CN105436652A - 一种弹簧钎焊夹具及其弹簧压力控制方法 - Google Patents

一种弹簧钎焊夹具及其弹簧压力控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种弹簧钎焊夹具及其弹簧压力控制方法，属于工装技术领域，弹簧钎焊夹具包括下盖、立杆、压板、卡板、弹簧和上盖，所述下盖与上盖之间连接有若干立杆，立杆下端与下盖连接固定，上盖可在立杆上滑动；上盖上方的立杆伸出部分设有弹簧，所述弹簧两端分别设有压板和卡板。在此基础上，通过对弹簧钎焊夹具中的弹簧压缩量进行有效控制，实现了对钎焊件保持持续、稳定的压力；根据待焊接芯子的宽度、双金属板厚度等具体情况进行科学合理的计算，克服了弹簧理论压缩量产生的压力小于实际工作压力的情况，避免了弹簧压塌翅片而导致零件报废的风险。

Description

一种弹簧钎焊夹具及其弹簧压力控制方法
技术领域
本发明属于工装技术领域，涉及一种铝制板翅式散热器的真空钎焊技术，尤其是涉及一种弹簧钎焊夹具及其弹簧压力控制方法。
背景技术
铝制板翅式散热器的真空钎焊是在真空状态下，对结构件进行加热和保温，使钎料在适宜的温度和时间范围内熔化，在毛细作用下与固态金属充分润湿、溶解、扩散、钎接，从而达到焊接的一种先进焊接方法。在此过程中，需要使结构件保持压紧的状态，并且保持结构件的稳定和平衡，就必须要用到钎焊夹具或可达到压紧效果的辅助工具。例如传统技术中采用大量的不锈钢铸件作为负重，以保持焊接位置紧密贴合。然而，铝制板翅式散热器的结构设计、装配质量、钎料板化学成分、钎焊工艺等都对产品的钎焊质量有着较大的影响，在上述各方面都得到有效控制的情况下，压紧工具的性能就显得尤为重要，甚至将直接关系到散热器的焊接质量及成品率。
弹簧钎焊夹具是较为常用的钎焊夹具之一，需要弹簧钎焊夹具保持良好的工作状态，最重要的是控制其弹簧的工作状态，弹簧的工作状态控制主要是弹簧压缩量的控制。现行弹簧压缩量计算主要是根据双金属板的厚度及芯子的层数来计算的，这种计算的前提条件是认为弹簧是保持同一状态(既新弹簧状态)的，在同等的压缩量下，产生的压力始终是相同的。
但经观察和实验发现，在弹簧钎焊夹具的实际使用过程中，在压缩量允许的情况下，同等压缩量下旧弹簧产生的压力大于新弹簧。这就使得生产单位现行的弹簧压缩量计算方法的前提条件不再成立。
而且，由于弹簧加工的误差、材料等原因，生产实际中所使用的弹簧状态变化趋势并不一致，即使是同一批次的弹簧，其自由高度也在一定范围内存在误差，而且不可能每次都换用全新的标准弹簧，随着使用时间的加长，弹簧的状态、性能也在逐渐发生着变化，而且这些变化趋势并不一致。这就导致了采用现行弹簧压缩量计算方法计算出来的压缩量不同于弹簧实际应该控制的压缩量，而当夹具上使用的弹簧是旧弹簧时，这些旧弹簧的自由高度参差不齐，且均低于标准新弹簧的高度，按照新弹簧状态计算出的压缩量，其实际产生的压力就要大于计算的压力也既芯子的可承受压力，从而压塌翅片影响芯子的钎焊质量，甚至直接导致结构件成为废品。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种弹簧钎焊夹具及其弹簧压力控制方法，从而达到了平衡弹簧压力，保护焊件不被损坏，提高成品率的效果。
本发明是通过如下技术方案予以实现的。
一种弹簧钎焊夹具，包括下盖、立杆、压板、卡板、弹簧和上盖，所述下盖与上盖之间连接有若干立杆，所述立杆下端与下盖连接固定，所述上盖可在立杆上滑动；所述上盖上方的立杆伸出部分设有弹簧，所述弹簧两端分别设有压板和卡板。
所述立杆上套有限位杆，限位杆的上端位置低于弹簧最大自由高度时上盖下表面所处的高度。
所述限位杆与立杆之间通过卡销连接。
所述立杆与上盖之间设有套筒。
一种弹簧钎焊夹具的弹簧压力控制方法，包括下述步骤：
①弹簧分类：依据相同压缩量下弹簧产生的压力变动量，把不同自由高度的弹簧分为a、b、c三个高度段，其中a为最接近标准弹簧高度的高度段，且a>b>c，在同一夹具中只能选用同一高度段的弹簧；
②弹簧压力测量：分别在各高度段的弹簧不同压缩量及不同受力面积下，测量各弹簧产生的单位面积力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4……Fan，Fb1、Fb2、Fb3、Fb4……Fbn，Fc1、Fc2、Fc3、Fc4……Fcn；
③基本压缩量计算：根据双金属板的厚度δ计算基本压缩量δ1，双金属板厚度为0.6mm时，δ1＝0.18×L，L为所选用弹簧的高度段值，弹簧选用时，按照新弹簧优先的原则选择高度段；双金属板厚度为0.8mm或1.2mm时，δ1＝0.2×L；
④预紧压缩量选择：根据芯子的宽度选择预紧压缩量，在弹簧同一高度段下，将芯子宽度分为至少5个等级，对应为K1、K2、K3、K4、K5，每个宽度对应一个δ2值；
⑤总压缩量计算：计算弹簧的总体压缩量δ＝δ1+δ2。
所述步骤②中，各高度段下的弹簧压缩量至少分4组即δ1、δ2、δ3、δ4，也即是各高度段下弹簧产生的压力值至少取4组，即Fa1、Fa2、Fa3、Fa4，Fb1、Fb2、Fb3、Fb4，Fc1、Fc2、Fc3、Fc4。
所述弹簧采用GH2132材料制作。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种弹簧钎焊夹具及其弹簧压力控制方法，具有如下技术效果：
1、通过对弹簧钎焊夹具中的弹簧压缩量进行有效控制，实现了对钎焊件保持持续、稳定的压力；
2、实现了对现有弹簧的分段使用，使弹簧的使用状态可控，保持钎焊件受力均匀、平衡，从而保证了产品的钎焊质量，并且保证弹簧在最佳工作状态下，延长了弹簧的使用寿命；
3、通过对不同状态的弹簧分段使用，使得部分以前被认为报废的弹簧也可在一定条件下正常使用，提高了弹簧的使用效率，降低了生产成本；
4、根据待焊接芯子的宽度、双金属板厚度等具体情况进行科学合理的计算，克服了弹簧理论压缩量产生的压力小于实际工作压力的情况，避免了弹簧压塌翅片而导致零件报废的风险；
5、弹簧钎焊夹具结构简单，便于装夹，易于控制和保持受力平衡，工作性能稳定，可很好地保持焊接件的钎焊质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本图1的俯视图；
图3为本发明中弹簧的高温力学性能变化趋势图；
图4为本发明中弹簧的持久强度和蠕变极限趋势图；
图5为本发明中不同高度段的弹簧随压缩量变化的压力对比图；
图6为本发明中不同高度段弹簧压缩5mm时产生的单位面积力；
图7为本发明中不同高度段弹簧压缩10mm时产生的单位面积力；
图8为本发明中不同高度段弹簧压缩15mm时产生的单位面积力；
图9为为本发明中不同高度段弹簧压缩20mm时产生的单位面积力。
图中：1-下盖，2-卡销，3-立杆，4-套筒，5-压板，6-卡板，7-弹簧，8-上盖，9-限位杆。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1、图2所示，本发明所述的一种弹簧钎焊夹具，包括下盖1、立杆3、压板5、卡板6、弹簧7和上盖8，所述下盖1与上盖8之间连接有若干立杆3，所述立杆3下端与下盖1连接固定，所述上盖8可在立杆3上滑动；所述上盖8上方的立杆3伸出部分设有弹簧7，所述弹簧7两端分别设有压板5和卡板6。压板5用于保证弹簧7在上盖8上的位置平衡，卡板6用于限定弹簧7上端与立杆3顶端的位置。
所述立杆3上套有限位杆9，用于保持上盖8处于一定高度，限位杆9的上端位置低于弹簧7最大自由高度时上盖8下表面所处的高度，确保弹簧7的弹性力能得到有效释放。
所述限位杆9与立杆3之间通过卡销2连接，并同时与下盖连接固定。
所述立杆3与上盖8之间设有套筒4，套筒4外壁相对上盖8的安装孔固定，套筒4内孔可相对立杆3滑动。
所述弹簧7采用GH2132材料制作。
一种弹簧钎焊夹具的弹簧压力控制方法，包括下述步骤：
①弹簧分类：依据相同压缩量下弹簧产生的压力变动量，把不同自由高度的弹簧分为a、b、c三个高度段，其中a为最接近标准弹簧高度的高度段，且a>b>c，在同一夹具中只能选用同一高度段的弹簧；
②弹簧压力测量：分别在各高度段的弹簧不同压缩量及不同受力面积下，测量各弹簧产生的单位面积力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4……Fan，Fb1、Fb2、Fb3、Fb4……Fbn，Fc1、Fc2、Fc3、Fc4……Fcn；
③基本压缩量计算：根据双金属板的厚度δ计算基本压缩量δ1，双金属板厚度为0.6mm时，δ1＝0.18×L，L为所选用弹簧的高度段值，弹簧选用时，按照新弹簧优先的原则选择高度段；同等压缩量下，新弹簧产生的压力较旧弹簧小，这样可以最大限度避免翅片所受的压力超过其承受能力，导致翅片被压塌的情况；双金属板厚度为0.8mm或1.2mm时，δ1＝0.2×L；
④预紧压缩量选择：根据芯子的宽度选择预紧压缩量，在弹簧同一高度段下，将芯子宽度分为至少5个等级，对应为K1、K2、K3、K4、K5，每个宽度对应一个δ2值；
⑤总压缩量计算：计算弹簧的总体压缩量δ＝δ1+δ2。
所述步骤②中，各高度段下的弹簧压缩量至少分4组即δ1、δ2、δ3、δ4，也即是各高度段下弹簧产生的压力值至少取4组，即Fa1、Fa2、Fa3、Fa4，Fb1、Fb2、Fb3、Fb4，Fc1、Fc2、Fc3、Fc4。
实施例
弹簧钎焊夹具上选用弹簧7的材料GH2132(0Cr15Ni25Ti2MoVB)为铁基高温高弹性合金，在15％Cr、25％Ni的基础上添加Mo，以起到固容强化作用，再加入Ti和Al元素在时效时起沉淀强化作用。在弹簧7的加工过程中的处理工艺是980℃X1h加热后油冷(固容处理)和720℃X16h后空气冷却的时效处理。处理后的弹性模量如表1所示，高温力学性能如图3所示。
表1弹簧处理后的弹性模量变化表
由图1可知，在600℃时材料的高温力学性能较室温时变化不大，当温度超过600℃后材料的高温力学性能下降较快。现车间的钎焊温度为605℃左右，再加上弹簧的表面缺陷(裂纹、折叠、起刺、班疤等有害缺陷)及弹簧的设计缺陷(按HB/Z18-83，弹簧的自由高度应为96mm，但弹簧的实际自由设计高度为100mm，在理论高度下进行计算，就使弹簧有失稳的趋势)，使得弹簧在实际使用过程中力学性能有一定的下降，弹簧力学性能下降主要表现在弹簧的自由高度变小。在现场高低不同的弹簧可以有条件的使用的情况下，为保证产品的钎焊质量，现对现场弹簧进行分类，以便根据不同的条件选用。
①弹簧分类：首先统计现场弹簧自由高度，如表2所示，并根据表2绘制弹簧压缩量与产生压力的关系图如图5所示，图中，未使用过的新弹簧高度为100mm。
表2现场弹簧数据统计
由图5可看出，在压缩量允许的情况下，同等压缩量下旧弹簧产生的压力大于新弹簧。当压缩量超过旧弹簧的可用压缩量时(图2中约24mm-30mm时)，此时旧弹簧产生的压力就是它的压并力已固定，而新弹簧由于还能继续压缩，因此其产生的压力还在继续增加，并逐渐超过旧弹簧产生的压力，直到达到新弹簧的压并力为止。
为此，通过表2，依据相同压缩量下产生的压力变动量，把不同自由高度的弹簧分为三个高度段分别为96～100mm、92～95mm、88～91mm。
②弹簧压力测量：分别在上述各高度段的弹簧压缩量为5mm、10mm、15mm和20mm时，在不同的受力面积下所产生的单位面积力(Kg/m2)，并进行统计如表3所示，同时根据表3作出比较曲线图，如图6～9所示。
弹簧压力对芯子造成的压强也受焊接面受力面积的影响，结合表3和图6～9的比较曲线图，由图中可看出当芯子与双金属板之间结合面的受力面积小于0.2m2时，上述三个高度段的弹簧产生的单位面积力相差偏大，有200-500N/m2的差距，因此芯子与双金属板之间结合面的受力面积也成为选取弹簧高度的又一影响因素。
表3各高度段弹簧在各压缩量时产生的单位面积力
根据表3和芯子与双金属板之间结合面的受力面积选用弹簧，在同一夹具中只能选用同一高度段的弹簧。在实际钎焊过程中，随着钎料逐渐熔化，芯子与双金属板之间将逐渐贴合，芯子高度逐渐下降，为保证芯子高度下降时弹簧能对芯子施加相应的压力，需预先计算弹簧应控制的总压缩量，以便在钎焊前进行控制。
③基本压缩量计算：根据双金属板的厚度δ计算基本压缩量δ1，双金属板厚度为0.6mm时，δ1＝0.18×L，L为所选用弹簧的高度段值；双金属板厚度为0.8mm或1.2mm时，δ1＝0.2×L；
已知双金属板厚度0.6mm，芯子与双金属板之间结合面的受力面积为0.12㎡，在表3中选取弹簧高度段为96～100mm进行计算，δ1＝0.18×(96～100)＝17.28～18.00mm。
④预紧压缩量选择：根据芯子的宽度选择预紧压缩量，在弹簧同一高度段下，将芯子宽度分为至少5个等级，对应为K1、K2、K3、K4、K5，每个宽度对应一个δ2值，δ2值根据表4选用。
表4不同高度段弹簧在对应芯子宽度的压缩量(mm)
已知芯子宽度为63～82mm，所选用的弹簧高度段为96～100mm在表4中选取δ2值为1～2mm。
⑤总压缩量计算：计算弹簧的总体压缩量δ＝δ1+δ2。
即：δ＝δ1+δ2＝(17.28～18.00)+(1～2)＝18.28～20mm
由此可知，在钎焊过程中，需控制弹簧的压缩量在18.28～20mm，可达到最佳钎焊效果。
完成计算后，将所选弹簧7装配到弹簧钎焊夹具上，标记弹簧7自由高度时上盖8所在位置；将待焊接的芯子和双金属板安装于下盖1与上盖8之间，预压紧，以所标记的弹簧7自由高度时上盖8所在位置作为参考，将弹簧7的压缩量调整到上述计算所得的δ＝18.28～20mm，并固定，然后对待焊接的芯子和双金属板进行高温钎焊。

Claims (7)

1.一种弹簧钎焊夹具，包括下盖(1)、立杆(3)、压板(5)、卡板(6)、弹簧(7)和上盖(8)，其特征在于：所述下盖(1)与上盖(8)之间连接有若干立杆(3)，所述立杆(3)下端与下盖(1)连接固定，所述上盖(8)可在立杆(3)上滑动；所述上盖(8)上方的立杆(3)伸出部分设有弹簧(7)，所述弹簧(7)两端分别设有压板(5)和卡板(6)。
2.根据权利要求1所述的一种弹簧钎焊夹具，其特征在于：所述立杆(3)上套有限位杆(9)，限位杆(9)的上端位置低于弹簧(7)最大自由高度时上盖(8)下表面所处的高度。
3.根据权利要求1所述的一种弹簧钎焊夹具，其特征在于：所述限位杆(9)与立杆(3)之间通过卡销(2)连接。
4.根据权利要求1所述的一种弹簧钎焊夹具，其特征在于：所述立杆(3)与上盖(8)之间设有套筒(4)。
5.一种弹簧钎焊夹具的弹簧压力控制方法，其特征在于：包括下述步骤：
①弹簧分类：依据相同压缩量下弹簧产生的压力变动量，把不同自由高度的弹簧分为a、b、c三个高度段，其中a为最接近标准弹簧高度的高度段，且a>b>c，在同一夹具中只能选用同一高度段的弹簧；
②弹簧压力测量：分别在各高度段的弹簧不同压缩量及不同受力面积下，测量各弹簧产生的单位面积力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4……Fan，Fb1、Fb2、Fb3、Fb4……Fbn，Fc1、Fc2、Fc3、Fc4……Fcn；
③基本压缩量计算：根据双金属板的厚度δ计算基本压缩量δ1，双金属板厚度为0.6mm时，δ1＝0.18×L，L为所选用弹簧的高度段值，弹簧选用时，按照新弹簧优先的原则选择高度段；双金属板厚度为0.8mm或1.2mm时，δ1＝0.2×L；
④预紧压缩量选择：根据芯子的宽度选择预紧压缩量，在弹簧同一高度段下，将芯子宽度分为至少5个等级，对应为K1、K2、K3、K4、K5，每个宽度对应一个δ2值；
⑤总压缩量计算：计算弹簧的总体压缩量δ＝δ1+δ2。
6.根据权利要求5所述的一种弹簧钎焊夹具的弹簧压力控制方法，其特征在于：所述步骤②中，各高度段下的弹簧压缩量至少分4组即δ1、δ2、δ3、δ4，也即是各高度段下弹簧产生的压力值至少取4组，即Fa1、Fa2、Fa3、Fa4，Fb1、Fb2、Fb3、Fb4，Fc1、Fc2、Fc3、Fc4。
7.根据权利要求1所述的一种弹簧钎焊夹具，其特征在于：所述弹簧(7)采用GH2132材料制作。
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