CN109405618B - 一种异形铝合金散热器、焊接夹具及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异形铝合金散热器，包括散热器本体、翅片，散热器本体内部具有多个台阶，其中一个台阶处于散热器本体内部的中间部，该中间部的台阶具有中心孔，中心孔的外圆周设有多个凹槽；翅片具有多个，连接于散热器本体的外周，每个翅片与散热器本体中心线在同一平面，翅片间的夹角相等，翅片间最小距离不小于翅片宽度最小值的一半。本发明涉及的这种异形铝合金散热器，散热能力强，能够解决寒冷冬季电动汽车室内升温慢的缺陷。该散热器本体内部设有空腔结构，其可安装于水箱柱形端口处，一方面节约空间，另一方面能够将水箱内部温度几乎不浪费的吸收传导散热，节约资源。

Description

一种异形铝合金散热器、焊接夹具及焊接方法

技术领域

本发明属于电动汽车室内温控系统技术领域，具体涉及一种异形铝合金散热器、焊接夹具及焊接方法。

背景技术

应用于电动汽车空调系统中的散热器，一般为钢制散热器，该种散热器具有加工容易的特点，但是它的散热能力比较弱。散热器的散热能力除了与材质有关，与散热器的结构设计也有关系，现有的散热器一般采用的设计主要是把多个相同的散热片并排焊接，并在散热片之间留有间隙，由该间隙构成风道，散热片的形状也一般均为平板状，在平板散热片的上、下两端分别设置散热片连接结构，通过焊接散热片上的散热片连接结构把多个散热片装配在一起，构成散热器；在各个散热片上端拼接焊接构成的面上设置发热器件的安装位置，在各个散热片下端构成的面上设置散热器本身的安装装置；散热片连接结构是，在散热片片体的一面上设有齿状的正面凸棱，相邻两凸棱之间构成正面凹槽；在散热片片体的另外一面上设有齿状的反面凸棱，相邻两凸棱之间构成反面凹槽；正面凸棱和正面凹槽的形状与对应的反面凹槽和反面凸棱的形状对应，在两散热片拼接时，正面凸棱插入反面凹槽、反面凸棱插入正面凹槽，并且彼此的表面密贴。

关于焊接平台或夹具，尤其是方便片式散热器焊接的焊接平台，其技术方案要点包括导轨以及对称设置在导轨上的支座，支座上设置有定距梳齿，定距梳齿上架持有散热片，支座上开设有空腔，空腔内设置有限位夹持机构，空腔内设置有驱动限位夹持机构上下运动的第一驱动机构，第一驱动机构一端与限位夹持机构相连，第一驱动机构相对限位夹持机构的另一端与支座相连。该焊接平台可以焊接不同大小的片式散热器，能够实现焊接翅片的等距离，但该平台或夹具仅适用于平行设置的翅片结构，对于环形设置的翅片结构无法实现焊接。

依据上述散热器设计模式及焊接平台所得到的散热器多用于钢制散热器，在水暖系统中多有应用。用于汽车空调系统中往往不太合适。

散热片因为结构的特殊性，其焊接应设计相对应的夹具。因此，每生产一款新式结构散热器均应附带有其相应的夹具，用于焊接。

现有的电动车，一般到冬季，车内寒冷，室内温度提升较慢。另外，电动汽车的空调系统往往空间有限，对散热器散热能力及体积尺寸要求较高。

发明内容

本发明目提供了一种异形铝合金散热器、焊接夹具及焊接方法，解决了现有散热器传导率小，散热慢，且结构体积庞大的问题。

一种异形铝合金散热器，包括散热器本体、翅片，散热器本体内部具有多个环形台阶，其中一个台阶处于散热器本体内部的中间部，该中间部的台阶具有中心孔，中心孔的内圆面设有多个凹槽；翅片具有多个，连接于散热器本体的外周，每个翅片与散热器本体中心线在同一平面，翅片间的夹角相等，翅片结构尺寸相同，翅片间最小距离不小于翅片宽度最小值的一半。

进一步地，散热器本体为圆锥台形体，散热器本体中心线在每个翅片平面内。

进一步地，散热器本体两端开口，内部的台阶为圆柱形，共有四个台阶，四个台阶从散热器一个开口端向另一个开口端依次排列设置，第三个台阶位于散热器本体的中间部。

进一步地，凹槽的形状为半圆形或者为方形。

一种异形铝合金散热器的焊接夹具，夹具匹配上述异形散热器，夹具包括底座、伸缩杆、夹头和旋转定位结构，旋转定位结构连接于底座中心处，伸缩杆垂直连接于旋转定位结构，与旋转定位结构构成固定角度旋转机构，夹头连接伸缩杆的顶部，夹头具有夹持部，夹持部夹紧翅片。

进一步地，旋转定位结构包括圆形凹槽，圆形凹槽内侧面的一圈为等波长波纹形，伸缩杆上与圆形凹槽内侧面连接处也设有相应的等波长波纹，凹槽内侧面材质为聚乙烯。

进一步地，伸缩杆包括气缸，气缸活塞外端连接夹头。

进一步地，夹持部中间具有缝隙，缝隙的两侧面具有夹持面，夹持面间的垂直距离不大于翅片的宽度。

进一步地，底座上设有两层凸起柱形体凸台，该柱形体凸台与散热器本体的第一台阶和第二台阶形成的环形空间恰好吻合形成紧密连接。

一种异形铝合金散热器的焊接方法，如上述异形铝合金散热器及焊接夹具，把精铸的散热器本体倒置放置在所述夹具上，散热器本体上的环形台阶形成的空间与底座凸台连接，夹具的伸缩杆穿过散热器本体的中心孔，伸缩杆与中心孔间设有空隙，将伸缩杆插入底座上的旋转定位结构内，与旋转定位结构卡在一起，拿取翅片，将翅片放置在夹具的夹头内夹紧，翅片的底部卡在底座的环形定位块上，采用人工焊接或者智能焊接，当第一个翅片焊接完成后，夹头在伸缩杆的控制下升起，旋转伸缩杆，伸缩杆每旋转一次的角度为固定值，该固定的角度与两个翅片间夹角相等，将第二个翅片放置在夹头处夹紧，翅片的底部卡在环形定位块上，再重复以上操作。因此，波纹的波宽和波纹间的距离应根据所要焊接的散热器翅片的数量而定。在图中，可以把定位旋转结构设计的大一些，如何可减少波纹的设计误差，旋转也更加容易控制。

本发明涉及的这种异形铝合金散热器，为适应电动汽车有限的空间结构，而特殊设计的散热器结构形式，其安装于汽车空调系统通向室内的暖气出口处，散热器散热能力强，能够解决寒冷冬季电动汽车室内升温慢的缺陷。另外，该结构内部设有空腔结构，其可安装于水箱柱形端口处，一方面节约空间，另一方面能够将水箱内部温度几乎不浪费的吸收，节约资源。

因本发明的散热器为一种异形结构，因此，其工装设计夹具也应具有相应的结构，该焊接夹具能够实现翅片高精度焊接。

本发明的散热器的焊接方法，依赖于上述焊接夹具，该焊接方法操作简单，能够精确的控制翅片间的夹角，使焊接的精度提高。

附图说明

图1是本发明异形铝合金散热器的俯视图；

图2是本发明异形铝合金散热器剖视图；

图3是本发明异形铝合金散热器与夹具安装后的结构图；

图4是本发明旋转定位结构部分的放大图。

图中：1-翅片；2-第一台阶；3-第二台阶；4-第三台阶；5-中心孔；6-伸缩杆；7-夹头；8-旋转定位结构；9-凹槽；10-圆形凹槽；11-第四台阶；12-橡胶片；13-凸台I；14-凸台II；15-环形定位块。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

铝合金的高效导热性，是保持良好散热功能的决定因素和热能转换的最理想介质。特点是：用时少，供热快，效率高。轻巧伶俐，便于加工是一大特点。同等规格的散热器，铝合金的重量是钢制散热器的1/3。

铝合金散热器在多种散热器中是最轻的，搬运安装方便，同时它的导热性好，散热量大，散热也快，金属热强度高，由于它易挤压成形，会挤压成各种形状散热器，因此外观新颖美观，装饰性强。由于铝氧化后生成氧化铝是最好的保护膜，能避免它进一步氧化，因此它不怕氧化腐蚀，价格适中很受工薪阶层的欢迎。

从制作散热器方面来讲，铝合金制作散热器是最好的一种选择材料。无论是节能、节材、装饰、价位、重量等方面均占优势。就是铜铝、钢铝、不锈钢铝等与铝复合产品均含有铝的成分。铝合金材质制造的散热器无论从哪方面讲，皆优胜于其他材质制造的散热器。

异形铝合金散热器包括散热器本体、翅片1，散热器本体内部具有多个台阶，其中一个台阶处于散热器本体内部的中间部，该中间部的台阶具有中心孔，中心孔的内圆面上设有多个凹槽9；翅片具有多个，连接于散热器本体的外周，每个翅片1与散热器本体中心线在同一平面，翅片间的夹角相等，翅片结构尺寸相同，翅片间最小距离不小于翅片宽度最小值的一半。

翅片1的数量设计可以根据散热器本体直径的大小确定，再者根据电动汽车空调系统内部的空间决定。

散热器本体为圆锥台形体，散热器本体中心线在每个翅片平面内。

散热器本体两端开口，内部的台阶为圆柱形，共有四个台阶，分为第一台阶2、第二台阶3、第三台阶4和第四台阶11。四个台阶从散热器一个开口端向另一个开口端依次排列设置，第三个台阶位于散热器本体的中间部。

凹槽9的形状为半圆形或者为方形。

一种异形铝合金散热器的焊接夹具，匹配如上所述的异形散热器，夹具包括底座、伸缩杆6、夹头7和旋转定位结构8，旋转定位结构连接于底座中心处，伸缩杆垂直连接于旋转定位结构8，与旋转定位结构构成固定角度旋转机构，夹头7连接伸缩杆6的顶部，夹头7具有夹持部，夹持部夹紧翅片。

如图4所示，旋转定位结构包括圆形凹槽10，圆形凹槽10内侧面的一圈为等波长波纹形，伸缩杆6上与圆形凹槽内侧面连接处也设有相应的等波长波纹，圆形凹槽10内侧面材质为聚乙烯。与其连接处的伸缩杆6上的结构也为聚乙烯，二者波纹表面可形成相对滑动，并固定转角，达到控制夹头旋转角度固定的目的。波纹之间设有空隙，为转动提供方便。

伸缩杆6包括气缸，气缸活塞外端连接夹头7。气缸可以选择小型气缸，如选择单作用气缸，该种气缸仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，靠弹簧或自重返回。小型气缸可以使用黄铜材料制造。活塞是气缸中最重要的受力零件，使用高碳钢、表面经镀硬铬处理、或使用不锈钢、以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。

气缸的控制装置设置在夹具之外。

夹持部中间具有缝隙，缝隙的两侧面具有夹持面，夹持面间的垂直距离不大于翅片的宽度。如图3所示，橡胶片12可以采用镶嵌式的方式连接于夹头7的夹持面上。

底座上设有两层凸台，凸台I13和凸台II14，两层凸台与散热器本体的第一台阶和第二台阶形成的环形空间恰好吻合形成紧密连接。

一种异形铝合金散热器的焊接方法，如上述异形铝合金散热器及焊接夹具，把精铸的散热器本体倒置放置在夹具上，底座上设有两层凸台，凸台I13和凸台II14，两层凸台与散热器本体的第一台阶和第二台阶形成的环形空间恰好吻合形成紧密连接，散热器本体上的环形台阶形成的空间与底座凸台连接，可将散热器本体牢牢的卡在凸台上，夹具的伸缩杆穿过散热器本体的中心孔，伸缩杆与中心孔间设有空隙，将伸缩杆插入底座上的旋转定位结构8内，旋转定位结构包括圆形凹槽10，圆形凹槽10内侧面的一圈为等波长波纹形，伸缩杆6上与圆形凹槽内侧面连接处也设有相应的等波长波纹，圆形凹槽10内侧面材质为聚乙烯。与其连接处的伸缩杆6上的结构也为聚乙烯，二者波纹表面可形成相对滑动，并固定转角，达到控制夹头旋转角度固定的目的与旋转定位结构卡在一起，拿取翅片，将翅片放置在夹具的夹头内夹紧，翅片的底部卡在底座的环形定位块上，采用人工焊接或者智能焊接，当第一个翅片焊接完成后，夹头在伸缩杆的控制下升起，旋转伸缩杆，伸缩杆每旋转一次的角度为固定值，该固定的角度与两个翅片间夹角相等，将第二个翅片放置在夹头处夹紧，翅片的底部卡在环形定位块15上，再重复以上操作。

第二个翅片与第一个翅片的夹角为固定的夹角，如果采用普通的夹具焊接导致的结构是夹角误差大，散热器本体的外圆周固定，那么所能够焊接的翅片数量与实际计算数量不等。

再者，散热器本体外圆周为锥形面，其与中心线具有一定的夹角，普通的焊接夹具无法固定，在焊接过程中，容易导致翅片与相邻翅片间具有一定的倾斜角，不仅使外观看起来不工整，尤其是因为翅片的散热能力跟翅片间的间距和翅片数量呈线性关系，翅片间距误差大最终导致实际散热能力与计算散热器能力误差也大。使散热器生产的质量降低。

汽车内部的空调环境系统错综复杂，导致散热器的周围环境也较复杂，无论考虑所受环境的影响而导致散热器受腐蚀，还是因为散热器本身因氧化作用而导致的材质失效，均应考虑在铝合金散热器表面增加防护层，比如热处理。

散热器本体及翅片可以采取的热处理工艺如下：快速退火，加热温度350～410℃；随材料有效厚度的不同，保温时间在30～120min之间；翅片的厚度为3mm-8mm，但在正常加工过程中，翅片的厚度一般都在5mm左右，5mm的翅片结构无论在结构强度、焊接需要和散热能力方面都可以达到最大值。

冷却的方式可以采取空气或水冷。

对于结构体积相对较大的散热器，无论散热器本体的厚度还是翅片的厚度及尺寸，都应增大。那么采用的热处理工艺也应有所改变，其中可以采取高温退火，加热温度为350～500℃，此时翅片成品厚度≥6mm，保温时间为10～30min。

经上述热处理后，整体结构强度高，能够提升因焊接带来的高温耐受力，保持材质不发生变形。热处理后的散热器抗氧化能力也会有所提高，延长散热器的使用寿命。

本发明涉及的这种异形铝合金散热器，为适应电动汽车有限的空间结构，而特殊设计的散热器结构形式，其安装于汽车空调系统通向室内的暖气出口处，散热器散热能力强，能够解决寒冷冬季电动汽车室内升温慢的缺陷。另外，该结构内部设有空腔结构，其可安装于水箱柱形端口处，一方面节约空间，另一方面能够将水箱内部温度几乎不浪费的吸收，节约资源。

因本发明的散热器为一种异形结构，因此，其工装设计夹具也应具有相应的结构，该焊接夹具能够实现翅片高精度焊接。

本发明的散热器的焊接方法，依赖于上述焊接夹具，该焊接方法操作简单，能够精确的控制翅片间的夹角，使焊接的精度提高。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种异形铝合金散热器，其特征在于：包括散热器本体、翅片，散热器本体内部具有多个环形台阶，其中一个台阶处于散热器本体内部的中间部，该中间部的台阶具有中心孔，中心孔的内圆面设有多个凹槽；所述翅片具有多个，连接于散热器本体的外周，每个翅片与散热器本体中心线在同一平面，翅片间的夹角相等，翅片结构尺寸相同，翅片间最小距离不小于翅片宽度最小值的一半；夹具的伸缩杆穿过散热器本体的中心孔；散热器倒置在夹具上，底座上设有的两层凸台与散热器本体的第一台阶和第二台阶形成的环形空间吻合形成紧密连接。

2.根据权利要求1所述的一种异形铝合金散热器，其特征在于：所述散热器本体为圆锥台形体，散热器本体中心线在每个翅片平面内。

3.根据权利要求2所述的一种异形铝合金散热器，其特征在于：所述散热器本体两端开口，内部的台阶为圆柱形，共有四个台阶，四个台阶从散热器一个开口端向另一个开口端依次排列设置，第三个台阶位于散热器本体的中间部。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种异形铝合金散热器，其特征在于：所述凹槽的形状为半圆形或者为方形。

5.一种异形铝合金散热器焊接夹具，其特征在于，所述夹具匹配权利要求1-4中任一项所述的异形铝合金散热器，夹具包括底座、伸缩杆、夹头和旋转定位结构，旋转定位结构连接于底座中心处，伸缩杆垂直连接于旋转定位结构，与旋转定位结构构成固定角度旋转机构，夹头连接伸缩杆的顶部，夹头具有夹持部，所述夹持部夹紧翅片。

6.根据权利要求5所述的一种异形铝合金散热器焊接夹具，其特征在于：所述旋转定位结构包括圆形凹槽，圆形凹槽内侧面的一圈为等波长波纹形，伸缩杆上与圆形凹槽内侧面连接处也设有相应的等波长波纹。

7.根据权利要求6所述的一种异形铝合金散热器焊接夹具，其特征在于：所述凹槽内侧面材质为聚乙烯。

8.根据权利要求5所述的一种异形铝合金散热器焊接夹具，其特征在于：所述伸缩杆包括气缸，气缸活塞外端连接夹头。

9.根据权利要求5所述的一种异形铝合金散热器焊接夹具，其特征在于：所述夹持部中间具有缝隙，缝隙的两侧面具有夹持面，夹持面间的垂直距离不大于翅片的宽度。

10.一种异形铝合金散热器焊接方法，其特征在于：根据权利要求6-9中任一项所述的异形铝合金散热器焊接夹具，把精铸的散热器本体倒置放置在所述夹具上，散热器本体上的环形台阶形成的空间与底座凸台连接，夹具的伸缩杆穿过散热器本体的中心孔，伸缩杆与中心孔间设有空隙，将伸缩杆插入底座上的旋转定位结构内，与旋转定位结构卡在一起，拿取翅片，将翅片放置在夹具的夹头内夹紧，翅片的底部卡在底座的环形定位块上，采用人工焊接或者智能焊接，当第一个翅片焊接完成后，夹头在伸缩杆的控制下升起，旋转伸缩杆，伸缩杆每旋转一次的角度为固定值，该固定的角度与两个翅片间夹角相等，将第二个翅片放置在夹头处夹紧，翅片的底部卡在环形定位块上，再重复以上操作。

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