蒸發(fā)器芯體管路組件焊接夾具的設(shè)計(jì)

張 毅，李志剛，施會慶，李明濤

（1.中航工業(yè)豫新汽車空調(diào)股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)新能電動汽車有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

蒸發(fā)器芯體管路組件焊接夾具的設(shè)計(jì)

張 毅1，李志剛2，施會慶1，李明濤1

（1.中航工業(yè)豫新汽車空調(diào)股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)新能電動汽車有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

通過對某車用空調(diào)總成蒸發(fā)器芯體中的芯體管路組件焊接夾具的設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品的尺寸與位置精度得到保證的同時，又保證了焊接品質(zhì)與焊接生產(chǎn)效率。對其它類似的芯體管路組件在進(jìn)行組焊焊接時對其焊接夾具的設(shè)計(jì)起到了一定的借鑒意義。

蒸發(fā)器芯體；芯體管路組件；焊接夾具；調(diào)節(jié)板；變位螺孔

在車用空調(diào)產(chǎn)品中，其兩器芯體（即蒸發(fā)器芯體和冷凝器芯體）對整個產(chǎn)品的實(shí)際使用效果起到關(guān)鍵的作用。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為保證產(chǎn)品各零部件的生產(chǎn)與制造精度，必須設(shè)計(jì)一些工藝裝備或夾具等來保證產(chǎn)品的制造精度。工藝裝備或夾具的設(shè)計(jì)制造品質(zhì)直接映射到芯體總成的品質(zhì)?，F(xiàn)就某車用空調(diào)器蒸發(fā)器芯體總成的芯體管路組件焊接夾具的設(shè)計(jì)過程做如下介紹。

1 蒸發(fā)器芯體總成及芯體管路組件

該車用空調(diào)器的蒸發(fā)器芯體總成如圖1所示。

圖1 蒸發(fā)器芯體總成

由圖1可知該芯體總成由蒸發(fā)器芯體、芯體管路組件、膨脹閥、膨脹閥壓板及相連接的螺釘標(biāo)準(zhǔn)件等經(jīng)組焊焊接后裝配而成。蒸發(fā)器芯體為裸芯體，其與膨脹閥為外購件，膨脹閥壓板用機(jī)械加工并表面處理。芯體管路組件如圖2所示。

圖2 芯體管路組件

根據(jù)圖2，該組件的焊接需要設(shè)計(jì)制作相應(yīng)的焊接夾具，將組件中的進(jìn)液管與排氣管用氧氣、乙炔火焰焊接的方法與芯體管壓板焊接在一起。

2 芯體管路組件焊接夾具的設(shè)計(jì)過程

由圖2分析可知，兩管件的形狀復(fù)雜，屬于異形管件且需焊接的位置與水平面呈31.5°的傾斜狀態(tài)，如果直接在該角度下進(jìn)行焊接操作，其焊接品質(zhì)將很難保證，必須將傾斜的焊接位置經(jīng)旋轉(zhuǎn)變位改為水平方位后再進(jìn)行焊接。在焊接前，先分別將兩管件插入已確定好位置的管壓板零件的沉孔中，而后將兩定位釘分別插入管件內(nèi)定位，此時便對焊接的位置進(jìn)行了準(zhǔn)確的定位，之后便可進(jìn)行焊接操作。由前面的描述，所設(shè)計(jì)的芯體管路組件焊接夾具如圖3所示。

圖3 芯體管路組件組焊夾具

由圖3可以非常直觀地看到在焊接操作時零件在夾具內(nèi)的定位情況。

2.1 支撐釘?shù)脑O(shè)計(jì)

因所焊接零件材料均為鋁材質(zhì)，為減少焊接時焊接熱對夾具所造成的影響，要由支撐釘將整個組件支撐起來，并選用不銹鋼材料以避免采用同種材料相接觸而產(chǎn)生熱熔。芯體管壓板上的孔徑需設(shè)計(jì)2個不同的支撐釘與其配合。支撐釘如圖4所示。

圖4 支撐釘1、支撐釘2

支撐釘下端插入底座的插裝孔內(nèi)形成配合，上端插入芯體管壓板上?12 mm、?8.5 mm兩孔中。芯體管壓板如圖5所示。

為便于將焊好的管路組件從支撐釘上取下，支撐釘上端尺寸的設(shè)計(jì)與芯體管壓板上?12 mm、?8.5 mm兩孔不形成配合僅起到支撐作用。

圖5 芯體管壓板

2.2 定位釘?shù)脑O(shè)計(jì)

在用支撐釘對組焊零件支撐后，必須對組件上的進(jìn)液管與排氣管的位置進(jìn)行定位，以保證正確的焊接位置。2個管件如圖6所示。

圖6 排氣管、進(jìn)液管

排氣管和進(jìn)液管的外徑分別為?16 mm、?12 mm，壁厚均為1.2 mm，其內(nèi)徑分別為?13.6 mm、?9.6 mm。考慮到焊接后受焊接熱的影響，為便于定位釘退出，其尺寸設(shè)計(jì)與管件內(nèi)徑不形成配合僅起導(dǎo)向定位用。定位釘如圖7所示。

圖7 定位釘1、定位釘2

釘上螺孔是連接調(diào)節(jié)板的，在使用時，用螺釘與調(diào)節(jié)板連接為一體。

2.3 調(diào)節(jié)板的設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)板在管路組件的焊接操作中起到了重要的作用。焊前先松開兩蝶型螺母，使調(diào)節(jié)板在調(diào)節(jié)槽中向右上方移動，再將待焊接的零件依次放入夾具內(nèi)，然后移動調(diào)節(jié)板向左下方使定位釘同時插入兩管件內(nèi)定位后，再擰緊兩蝶型螺母后便可焊接操作。在焊接完成后按逆順序：先松開兩蝶型螺母，使調(diào)節(jié)板沿調(diào)節(jié)槽向右上方移動使定位釘從管內(nèi)退出，再將焊好的管件從支撐釘上取下。已知定位釘?shù)拈L度分別為：18 mm、10 mm，取最長的18 mm。支撐釘插入芯體管壓板的深度為8 mm，調(diào)節(jié)板的調(diào)節(jié)槽調(diào)節(jié)范圍為30 mm，經(jīng)模擬演示以保證在取出焊好的管路組件時，調(diào)節(jié)板向右上方移動到槽的極限位置處而不會發(fā)生干涉現(xiàn)象，故可順利地將焊好的管路組件從支撐釘上取下。調(diào)節(jié)板如圖8所示。

圖8 調(diào)節(jié)板

調(diào)節(jié)板為一鈑金折彎件，在其長邊加工有便于移動調(diào)節(jié)的長圓形調(diào)節(jié)槽，其中調(diào)節(jié)槽定位尺寸的設(shè)計(jì)要大于兩蝶型螺母的碟翼片，方位一致時中間仍有距離而不會產(chǎn)生干涉情況，短邊鉆有與定位釘連接用的螺釘過孔以連接定位釘。

2.4 底座的設(shè)計(jì)

底座是夾具的基礎(chǔ)件也是關(guān)鍵件，對保證焊接位置的準(zhǔn)確定位起到了決定性作用。其上面加工有與支撐釘相配合的插裝孔和進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換的變位孔以及矩形減重孔。具體形式如圖9所示。

圖9 底座

因支撐釘?shù)拇蠖伺c插裝孔裝配后形成配合，查閱相關(guān)手冊，由支撐釘大端尺寸選配合公差為h11/H11的小間隙配合。變位孔是底座上起關(guān)鍵作用的角度轉(zhuǎn)換孔，因管路組件需焊接的位置與水平面成31.5°的傾斜夾角。如在該角度下用焊絲、焊劑直接進(jìn)行氧氣、乙炔火焰焊接，焊絲經(jīng)高溫熔化后的液態(tài)金屬，會因該角度的存在并在重力作用下沿芯體管壓板表面流淌，而很難進(jìn)入焊接區(qū)形成焊縫，不僅對焊接品質(zhì)產(chǎn)生非常不利的影響，而且對芯體管壓板的表面也會形成損傷。所以，對該處的焊接位置必須采取相應(yīng)措施將原來傾斜的焊接位置變?yōu)樽钣欣诤附拥乃轿恢?，使得焊接的品質(zhì)得以保證。將原焊接位置順時針轉(zhuǎn)31.5°變?yōu)樗轿恢煤螅藛栴}便得以順利解決。在對原傾斜位置模擬演示旋轉(zhuǎn)后，通過合理地尋找變位點(diǎn)，最終確定兩變位螺孔的位置尺寸。為保證變位螺孔位置尺寸的精度，在進(jìn)行鉆孔時，可利用數(shù)控機(jī)床對其進(jìn)行定位加工。矩形減重孔的作用主要有2個方面：一方面起減重作用，另一方面在進(jìn)行焊接操作時，焊接工作臺是要沿焊縫進(jìn)行周邊的旋轉(zhuǎn)以保證對整個焊縫進(jìn)行焊接金屬填充，整個組焊夾具在焊接時的重心位置較高，工作臺在焊接旋轉(zhuǎn)時容易傾倒，夾具需要在工作臺上進(jìn)行固定，可以利用該減重孔從中穿入壓板，用螺釘將其與工作臺連接緊固起來，這樣便將夾具牢牢地固定在工作臺上，解決了工作臺在焊接旋轉(zhuǎn)時夾具的傾倒問題。

圖10 隔套

2.5 隔套的設(shè)計(jì)

隔套的長度由調(diào)節(jié)板和底座經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算得出。已知調(diào)節(jié)板中尺寸29 mm為兩管件焊接后的中心尺寸，其一半為14.5 mm，底座上支撐釘?shù)脑O(shè)計(jì)定位尺寸是以底座板厚的中線來設(shè)計(jì)的，與兩管件中心尺寸的中線相重合，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)相重合，符合基準(zhǔn)重合原則。調(diào)節(jié)板上第1處孔的定位尺寸為16 mm，即設(shè)計(jì)推算出底座板厚的一半+隔套長度+調(diào)節(jié)板板厚=管件中心尺寸的一半+調(diào)節(jié)板上第1處孔的定位尺寸。將等式兩邊分別代入相關(guān)尺寸數(shù)值：12.5 mm+隔套長度+3 mm=14.5 mm+16 mm，計(jì)算得出隔套長度為15 mm?？紤]到板件厚度大多為負(fù)差，故將隔套長度定為14.8 mm。隔套中的孔是為插入與蝶型螺母M5相配合的六角螺栓M5×50而設(shè)計(jì)的。隔套如圖10所示。

3 芯體管路組件焊接夾具的操作使用

芯體管路組件焊接前應(yīng)先將夾具裝配組合好：先將兩M5×50的螺栓旋入底座的變位螺孔中并緊固（以后此兩螺栓將不再取下），而后將兩支撐釘分別裝入底座插裝孔中，兩定位釘用螺釘與調(diào)節(jié)板相連接，再在底座的螺栓上依次穿入隔套、調(diào)節(jié)板，并用蝶型螺母緊固。具體使用操作時：先松開兩蝶型螺母，使調(diào)節(jié)板向右上方移動到調(diào)節(jié)槽極限處，然后將芯體管壓板安放在兩支撐釘上，再分別將待焊接的進(jìn)液管與排氣管插入芯體管壓板的沉孔中，此時將調(diào)節(jié)板向左下方沿調(diào)節(jié)槽移動，直到兩定位釘插入管件內(nèi)定好位后，最后再擰緊兩蝶型螺母進(jìn)行緊固，這樣便將待焊接的芯體管路組件的位置準(zhǔn)確定位固定下來。

焊接位置定位固定后便可進(jìn)行焊接操作，旋轉(zhuǎn)工作臺沿管件周邊形成滿焊焊縫。焊接完成后，先松開兩蝶型螺母將調(diào)節(jié)板向右上方移動，使定位釘從進(jìn)液管與排氣管中退出，再將焊好的組件從支撐釘上取下即可。然后按照：放芯體管壓板→放進(jìn)液管、排氣管→移動調(diào)節(jié)板→緊固蝶型螺母→焊接操作→松開蝶型螺母→移動調(diào)節(jié)板→取下焊好的組件，按此工藝順序進(jìn)入下一個管路組件的焊接。

4 夾具設(shè)計(jì)總結(jié)

在沒有此焊接夾具前，該芯體管路組件的焊接工作基本上是無法進(jìn)行定位焊接的，尺寸與位置精度更是無從談起。該焊接夾具的設(shè)計(jì)很好地解決了此管路組件的焊接工作，經(jīng)班組實(shí)際使用近一年多來反映使用效果良好。具有尺寸與位置精度一致性好、工作效率高、使用操作簡便、生產(chǎn)制造成本低等特點(diǎn)，為其他相類似的芯體管路組件的焊接夾具的設(shè)計(jì)提供了參考，具有一定的借鑒意義。

［1］ 朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］ 陳宏鈞.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［3］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第2卷）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［4］ 張毅，李慶民，吳方利，等.蒸發(fā)器芯體管路組件組焊工藝裝備的設(shè)計(jì)［J］.汽車電器，2016（6）：63-66.

（編輯 楊 景）

豐田因減輕重量贏得Altair Enlighten獎；普銳斯Prime、雷克薩斯LC500上的CFRP內(nèi)板

豐田因減輕重量贏得Altair Enlighten獎；普銳斯Prime、雷克薩斯LC500上的CFRP內(nèi)板

在CAR管理簡報(bào)研討會（MBS）上，豐田汽車公司贏得了旨在使用創(chuàng)新的減輕車輛封閉系統(tǒng)重量的Alitair Enlighten獎。該獎項(xiàng)旨在表彰豐田在普銳斯Prime舉升式車門以及雷克薩斯LC500側(cè)門和行李箱上使用碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）內(nèi)板。

在與Alitair、SAE國際及汽車研究中心（CAR）的合作中，該Alitair Enlighten獎是專門為確認(rèn)汽車減重創(chuàng)新而設(shè)置的行業(yè)唯一獎項(xiàng)，2017年是該項(xiàng)目的第五年。

豐田的獲獎項(xiàng)目涉及公司在外來車輛領(lǐng)域擴(kuò)展CFRP,憑借這種新型輕量化技術(shù)，與同樣尺寸的普通鋁合金舉升式車門相比，普銳斯Prime的重量減輕了40%，雷克薩斯LC的側(cè)門與常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)相比，減少了47%的重量，行李箱減少了40%的重量。

對豐田來說，這些系統(tǒng)的輕量化是為了提高電池的行駛范圍并提高了普銳斯Prime插電式混合動力車舉升式車門的可用性。雷克薩斯LC的減重則是為了增強(qiáng)轎跑車的動態(tài)性能。

豐田的Alitair Enlighten獎在世界級制造大會期間，MBS開幕的當(dāng)天被發(fā)布的。

（信息來源：2017.7.31 Green Car Congress） ess戴朝典編譯

Design of Welding Jig for Evaporator Core Pipe Component

ZHANG Yi1，LI Zhi-gang2，SHI Hui-qing1，LI Ming-tao1
（1.China Aviation Industry Yuxin Automobile Air-conditioning Co.，Ltd.，Xinxiang 453000，China；2.Henan Xinxiang Xinneng Electric Automobile Co.，Ltd.，Xinxiang 453000，China）

Through the design of welding jig for a vehicle A/C evaporator core pipe，the product size and position accuracy is ensured，as well as the welding quality and productivity，This is a reference for other similar core pipe welding jig design.

evaporator core body；core body pipe components；welding jig；adjusting plate；displacement screw hole

U463.851

A

1003-8639（2017）09-0077-04

2016-12-14

張毅（1983-），男，工程師，技師，注冊二級建造師，主要從事焊接夾具的設(shè)計(jì)與制造工作；李志剛（1982-），男，工程師，主要從事新能源車輛的底盤改裝與設(shè)計(jì)工作；施會慶（1982-），男，助理工程師，主要從事車用空調(diào)產(chǎn)品的技術(shù)調(diào)試工作；李明濤（1983-），男，助理工程師，主要從事車用空調(diào)產(chǎn)品的技術(shù)調(diào)試工作。