蒸發(fā)器芯體焊接夾具的改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)

張 毅， 郜 軍， 司崢樺

（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.中航工業(yè)新鄉(xiāng)平原航空器材有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

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)的制造精度對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的實(shí)際使用效果起到關(guān)鍵的作用，為保證產(chǎn)品的制造精度和生產(chǎn)效率，其相關(guān)的一些工藝裝備或夾具的設(shè)計(jì)對(duì)其起到重要的作用。工藝裝備或夾具的設(shè)計(jì)制造水平直接反映在芯體總成上面來，現(xiàn)就某車用空調(diào)蒸發(fā)器芯體焊接夾具的改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)過程做如下介紹。

1 原蒸發(fā)器芯體焊接夾具的樣式與存在的問題

原蒸發(fā)器芯體焊接夾具的樣式如圖1所示。

由圖1可知，該芯體焊接夾具是采用兩定位釘插入芯體上的芯體管壓板中的兩孔內(nèi)進(jìn)行定位的，兩定位釘在插入壓板的兩孔內(nèi)后將芯體上待焊接的進(jìn)出管路組件定位到正確的焊接位置從而進(jìn)行裸芯體與管路組件的組焊焊接操作，在焊接完成后將焊好的芯體向后方退出即可。這樣的焊接夾具設(shè)計(jì)，從理論上來說是可以的，但在實(shí)際的焊接操作使用過程中非常不便，會(huì)存在一些問題，使得操作者對(duì)其夾具的設(shè)計(jì)并不滿意。

經(jīng)與操作人員溝通，其夾具在使用中主要存在以下幾個(gè)方面的問題和隱患。

1)焊接中容易燒傷芯體表面的翅片。由于焊接是采用火焰釬焊的形式，焊槍的高溫火焰在待焊處進(jìn)行焊接作業(yè)，熾熱的火焰在圍繞著管路組件焊接時(shí)存在火焰對(duì)芯體上的翅片加熱與烘烤作用，容易造成廢品的產(chǎn)生。

2)在焊接定位時(shí)是采用夾具向前插入芯體中的方式進(jìn)行定位的，在焊接完成后則是芯體從夾具中退出的方式。因?yàn)楹附游恢镁嚯x夾具非常近，在焊接后其整個(gè)夾具的溫度也因焊接時(shí)火焰的影響溫度很高非常燙手，所以只能采用將芯體從夾具中退出的方式。而這樣焊好后的芯體在工作臺(tái)上滑移極容易滑傷芯體表面，同時(shí)高溫的夾具在再次使用時(shí)必須先放入冷水中冷卻后再取出使用，這樣不僅對(duì)夾具的使用壽命有影響，也在無形中增加了額外的工作量，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的效率有影響。

3)夾具的設(shè)計(jì)架體較小、寬度較短與芯體的接觸面短定位精度較低，而架體上安裝兩定位釘處的懸深較長(zhǎng)，使得整個(gè)夾具呈一種“趴”著的狀態(tài)，不利于按定置管理的規(guī)范放置夾具，整體外表也不美觀。

圖1 原蒸發(fā)器芯體焊接夾具

4)夾具的使用壽命短。因?yàn)樵谛倔w焊接完成后其夾具表面的高溫余熱不能立即進(jìn)行使用，必須先放入冷水中冷卻后才能繼續(xù)使用。在這種對(duì)夾具持續(xù)熱脹冷縮的過程中夾具的精度下降很快，特別是在浸水后非常容易產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象造成其使用壽命縮短。

綜上所述的4個(gè)方面的問題，說明該焊接夾具的設(shè)計(jì)是存在問題的，必須重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與改進(jìn)，以避免上面所出現(xiàn)的一些問題，真正做到讓操作者感到滿意好用的夾具。

2 新蒸發(fā)器芯體焊接夾具的設(shè)計(jì)過程

圖1中原夾具的定位是采用定位釘插入芯體的管路組件中進(jìn)行定位的，這樣夾具體就不可避免地和組焊焊接處在同一側(cè)。如果將夾具體設(shè)計(jì)在遠(yuǎn)離焊接處的位置，這樣就會(huì)避免焊接時(shí)焊槍火焰對(duì)夾具造成的影響，也就不存在進(jìn)行夾具冷卻的工作從而避免了夾具的銹蝕現(xiàn)象，提高夾具的使用壽命。

同樣，仍是采用定位釘插入管路組件的方式進(jìn)行定位，并同時(shí)針對(duì)上述問題進(jìn)行一些有目的性的改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如：對(duì)焊接時(shí)焊槍火焰存在燒傷芯體表面翅片的問題，增設(shè)了擋焰板使火焰被擋焰板所阻擋，避免對(duì)芯體表面翅片的燒傷等一系列的改進(jìn)與優(yōu)化措施。重新設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器芯體焊接夾具如圖2所示。由圖2中可以清楚地看到芯體在焊接操作時(shí)在夾具中的定位情況。

圖2 新蒸發(fā)器芯體焊接夾具

2.1 架體的設(shè)計(jì)

架體是整個(gè)焊接夾具的基礎(chǔ)件也是關(guān)鍵件，對(duì)保證焊接位置的準(zhǔn)確定位起到?jīng)Q定性的作用，其具體形式如圖3所示。

從圖3中可以看出整個(gè)架體是由4個(gè)零件經(jīng)組焊而成，在制造時(shí)，為防止較多的零件組焊焊接造成架體的焊接變形，所有焊接部位均采用點(diǎn)焊的方式進(jìn)行焊接。

首先從架體組件上支架的改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)入手。針對(duì)原焊接夾具中的問題3)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，加長(zhǎng)了支架的寬度，使與芯體相接觸的定位面增大了繼而提高了定位精度；在長(zhǎng)度方向上由于是采用夾具移動(dòng)而芯體不動(dòng)焊后將芯體取出的方式，其左側(cè)定位懸深長(zhǎng)度縮短的同時(shí)增加了右側(cè)與工作臺(tái)接觸的長(zhǎng)度，以增大支架與工作臺(tái)的接觸面積提高其整體的穩(wěn)定性和剛性；支架上除了設(shè)計(jì)有安裝兩定位釘?shù)摩?.5 mm的過絲孔外，為保證在上面焊接擋焰板位置的準(zhǔn)確定位，在支架上焊接擋焰板的位置處用銑刀銑出寬3 mm、長(zhǎng)20 mm、深1.5 mm的定位槽來對(duì)擋焰板的焊接位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。其整個(gè)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖3 架體

圖4 支架

在架體中另一個(gè)針對(duì)原夾具中的問題1)所設(shè)計(jì)的擋焰板如圖5所示。

圖5 擋焰板

雖然其外形簡(jiǎn)單只是普通的鈑金折彎件，但其尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算非常關(guān)鍵，其長(zhǎng)度尺寸的設(shè)計(jì)直接決定了其能否有效進(jìn)行焊接操作時(shí)的擋焰以及擋焰的效果。要求同時(shí)保證擋焰時(shí)與取出焊好的芯體后移出時(shí)不發(fā)生任何干涉現(xiàn)象，兼顧這2種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的情況，以保證在側(cè)向移動(dòng)夾具取出焊好的芯體時(shí)擋焰板不與芯體相碰撞干涉有一定的間隙；在進(jìn)行定位后焊接操作時(shí)擋焰板與待焊接處有合適的距離。經(jīng)模擬演示這2種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的情況將擋焰板的尺寸設(shè)計(jì)為圖5所示尺寸，并為防止在對(duì)其與支架定位焊時(shí)焊錯(cuò)位置進(jìn)行了防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，將其擋焰的工作面端部設(shè)計(jì)為兩2-R5 mm的圓角以防止發(fā)生錯(cuò)焊。

圖6 加強(qiáng)筋一、加強(qiáng)筋二

將余下的兩加強(qiáng)筋一、二 (圖6)按尺寸位置分別點(diǎn)焊到支架上，這樣便構(gòu)成了圖3所示的整個(gè)架體。在架體組焊完成后，為防止出現(xiàn)原夾具中的問題4)，將整個(gè)焊接完成的架體整體進(jìn)行發(fā)藍(lán)或鍍鋅的表面處理，以防止在存放和使用過程中出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，保證夾具的定位精度延長(zhǎng)其使用壽命。

2.2 定位釘?shù)脑O(shè)計(jì)

定位釘是保證待焊的芯體組件在夾具中占據(jù)正確的焊接位置，根據(jù)芯體上的芯體管路壓板的尺寸來進(jìn)行設(shè)計(jì)。已知芯體管路壓板尺寸如圖7所示。

圖7 芯體管路壓板

管路壓板兩孔的尺寸考慮到焊接后因受焊接熱的影響，為便于從壓板孔中退出，其尺寸設(shè)計(jì)與壓板上的兩孔不形成配合，僅起導(dǎo)向定位用。其兩定位釘如圖8所示。

圖8 定位釘一、定位釘二

釘上螺孔是連接架體的，使用時(shí)用螺釘與架體連接為一體。為避免原夾具中的問題4)，防止定位釘出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象失去定位作用，其定位釘材料設(shè)計(jì)上選用不銹鋼材料以保證定位精度延長(zhǎng)使用壽命。

3 新焊接夾具的操作使用

蒸發(fā)器芯體組焊焊接前應(yīng)先將夾具裝配組合好，將待焊的蒸發(fā)器裸芯體放在工作臺(tái)上，然后將芯體進(jìn)出口管路組件放在芯體上待焊位置處并進(jìn)行組對(duì)。而后將裝配好的夾具放在芯體左側(cè)并從側(cè)面移入，調(diào)整好夾具的位置使兩定位釘插入到芯體管路壓板孔內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確定位后便可進(jìn)行焊接操作。待焊接完成后，從后面輕推夾具使兩定位釘先從壓板孔中退出，最后再將夾具側(cè)向移動(dòng)離開芯體。按照“放裸芯體→放進(jìn)出口管路組件→夾具調(diào)整定位→焊接操作→夾具移位→取出焊好的芯體組件”的工藝順序進(jìn)入下一個(gè)芯體的焊接。

4 新夾具設(shè)計(jì)總結(jié)

在沒有進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)前使用原夾具存在著前面的4個(gè)主要問題，造成生產(chǎn)效率產(chǎn)能低下、夾具短時(shí)間內(nèi)便出現(xiàn)銹蝕喪失使用價(jià)值。新的夾具經(jīng)過有針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)后去除了額外的生產(chǎn)操作，使焊接作業(yè)得以流水化進(jìn)行，大大提高了生產(chǎn)效率，且因操作時(shí)芯體始終保持不動(dòng)也保證了芯體的外觀和表面品質(zhì)。優(yōu)化改進(jìn)后的夾具被班組使用近一年多來，反映使用效果非常好，具有尺寸精度好、工作效率高、操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)制作成本低等特點(diǎn)，并使我們?cè)谝院蟮脑O(shè)計(jì)工作中更加注重實(shí)際使用效果和細(xì)節(jié)以養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣。