莘明哲 汪娓 陆亮 乔雨凡

摘要：针对铝箔在换热器加工过程中主要的失效模式进行分析，明确其发生机理和对应的质量特性指标。针对性的指导失效问题的改善。同时通过全面的力学性能试验，对现有铝合金牌号状态综合对比分析强度、塑性、加工硬化指数和各向异性度，明确产品的优势及劣势。结合铝箔冲制加工的成型特点进行合金状态匹配，可以对现有翅片成型方式实现更好的适应。

关键词：换热器铝箔;翅片;失效分析

热交换器是空气调节系统的主要部件，其主要结构为管翅式换热器和板翅式换热器，管翅式换热器由铜管和0.08mm～0.35mm厚度的铝合金冲压加工的翅片通过胀接与铜管紧密结合，铜管内部的流体换热介质通过壁间换热与外界空气进行热交换。目前管翅式结构的换热器在家用及商用市场仍占据主要份额。此类换热器铝箔可用于家用空调（户式中央空调+室外机、挂壁机+室外机、柜机+室外机、窗式一体机）以及商用类型空调（商场、运动馆、医院等）。其典型的空调翅片换热器结构如图1所示。

随着换热器铝箔翅片冲制加工市场的发展，在目前品牌客户追求良品率及速度效率的趋势下，铝箔基材发展需要满足更广的适应性以及综合性能更优异的合金[1]。作为空调铝箔生产企业，需要针对现有主要铝合金牌号在各类冲制加工中的失效状况进行综合分析。

1  铝箔在管翅式换热器翅片成形过程中的失效问题

1.1翅片端面失效问题

翅片加工过程的侧面（刀切面）通常发生的失效分为两类：列切毛刺（图3）和侧面波浪纹问题（图4）。毛刺主要是冲床设备在生产时因为刀的磨损及上下刀之间产生间隙造成的。测量切刀间隙，并根据翅片的走向判定是哪一列刀哪个位置出现了偏差，对应部位进行调整基本可解决该问题。对于铝箔本身来讲，需注意跟踪观察表面严重波浪或筋印缺陷对应部位是否产生毛刺。同样端面波浪纹问题本质上属于翅片宽度方向裁切尺寸偏差或翘曲。首先也需排查切刀间隙[2]，如果更换铝箔材料后发生需要分析铝箔强度以及厚差情况与正常卷的差异，铝箔更高的强度和正公差有助于缓解该问题 。

1.2 铝箔表面类缺陷导致的失效问题

翅片加工是针对铝箔表面进行的全面加工，其利用率大于99%，因此对铝箔表面质量的一致性要求很高。因为铝箔表面缺陷导致的加工失效主要是冲压粉屑和表面伤痕开裂。其中粉屑的产生从在冲床中的失效部位分析，依次可分为放卷毛毡处、进料油槽压板处、胀形过程、变薄拉深过程、裁切过程共五处风险较高。其中前三处发生的失效多为铝箔表面膜层过厚或烘烤固化不当导致，表面有机树脂涂层或无机硅酸盐涂层固化不足与油反应粘连、固化过度摩擦脱粉都会造成该情况。变薄拉深和裁切过程中的粉屑问题的失效原因更为综合，除了膜厚固化之外，铝箔加工中的起皱以及冲孔边部断口残留也会造成粉屑产生。需要对应改善合金的屈服强度及与均匀变形相关的指标n值。

1.3 裂口和烂孔失效问题

翅片加工开裂是发生度最高的失效问题，针对该问题需要结合现场的加工情况进行分析判断。我司技术团队在长期工作实践中整理了典型的失效机理和处理方式见表1。

2 铝箔力学性能的综合分析

常规工业生产过程中，铝箔抗拉强度和延伸率是重点管控指标。对于提升铝箔的综合适应能力和稳定性的要求，后续又增加了横纵向指标、屈服强度指标的分析[3]。在与冲床模具设计技术团队多次合作后，我公司结合模具设计阶段对于胀形力、冲裁力、翻边力等参数的受力分析，探讨了对应各加工步骤主要考量的力学性能指标（表2）。 通过各产品在冲制加工过程中的的开裂表现，进行综合分析后将反映薄板成形时厚向变形的难易程度的r值[4]，影响塑性均匀变形阶段长短的n值也纳入了综合对比指标[5]内。

3  结论

1）铝箔在模具中发生端面失效问题主要在于切刀间隙调整，同时需要分析铝箔强度以及厚差情况差异性。

2）铝箔在模具中发生表面失效问题主要在涂层的固化程度以及材料屈服强度与n值和冲制模具的匹配度。

3）结合铝箔在模具中的成型过程，针对铝箔的力学性能评价需要增加结合屈服强度以及r值n值，进行综合的评价的匹配选择。

参考文献：

[1] 靳林宝.空调铝箔翅片成型过程缺陷简析[J].轻合金加工技术，2011，39（5）：55-56.

[2] 胡玄通，夏琴香，龙晓彬.空调换热器翅片多工位级进模设计[J].模具制造，2013，（11）：11-14.

[3] 蔡春波.1050铝合金形变和再结晶过程中的织构演变研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2009.

[4] 李松瑞，周善初.金属热处理[M].长沙：中南大学出版社，2003.

[5] 陈冠.AA3003铸轧铝合金退火过程中析出与再结晶的交互作用[D].長沙：中南大学，2013.

（作者单位：江苏鼎胜新能源材料股份有限公司）