某直升機(jī)空調(diào)蒸發(fā)器芯體焊接夾具的設(shè)計(jì)

張毅，李志剛，何予東，張秀文

1.中鐵工程裝備集團(tuán)隧道設(shè)備制造有限公司 河南新鄉(xiāng) 453000

2.河南豫氫裝備有限公司 河南新鄉(xiāng) 453000

3.中航工業(yè)新鄉(xiāng)航空工業(yè)集團(tuán)第一三四廠 河南新鄉(xiāng) 453000

1 序言

中航工業(yè)新鄉(xiāng)航空工業(yè)集團(tuán)第一三四廠（以下簡稱“一三四廠”）是專業(yè)生產(chǎn)制造各類軍用飛機(jī)空調(diào)器產(chǎn)品的企業(yè)。在空調(diào)器產(chǎn)品中其兩器芯體（蒸發(fā)器芯體和冷凝器芯體）對整個(gè)產(chǎn)品的作用非常重要，在生產(chǎn)中常需設(shè)計(jì)一些工裝或夾具等，以保證芯體的生產(chǎn)制造質(zhì)量和精度。由于工裝或夾具的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量直接映射到產(chǎn)品的總成質(zhì)量和精度[1]，因此工裝夾具的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文就某直升機(jī)空調(diào)中的蒸發(fā)器芯體的組焊焊接夾具的設(shè)計(jì)過程，做一簡要介紹。

2 蒸發(fā)器芯體

蒸發(fā)器芯體如圖1所示。由圖1可知，該蒸發(fā)器芯體由蒸發(fā)器裸芯體和進(jìn)出管組件經(jīng)組焊焊接而成，在圖1中其進(jìn)出管組件與裸芯體的焊接角度為2.2°，為保證該角度的精度要求，必須設(shè)計(jì)制作相應(yīng)的焊接夾具，才能有效地保證芯體的焊接精度。

圖1 蒸發(fā)器芯體

3 焊接夾具的設(shè)計(jì)

由圖1分析可知，該2.2°的焊接角度用常規(guī)的角度量規(guī)無法實(shí)現(xiàn)，必須從其他方面拓展思路來保證該角度的焊接。芯體的進(jìn)出管組件如圖2所示。

圖2 進(jìn)出管組件

管組件最下端是采用常規(guī)的管壓板，根據(jù)一三四廠對芯體焊接夾具的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，常采用將兩定位銷插入管壓板上的兩孔內(nèi)進(jìn)行定位的方式，因此該焊接夾具的組焊定位仍是先將裸芯體放入夾具底座的擋板內(nèi)，然后將定位銷插入管壓板兩孔內(nèi)進(jìn)行定位。對于前述焊接角度的問題就轉(zhuǎn)換為相對容易處理的兩定位銷的位置問題，定位銷安裝在滑移座上，只要確定好滑移座的合適位置，就使喚此角度的焊接問題得以化解，然后通過滑移座的前后滑移來進(jìn)行定位焊接并將焊好的芯體從夾具中取出[2]。

由前面描述所設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器芯體焊接夾具如圖3所示。

從圖3中可以直觀地看出零件在夾具內(nèi)的位置。

1）底座是整個(gè)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?jīng)Q定性作用。其采用板件組焊的方式將各板件焊接在底板上，具體形式如圖4所示。

圖3 芯體焊接夾具

圖4 底座

圖4中各板件的制作除底板需另加工外，其余均采用激光切割下料即可使用。底板采用激光切割下料出外形尺寸后，還需在其平面上分別加工出靠板和墊塊焊接的定位槽，其中墊塊的定位槽和槽內(nèi)的孔是為了將墊塊和螺母依次焊接后與滑移座上滑移槽內(nèi)的蝶形螺栓相配合，以控制滑移座前后滑移，從而實(shí)現(xiàn)定位銷在管壓板孔內(nèi)的插入與退出，其加工位置的精度要求較高，應(yīng)進(jìn)行精確定位加工，底板設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 底板

這樣在后面與滑移座和蝶形螺栓組合裝配后，使用時(shí)可保證芯體焊接角度2.2°的準(zhǔn)確可靠，使該角度的焊接問題變?yōu)榈装迳隙ㄎ徊酆涂椎募庸栴}，利用現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)可輕松解決。底板制作完成后，按圖4分別將各零件依次焊接到底板上，螺母M6焊在墊塊的預(yù)留孔內(nèi)。

2）滑移座在芯體的焊接操作中起重要作用，焊前先松開兩蝶形螺栓，將滑移座沿滑移槽向后方移動，將待焊接的零件依次放入夾具內(nèi)，然后輕推滑移座沿滑移槽向前方滑移，待兩定位銷同時(shí)插入管壓板孔內(nèi)一定深度后，再擰緊兩蝶形螺栓即可進(jìn)行焊接。焊接完成后，按逆順序?qū)⒑负玫恼舭l(fā)器芯體從夾具中取出。

經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整后，其具體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)定為兩定位銷長度（定位部分）10mm，滑移座上滑移槽的調(diào)節(jié)范圍為31mm，同時(shí)為防止在定位銷插入定位時(shí)，滑移座與芯體部分產(chǎn)生干涉，特將其再次進(jìn)行折彎，折彎的高度為20mm。按上述的尺寸設(shè)計(jì)數(shù)值經(jīng)模擬演示可保證在焊接芯體時(shí)，定位銷插入管壓板孔內(nèi)9mm起到有效的定位作用，同時(shí)芯體與折彎板有5mm間隙距離不產(chǎn)生干涉。在焊接完成后，定位銷從管壓板孔中退出，取出焊好的芯體時(shí)，其距芯體距離最近的定位銷與芯體間距4mm也不產(chǎn)生干涉。具體設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 滑移座

滑移座的折彎板零件為多次折彎件，在短邊加工有便于滑移調(diào)節(jié)的滑移槽，槽的定位尺寸設(shè)計(jì)要大于蝶形螺栓的兩碟翼片長度尺寸，以保證在擰緊蝶形螺栓時(shí)不會產(chǎn)生干涉；長邊有為防止滑移時(shí)與芯體相干涉而專門設(shè)計(jì)的向后折彎，以保證焊接時(shí)對芯體進(jìn)行有效地避讓，防止干涉，上端鉆有與定位銷聯(lián)接用的螺釘過孔，以聯(lián)接兩定位銷[3]，設(shè)計(jì)形式如圖7所示。

圖7 折彎板

3）在用定位銷對管壓板上的兩孔定位后，便保證了正確的焊接位置，從而進(jìn)行焊接操作。管壓板如圖8所示。

圖8 管壓板

為便于焊后定位銷從管壓板的兩孔中順利移出，并考慮到焊接過程中焊接熱影響和外購進(jìn)出管組件制造誤差的存在，定位銷的直徑尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)比管壓板上兩孔的尺寸要稍小一些[4]，其設(shè)計(jì)如圖9所示。

圖9 定位銷結(jié)構(gòu)

4 夾具制作注意事項(xiàng)

首先，底座組件底板上各定位槽和孔，特別是與墊塊相配合的定位槽和孔，要采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行準(zhǔn)確的定位加工；其次，在進(jìn)行底座和滑移座上各板件的焊接時(shí)要采用定位焊的方式，以減少焊接變形對夾具造成的不利影響；最后，考慮到夾具的使用壽命和精度保持性，要在底座和滑移座焊接完成后進(jìn)行整體發(fā)藍(lán)處理，同時(shí)對兩定位銷的設(shè)計(jì)，在材料上應(yīng)選用不銹鋼材質(zhì)，以避免銹蝕從而影響精度[5]。夾具中進(jìn)行緊固的蝶形螺栓可采用M6×25mm的標(biāo)準(zhǔn)件螺栓進(jìn)行改造，改造后螺紋長度為11mm。

5 結(jié)束語

在利用該焊接夾具對蒸發(fā)器芯體進(jìn)行組焊，焊接時(shí)表現(xiàn)出操作使用便捷，位置精度高等優(yōu)點(diǎn)，大幅提高了生產(chǎn)效率，為解決非標(biāo)或一般角度尺寸的焊接操作提供了思路，具有一定的借鑒性和實(shí)用意義。