù)流道設(shè)計(jì)要求，利用切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，同時(shí)進(jìn)行切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造的方式，對(duì)制冰板本體的蛇形流道進(jìn)行順序加工，在鋁合金制冰板本體形成內(nèi)部空心流道，而同時(shí)在鋁合金制冰板本體上表面被使用的攪拌摩擦焊接方式進(jìn)行了密封焊合，最后，在鋁合金厚板本體側(cè)面的出口管安放部位引出切削-攪拌摩擦復(fù)合工具，從完成鋁合金制冰板蛇形流道的整體近凈成型。3)將進(jìn)口管和出口管安置于鋁合金制冰板本體內(nèi)部空心流道的兩端，并采用焊接方法將進(jìn)口管和出口管與鋁合金制冰板本體密封相連。4)按設(shè)計(jì)要求檢測(cè)蛇形流道制冰板的密封性能和強(qiáng)度指標(biāo)，最終完成蛇形流道鋁合金制冰板的加工制造。
所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，進(jìn)口管和出口管是鋁合金管，或銅合金管，或是通過機(jī)械制造工藝方法制造的鋁銅復(fù)合管；進(jìn)口管和出口管的橫截面是圓形，或者長(zhǎng)方形形、或者正方形；進(jìn)口管和出口管與鋁合金制冰板本體的內(nèi)部空心流道形狀相適應(yīng)，不對(duì)在鋁合金制冰板本體內(nèi)部空心流道中流動(dòng)的介質(zhì)形成阻礙。所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，采用立銑削側(cè)面切削加工方式和攪拌摩擦焊接方式的復(fù)合加工制造方法；在立銑削側(cè)面切削加工部位，使用水基環(huán)保型、對(duì)人體無害的鋁合金銑削液，對(duì)鋁合金制冰板本體起到良好的冷卻、潤滑、清洗、防銹、有色金屬緩蝕作用，有效避免毛刺的產(chǎn)生，確保加工后的鋁合金制冰板本體的內(nèi)部空心流道的內(nèi)表面光亮，有效防止鋁合金材料加工后的變色，并促進(jìn)廢屑排屑容易，不粘刀；切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工完成后，使用高壓氣體將銑削過程中殘留在內(nèi)部空心流道廢屑吹出，清理干凈鋁合金制冰板本體內(nèi)外部分；在攪拌摩擦焊接部位，使用夾具將鋁合金制冰板本體固定裝配在工作臺(tái)上，在鋁合金制冰板本體上表面攪拌摩擦焊接區(qū)域采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，并且在鋁合金制冰板本體上表面采用水冷溫度控制方法，以進(jìn)一步降低焊接熱輸入和熱應(yīng)力。所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，對(duì)鋁合金厚板材進(jìn)行施加預(yù)應(yīng)力的預(yù)處理技術(shù)是采用表面微鍛處理技術(shù)，或表面噴丸納米化處理技術(shù)，或機(jī)械研磨表面納米化處理技術(shù)，或機(jī)械表面微碾壓處理，或機(jī)械微滾壓處理，以提高鋁合金制冰板本體的表面性能或整體強(qiáng)度。所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工方法的工藝參數(shù)是主軸旋轉(zhuǎn)速度為30(T2500r/min，加工速度為2(T500mm/min，軸肩與鋁合金制冰板本體上表面的壓力為0.廣40KN，保護(hù)氣體流量為l(T30L/min，整體材料板厚 8 30mmo所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，適用于船用制冰領(lǐng)域；或用于超市保險(xiǎn)；或用于禽類加工；或用于肉類加工；或用于面包餅干糕點(diǎn)加工；或用于乳品生產(chǎn)；或用于冰蓄能；或用于混凝土降溫；或用于化工染料；或用于核電站；或用于軍事艦艇； 或用于釀酒工業(yè)；或用于蔬果保鮮；或用于礦井降溫。既可用于鋁合金材料加工，也可用于鎂合金材料加工，或用于不銹鋼材料加工，或用于鈦合金材料加工，或用于銅合金材料加工，或用于碳鋼材料加工。用于制冰板制造；或用于冷凝板制造；或用于蒸發(fā)板制造；或用于片冰機(jī)制造；或用于板冰機(jī)制造；或用于冷凝器制造；或用于蒸發(fā)器制造；或用于速凍設(shè)備的制造；或用于制冰設(shè)備的制造；或用于蒸發(fā)設(shè)備的制造；或用于冰蓄能設(shè)備的制造；或用于空調(diào)設(shè)備的制造。既可用于蛇形流道結(jié)構(gòu)的制造，也可用于蜂窩流道結(jié)構(gòu)的制造，或桶狀結(jié)構(gòu)的制造，或板片狀結(jié)構(gòu)的制造。采用氦氣、或氬氣、或氮?dú)狻⒒蚨趸細(xì)怏w，或兩元混合氣體，或多元混合氣體， 進(jìn)行區(qū)域保護(hù)。采用可換銑刀頭的切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，或采用固定銑刀頭的切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，或采用銑刀頭為一個(gè)可浮動(dòng)軸肩的雙軸肩自支撐的切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合工具。
本發(fā)明利用導(dǎo)熱系數(shù)(160 w/mXkJ)比不銹鋼(17w/mXkJ)大，而密度(2800 kg/ m3)比不銹鋼輕(7900 kg /m3)的鋁合金厚板材代替不銹鋼薄板材，不但可以減小焊接殘余應(yīng)力、減小焊接變形，并且可以提高蛇形流道制冰板的冷卻效果；而且，采用鋁合金厚板材代替鋁合金厚型材，可以減輕由鋁合金型材制造而成的蛇形流道制冰板的重量，節(jié)約鋁合金材料和加工成本；同時(shí)，采用采用鋁合金厚板材代替鋁合金薄板材，提高了薄板焊接脹形制造而成的蛇形流道制冰板的強(qiáng)度、降低了變形程度，提高了制冰板抗失穩(wěn)的能力。本發(fā)明的蛇形流道制冰板是采用切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造的新方法，在鋁合金厚板中間切削形成所需要的中空蛇形流道，同時(shí)，將類似于銑削加工“T”槽的上部采用攪拌摩擦焊接方法同時(shí)將其縫合，使得工件表面無損壞，形成所需要的封閉的中空式的蛇形流道，同時(shí)， 在銑削過程中加入銑削液，在攪拌摩擦焊接部位采用氣體保護(hù)，在工件上采用水冷溫度控制方法降低焊接熱輸入和熱應(yīng)力。由于切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造方法，同時(shí)進(jìn)行銑削加工和焊接加工兩種狀態(tài)，并且攪拌摩擦焊接方法是一種固態(tài)連接方法，這是在固相狀態(tài)下完成缺口部位的焊接，形成封閉的中空結(jié)構(gòu)，降低了焊接熱輸入、減小了焊接殘余應(yīng)力、能有效地防止蛇形流道制冰板使用過程中容易發(fā)生的變形和翹曲。并且在焊接時(shí)不需要對(duì)工件表面、中空流道內(nèi)部進(jìn)行復(fù)雜的清理，減小了焊接工序、提高了生產(chǎn)制造效益、減小了對(duì)環(huán)境的污染、增加了利潤，這是新型制冰板整體加工近凈成型的創(chuàng)新方法和技術(shù)。本發(fā)明制造的蛇形流道蛇形制冰板的中空流道，具有最終合理的結(jié)果和形狀，能夠使蛇形流道內(nèi)的冷媒流動(dòng)均勻，冷媒流動(dòng)阻力小，熱交換率高，各種技術(shù)參數(shù)均滿足了制冷工程的實(shí)際需要。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)。1.采用鋁合金代替不銹鋼能夠在滿足強(qiáng)度的條件下，減小焊接殘余應(yīng)力、減小焊接變形、提高蛇形流道制冰板的換熱效率，減輕蛇形流道制冰板的重量。2.采用鋁合金整體厚板材料代替鋁合金型材結(jié)構(gòu)，能夠在滿足強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)的條件下，減輕蛇形流道制冰板的自身重量，減少型材的加工制造工序，減小成本，提高容積率，提高蛇形流道制冰板的換熱效率和產(chǎn)量，節(jié)約材料、能源和人力資源。3.采用鋁合金整體厚板材料代替鋁合金薄板焊接脹形結(jié)構(gòu)，能夠提高制冰板的整體強(qiáng)度和抗變形能力，減小熔化焊接殘余應(yīng)力、降低焊接變形，提高蛇形流道制冰板的使用壽命。4.采用切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造新方法代替電阻滾焊、激光焊等方法制造蛇形流道制冰板，使得焊接溫度低，焊接熱輸入少，產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力小，焊接殘余變形小，蛇形流道制冰板整體近凈成型，減少了制造工序，提高了制造加工生產(chǎn)效率。不需要特殊的清理工作，不需要其他填充材料，材料生產(chǎn)加工的適應(yīng)性好、產(chǎn)品質(zhì)量高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)過程，在生產(chǎn)加工過程中無煙塵、輻射、飛濺、噪音及弧光等有害物質(zhì)產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)操作工人無危害。5.對(duì)鋁合金整體厚板材進(jìn)行預(yù)處理，在鋁合金厚板內(nèi)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，提高了鋁合金厚板整體的強(qiáng)度，因此，在制冰板使用過程中提高了其抗熱力沖擊和疲勞的能力，延長(zhǎng)了使用壽命；在表面噴丸納米化處理技術(shù)，或機(jī)械研磨表面納米化處理技術(shù)，提高了制冰板的耐蝕性和表面質(zhì)量，并且使制造出來的冰表面光滑易于脫離。6.蛇形流道制冰板的中的內(nèi)部中空流道的表面質(zhì)量，可以通過銑削工具進(jìn)行精確控制，通過蛇形流道制冰板中空流道內(nèi)表面的粗糙度，從而提高了蛇形流道制冰板的換熱效果，提供了汽化核心，降低了溫度過冷度，易于制冰和制冷。7.采用切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造方法，近凈整體成型的蛇形流道制冰板中空流道的最終的形狀易于控制，適應(yīng)性強(qiáng)，能夠制造多種截面形狀的中空流道，并且使制冰板內(nèi)的流動(dòng)的介質(zhì)流動(dòng)均勻，流動(dòng)阻力小，制冰效果良好。8.本發(fā)明提高了鋁合金蛇形流道制冰板抗由溫度和壓力變化引起的疲勞能力， 熱效率高，冷媒的充注量少，流體慣性小，反應(yīng)靈敏，滿足了對(duì)日益上漲的能耗降低的要求， 符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，減少了對(duì)材料、加工和人力資源的浪費(fèi)；并且具有占地少，可拆卸檢查清洗， 板片數(shù)量和形式可控可變，制冷劑消耗少的優(yōu)點(diǎn)。9.本發(fā)明不僅適用于鋁合金材料，而且還適用于其它材料，如鎂合金材料、不銹鋼材料、鈦合金材料等，不僅適用于制造蛇形流道制冰板，還適用于于蜂窩流道等其它結(jié)構(gòu)的制冰板，以及制冰桶的加工制造，應(yīng)用范圍十分廣泛，如，建筑、核電、軍艦、水產(chǎn)、食品等行業(yè)。


圖1本發(fā)明的蛇形流道制冰板結(jié)構(gòu)圖。圖2蛇形流道制冰板中空流道剖面圖。圖中，1.制冰板本體；2.進(jìn)口管；3.出口管；4.空心流道；5. “凸”形槽的上部；6. “凸”形槽的下部。
具體實(shí)施例方式通過采用鋁合金整體厚板材，利用切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造方法整體近凈成型蛇形流道制冰板，有效解決蛇形流道制冰板焊接變形和翹曲問題，使介質(zhì)流動(dòng)均勻、 通暢，提高蛇形流道制冰板的熱交換效率，滿足制冰板對(duì)冷熱沖擊的要求，減少對(duì)材料、加工和人力資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、環(huán)境友好的高質(zhì)量蛇形流道制冰板的設(shè)計(jì)及其加工成型方法。下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1和圖2所示，蛇形流道制冰板結(jié)構(gòu)及其整體近凈成型加工制造方法，制冰板結(jié)構(gòu)由本體1、進(jìn)口管2、出口管3和內(nèi)部空心流道4構(gòu)成；制冰板采用鋁合金整體厚板材料，通過同時(shí)進(jìn)行的切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造方法，整體近凈成型為蛇形流道制冰板，進(jìn)口管2和出口管3分別放置于鋁合金厚板內(nèi)部空心流道4的兩端，使用焊接方法將進(jìn)口管2、出口管3與鋁合金制冰板本體1相連接，進(jìn)口管2、出口管3與內(nèi)部空心流道4 一起形成冷卻介質(zhì)的流動(dòng)通道，無需通過模具、高壓脹形工藝和其它焊接工序，使得蛇形流道制冰板整體近凈成型；鋁合金蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法包括以下步驟。步驟A.按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，選取長(zhǎng)度、寬度和厚度尺寸符合工程要求的鋁合金厚板進(jìn)行加工和處理對(duì)鋁合金厚板材進(jìn)行預(yù)處理，施加預(yù)應(yīng)力，增強(qiáng)整體強(qiáng)度，并對(duì)鋁合金厚板材的表面進(jìn)行清潔和干燥處理，然后將鋁合金厚板放置于水平加工工作臺(tái)面上，并保證鋁合金厚板待加工區(qū)域的下表面墊實(shí)、不落空，使用夾具將鋁合金厚板整體固定。步驟B.在鋁合金厚板本體1側(cè)面的進(jìn)口管2安放部位先行加工出一個(gè)“凸”形槽，
8“凸”形槽的上部5開口于鋁合金厚板本體1上表面，“凸”形槽的下部6位于鋁合金厚板本體1側(cè)面中部，將切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具安裝于“凸”形槽中；使切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具的攪拌針位于“凸”形槽的上部5，并將切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具的攪拌摩擦焊接軸肩下表面與鋁合金厚板本體1的上表面壓緊，在“凸”形槽的上部5形成攪拌摩擦焊接加工方式；而切削-攪拌摩擦復(fù)合工具的銑削刀位于“凸”形槽的下部6，在“凸”形槽的下部6形成立銑削側(cè)面切削加工方式；根據(jù)流道設(shè)計(jì)要求，利用切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，同時(shí)進(jìn)行切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造的方式，對(duì)制冰板本體1的蛇形流道進(jìn)行順序加工，在鋁合金制冰板本體1形成內(nèi)部空心流道4，而同時(shí)在鋁合金制冰板本體1上表面被使用的攪拌摩擦焊接方式進(jìn)行了密封焊合，最后，在鋁合金厚板本體1側(cè)面的出口管3 安放部位引出切削-攪拌摩擦復(fù)合工具，從完成鋁合金制冰板蛇形流道的整體近凈成型。步驟C.將進(jìn)口管2和出口管3安置于鋁合金制冰板本體1內(nèi)部空心流道4的兩端，并采用焊接方法將進(jìn)口管2和出口管3與鋁合金制冰板本體1密封相連。步驟D.按設(shè)計(jì)要求檢測(cè)蛇形流道制冰板的密封性能和強(qiáng)度指標(biāo)，最終完成蛇形流道鋁合金制冰板的加工制造。所述的蛇形流道制冰板結(jié)構(gòu)及其整體近凈成型加工制造方法，進(jìn)口管2和出口管 3是鋁合金管，或銅合金管，或是通過機(jī)械制造工藝方法制造的鋁銅復(fù)合管；進(jìn)口管2和出口管3的橫截面是圓形，或者長(zhǎng)方形形、或者正方形；進(jìn)口管2和出口管3與鋁合金制冰板本體1的內(nèi)部空心流道4形狀相適應(yīng)，不對(duì)在鋁合金制冰板本體1內(nèi)部空心流道4中流動(dòng)的介質(zhì)形成阻礙。所述的蛇形流道制冰板結(jié)構(gòu)及其整體近凈成型加工制造方法，采用立銑削側(cè)面切削加工方式和攪拌摩擦焊接方式的復(fù)合加工制造方法；在立銑削側(cè)面切削加工部位，使用水基環(huán)保型、對(duì)人體無害的鋁合金銑削液，對(duì)鋁合金制冰板本體1起到良好的冷卻、潤滑、 清洗、防銹、有色金屬緩蝕作用，有效避免毛刺的產(chǎn)生，確保加工后的鋁合金制冰板本體1 的內(nèi)部空心流道4的內(nèi)表面光亮，有效防止鋁合金材料加工后的變色，并促進(jìn)廢屑排屑容易，不粘刀；切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工完成后，使用高壓氣體將銑削過程中殘留在內(nèi)部空心流道4廢屑吹出，清理干凈鋁合金制冰板本體1內(nèi)外部分；在攪拌摩擦焊接部位，使用夾具將鋁合金制冰板本體1固定裝配在工作臺(tái)上，在鋁合金制冰板本體1上表面攪拌摩擦焊接區(qū)域采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，并且在鋁合金制冰板本體1上表面采用水冷溫度控制方法，以進(jìn)一步降低焊接熱輸入和熱應(yīng)力。所述的蛇形流道制冰板結(jié)構(gòu)及其整體近凈成型加工制造方法，對(duì)鋁合金厚板材進(jìn)行施加預(yù)應(yīng)力的預(yù)處理技術(shù)是采用表面微鍛處理技術(shù)，或表面噴丸納米化處理技術(shù)，或機(jī)械研磨表面納米化處理技術(shù)，或機(jī)械表面微碾壓處理，或機(jī)械微滾壓處理，以提高鋁合金制冰板本體1的表面性能或整體強(qiáng)度。所述的蛇形流道制冰板結(jié)構(gòu)及其整體近凈成型加工制造方法，切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工方法的工藝參數(shù)是主軸旋轉(zhuǎn)速度為30(T2500r/min，加工速度為2(T500mm/ min，軸肩與鋁合金制冰板本體1上表面的壓力為0.廣40KN，保護(hù)氣體流量為l(T30L/min， 整體材料板厚8 30mm。所述的蛇形流道制冰板結(jié)構(gòu)及其整體近凈成型加工制造方法，用于船用制冰領(lǐng)域；或用于超市保險(xiǎn)；或用于禽類加工；或用于肉類加工；或用于面包餅干糕點(diǎn)加工；或用于乳品生產(chǎn)；或用于冰蓄能；或用于混凝土降溫；或用于化工染料；或用于核電站；或用于軍事艦艇；或用于釀酒工業(yè)；或用于蔬果保鮮；或用于礦井降溫。既可用于鋁合金材料加工，也可用于鎂合金材料加工，或用于不銹鋼材料加工，或用于鈦合金材料加工，或用于銅合金材料加工，或用于碳鋼材料加工。用于制冰板制造；或用于冷凝板制造；或用于蒸發(fā)板制造；或用于片冰機(jī)制造；或用于板冰機(jī)制造；或用于冷凝器制造；或用于蒸發(fā)器制造；或用于速凍設(shè)備的制造；或用于制冰設(shè)備的制造；或用于蒸發(fā)設(shè)備的制造；或用于冰蓄能設(shè)備的制造；或用于空調(diào)設(shè)備的制造。既可用于蛇形流道結(jié)構(gòu)的制造，也可用于蜂窩流道結(jié)構(gòu)的制造，或桶狀結(jié)構(gòu)的制造，或板片狀結(jié)構(gòu)的制造。采用氦氣、或氬氣、或氮?dú)?、或二氧化碳?xì)怏w，或兩元混合氣體，或多元混合氣體， 進(jìn)行區(qū)域保護(hù)。采用可換銑刀頭的切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，或采用固定銑刀頭的切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，或采用銑刀頭為一個(gè)可浮動(dòng)軸肩的雙軸肩自支撐的切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合工具。本發(fā)明制冰板結(jié)構(gòu)及其加工成型方法，適用于多種金屬材料，適用于多種流道結(jié)構(gòu)的制冰板及其加工制造過程，使用于多種領(lǐng)域，并不局限于蛇形流道制冰板范圍；本發(fā)明采用鋁合金整體厚板材料，結(jié)合切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，采用切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合加工方法，同時(shí)進(jìn)行銑削和焊接兩個(gè)過程，整體近凈成型制冰板，能有效地解決蛇形流道制冰板焊接變形和翹曲問題，使介質(zhì)流動(dòng)均勻、通暢，提高了蛇形流道制冰板抗由溫度和壓力變化引起的疲勞能力，熱效率高，介質(zhì)的充注量少，流體慣性小，反應(yīng)靈敏，滿足了國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)成本日益上漲的能源消耗降低的需要，符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，減少了對(duì)材料、設(shè)備、人力資源的浪費(fèi)，節(jié)約了能源；并且具有占地少，可拆卸檢查清洗，單位體積的容積率提高，強(qiáng)度改善，制冷劑消耗少的優(yōu)點(diǎn)，蛇形流道制冰板的使用壽命提高。實(shí)施例一。下述實(shí)施例是按照本發(fā)明提供的制冰板結(jié)構(gòu)和整體近凈成型方法來實(shí)施的，并不意味著是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。船用鋁合金蛇形流道制冰板的制造加工。參見圖1和圖2所示，6063鋁合金整體厚板材料，其尺寸為長(zhǎng)1. 5m、寬0. Sm、厚12mm，進(jìn)行加工和機(jī)械預(yù)應(yīng)力碾壓處理后，對(duì)鋁合金厚板進(jìn)行表面噴丸納米化處理，采用切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，將鋁合金整體厚板通過夾具固定于工作臺(tái)，使鋁合金整體厚板背面墊實(shí)，無空隙存在，使用攪拌摩擦焊接設(shè)備或者立式龍門銑床設(shè)備進(jìn)行加工；采用切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合加工工藝，切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合工具以1200r/min速度旋轉(zhuǎn)，焊接速度為lOOmm/min，攪拌摩擦焊接去采用氬氣為保護(hù)氣體，其流量為20L/min，采用水基環(huán)保型銑削液進(jìn)行銑削加工，鋁合金整體厚板材料采用隔絕水冷的方式控制其加工制造溫度；采用引出板取出切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，使鋁合金厚板上不留匙孔，采用高壓氣體清理中空蛇形流道，完成制冰板中空蛇形流道的整體近凈成型；將鋁銅復(fù)合進(jìn)口管和鋁銅復(fù)合出口管采用電弧焊接方法與制冰板本體密封相連；經(jīng)密封性檢測(cè)和耐壓強(qiáng)度、疲勞試驗(yàn)檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行表面后處理， 最后包裝，形成了船用鋁合金蛇形流道制冰板。
實(shí)際加工制造時(shí)，因根據(jù)不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)要求，用途和使用環(huán)境，確定需要使用的切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合工具以及加工制造工藝，采用本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)和方法，應(yīng)綜合考慮各種加工制造工藝參數(shù)的合理匹配，并且需要對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可保證高效、優(yōu)質(zhì)、低成本、新型制冰板整體近凈成型的切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造過程的實(shí)施。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1.蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，其特征在于，制冰板結(jié)構(gòu)由本體(1)、 進(jìn)口管(2)、出口管(3)和內(nèi)部空心流道(4)構(gòu)成；制冰板采用鋁合金整體厚板材料，通過同時(shí)進(jìn)行的切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造方法，整體近凈成型為蛇形流道制冰板，進(jìn)口管(2)和出口管(3)分別放置于鋁合金厚板內(nèi)部空心流道(4)的兩端，使用焊接方法將進(jìn)口管(2)、出口管(3)與鋁合金制冰板本體(1)相連接，進(jìn)口管(2)、出口管(3)與內(nèi)部空心流道(4) 一起形成冷卻介質(zhì)的流動(dòng)通道，無需通過模具、高壓脹形工藝和其它焊接工序，使得蛇形流道制冰板整體近凈成型；鋁合金蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法包括以下步驟步驟A.按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，選取長(zhǎng)度、寬度和厚度尺寸符合工程要求的鋁合金厚板進(jìn)行加工和處理對(duì)鋁合金厚板材進(jìn)行預(yù)處理，施加預(yù)應(yīng)力，增強(qiáng)整體強(qiáng)度，并對(duì)鋁合金厚板材的表面進(jìn)行清潔和干燥處理，然后將鋁合金厚板放置于水平加工工作臺(tái)面上，并保證鋁合金厚板待加工區(qū)域的下表面墊實(shí)、不落空，使用夾具將鋁合金厚板整體固定；步驟B.在鋁合金厚板本體(1)側(cè)面的進(jìn)口管(2 )安放部位先行加工出一個(gè)“凸”形槽， “凸”形槽的上部(5)開口于鋁合金厚板本體(1)上表面，“凸”形槽的下部(6)位于鋁合金厚板本體(1)側(cè)面中部，將切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具安裝于“凸”形槽中；使切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具的攪拌針位于“凸”形槽的上部(5)，并將切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具的攪拌摩擦焊接軸肩下表面與鋁合金厚板本體(1)的上表面壓緊，在“凸，，形槽的上部(5 )形成攪拌摩擦焊接加工方式；而切削-攪拌摩擦復(fù)合工具的銑削刀位于“凸”形槽的下部(6)， 在“凸”形槽的下部(6)形成立銑削側(cè)面切削加工方式；根據(jù)流道設(shè)計(jì)要求，利用切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，同時(shí)進(jìn)行切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工制造的方式，對(duì)制冰板本體(1) 的蛇形流道進(jìn)行順序加工，在鋁合金制冰板本體(1)形成內(nèi)部空心流道(4)，而同時(shí)在鋁合金制冰板本體(1)上表面被使用的攪拌摩擦焊接方式進(jìn)行了密封焊合，最后，在鋁合金厚板本體(1)側(cè)面的出口管(3 )安放部位引出切削-攪拌摩擦復(fù)合工具，從完成鋁合金制冰板蛇形流道的整體近凈成型；步驟C.將進(jìn)口管(2 )和出口管(3 )安置于鋁合金制冰板本體(1)內(nèi)部空心流道(4 )的兩端，并采用焊接方法將進(jìn)口管(2)和出口管(3)與鋁合金制冰板本體(1)密封相連；步驟D.按設(shè)計(jì)要求檢測(cè)蛇形流道制冰板的密封性能和強(qiáng)度指標(biāo)，最終完成蛇形流道鋁合金制冰板的加工制造。
2.按照權(quán)利要求1所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，其特征在于 進(jìn)口管(2)和出口管(3)是鋁合金管，或銅合金管，或是通過機(jī)械制造工藝方法制造的鋁銅復(fù)合管；進(jìn)口管(2)和出口管(3)的橫截面是圓形，或者長(zhǎng)方形形、或者正方形；進(jìn)口管(2) 和出口管(3 )與鋁合金制冰板本體(1)的內(nèi)部空心流道(4 )形狀相適應(yīng)，不對(duì)在鋁合金制冰板本體(1)內(nèi)部空心流道(4)中流動(dòng)的介質(zhì)形成阻礙。
3.按照權(quán)利要求1所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，其特征在于 采用立銑削側(cè)面切削加工方式和攪拌摩擦焊接方式的復(fù)合加工制造方法；在立銑削側(cè)面切削加工部位，使用水基環(huán)保型、對(duì)人體無害的鋁合金銑削液，對(duì)鋁合金制冰板本體(1)起到良好的冷卻、潤滑、清洗、防銹、有色金屬緩蝕作用，有效避免毛刺的產(chǎn)生，確保加工后的鋁合金制冰板本體(1)的內(nèi)部空心流道(4)的內(nèi)表面光亮，有效防止鋁合金材料加工后的變色，并促進(jìn)廢屑排屑容易，不粘刀；切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工完成后，使用高壓氣體將銑削過程中殘留在內(nèi)部空心流道(4)廢屑吹出，清理干凈鋁合金制冰板本體(1)內(nèi)外部分； 在攪拌摩擦焊接部位，使用夾具將鋁合金制冰板本體(1)固定裝配在工作臺(tái)上，在鋁合金制冰板本體(1)上表面攪拌摩擦焊接區(qū)域采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，并且在鋁合金制冰板本體 (1)上表面采用水冷溫度控制方法，以進(jìn)一步降低焊接熱輸入和熱應(yīng)力。
4.按照權(quán)利要求1所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，其特征在于 對(duì)鋁合金厚板材進(jìn)行施加預(yù)應(yīng)力的預(yù)處理技術(shù)是采用表面微鍛處理技術(shù)，或表面噴丸納米化處理技術(shù)，或機(jī)械研磨表面納米化處理技術(shù)，或機(jī)械表面微碾壓處理，或機(jī)械微滾壓處理，以提高鋁合金制冰板本體(1)的表面性能或整體強(qiáng)度。
5.按照權(quán)利要求1所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，其特征在于， 切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合加工方法的工藝參數(shù)是主軸旋轉(zhuǎn)速度為30(T2500r/min，加工速度為2(T500mm/min，軸肩與鋁合金制冰板本體(1)上表面的壓力為0.廣40KN，保護(hù)氣體流量為l(T30L/min，整體材料板厚8 30mm。
6.按照權(quán)利要求1、或2、或3、或4、或5所述的蛇形流道制冰板整體近凈成型加工制造方法，其特征在于用于船用制冰領(lǐng)域；或用于超市保險(xiǎn)；或用于禽類加工；或用于肉類加工；或用于面包餅干糕點(diǎn)加工；或用于乳品生產(chǎn)；或用于冰蓄能；或用于混凝土降溫；或用于化工染料；或用于核電站；或用于軍事艦艇；或用于釀酒工業(yè)；或用于蔬果保鮮；或用于礦井降溫；既能用于鋁合金材料加工，也可用于鎂合金材料加工，或用于不銹鋼材料加工，或用于鈦合金材料加工，或用于銅合金材料加工，或用于碳鋼材料加工；用于制冰板制造；或用于冷凝板制造；或用于蒸發(fā)板制造；或用于片冰機(jī)制造；或用于板冰機(jī)制造；或用于冷凝器制造；或用于蒸發(fā)器制造；或用于速凍設(shè)備的制造；或用于制冰設(shè)備的制造；或用于蒸發(fā)設(shè)備的制造；或用于冰蓄能設(shè)備的制造；或用于空調(diào)設(shè)備的制造；既能用于蛇形流道結(jié)構(gòu)的制造，也可用于蜂窩流道結(jié)構(gòu)的制造，或桶狀結(jié)構(gòu)的制造，或板片狀結(jié)構(gòu)的制造；采用氦氣、或氬氣、或氮?dú)狻⒒蚨趸細(xì)怏w，或兩元混合氣體，或多元混合氣體，進(jìn)行區(qū)域保護(hù)；采用可換銑刀頭的切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，或采用固定銑刀頭的切削-攪拌摩擦焊接復(fù)合工具，或采用銑刀頭為一個(gè)可浮動(dòng)軸肩的雙軸肩自支撐的切削-攪拌攪拌摩擦焊接復(fù)合工具。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蛇形流道制冰板結(jié)構(gòu)及其整體近凈成型加工制造方法，傳統(tǒng)的蛇形流道制冰板由兩塊薄鋼板，通過熔化焊接，然后壓力脹形而成；由于蛇形流道制冰板的焊道多、分布密，熔化焊接熱輸入較大，容易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致蛇形流道制冰板熔化焊接脹形加工后及其使用過程中容易發(fā)生變形和翹曲，從而影響到生產(chǎn)效率和制冰效果，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致制冰機(jī)無法正常工作，必須停止生產(chǎn)，進(jìn)行維修或更換。而采用鋁合金整體厚度板材料，通過攪拌摩擦復(fù)合加工制造方法近凈成型，能有效地解決蛇形流道制冰板焊接殘余應(yīng)力、變形和翹曲問題，使冷媒流動(dòng)均勻、通暢、制冰良好，并提高了蛇形流道制冰板的熱交換能力，減少加工工序，節(jié)約成本，特別適用于船舶運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)τ谥票鶛C(jī)的特殊要求，對(duì)于節(jié)能、資源友好的可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。
文檔編號(hào)B23P15/26GK102398145SQ201110219598
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者王穎, 羅乾, 羅鍵 申請(qǐng)人:羅鍵