空氣散熱器成形工藝研究

□劉金玲

空氣散熱器的主要制造方案是先熱成形零件，將零件焊接成兩個組件，兩個組件通過一個機加件螺栓連接而成，由于焊接變形導致焊接后經常出現尺寸不合格現象，裝配過程中出現階差大、對縫間隙大等現象，無法保證裝配質量。因此，對空氣散熱器成形工藝進行研究，通過重新劃分焊縫、焊接后進行無夾具熱處理、改螺接結構為焊接結構等措施突破原有的工藝技術，從根本上提高空氣散熱器的成形質量，降低空氣散熱器的裝配難度。

一、零件結構

空氣散熱器由唇口、殼體、罩通過機加帶板用螺栓連接而成，其中唇口、殼體分別由材料為TC2-M-δ1.5mm的鈦合金板料熱成形成不同形狀的蒙皮通過氬弧焊連接而成，結構如圖1所示。

圖1 空氣散熱器

二、空氣散熱器成形工藝中存在的問題

(一)零件結構復雜，成形精度低。零件罩結構形式為“幾”字形結構，存在負角度現象，零件高度較高，工藝上采取熱拉深+手工校形的方案。零件拉深時為避免負角度導致的無法脫模現象發生，工裝設計時采取角度補償，利于零件脫模。零件拉深后采取人工校形，用噴燈加熱校正零件。由于拉深后零件多料，手工校形后零件貼胎度差，無法滿足裝配要求。

(二)唇口焊接變形大，穩定熱處理無法校正。唇口是由6個零件熱成形后焊接而成，如圖2所示。焊接后1號件與2、3、5、6之間的焊縫被焊絲填滿，無法保證半徑為8.5mm的R角。4號件與3、5號件焊接后熱收縮導致焊縫處不夠圓滑，有明顯凸起現象。由于唇口零件焊接后變形特別嚴重，穩定熱處理只能消除焊接應力，無法保證零件尺寸精度。

圖2 唇口

(三)配合關系復雜，裝配質量差。唇口與罩、殼體之間均存在裝配關系，裝配要求高。唇口與殼體之間的對縫間隙要求大于0.5mm，唇口與罩之間的對縫階差不大于0.2mm，三者之間用機加帶板螺接。

三、工藝方案

通過對罩零件結構及成形過程中的難點進行分析，初步確定將工藝方案改為熱拉深成形+熱校形來保證零件外形尺寸及消除回彈變形。對于唇口焊接后變形嚴重問題與設計部門溝通重新劃分焊道，避免焊道處于輪廓變形大的位置。對于唇口與殼體之間螺接質量差、對縫間隙大的問題，通過試驗將螺接改為焊接，在無穩定夾具的情況下，保證唇口外形。

(一)確定罩零件成形方案。罩零件結構為負角度“幾”字形結構，通過調整零件擺放角度可消除負角度，工藝方案采取熱拉深成形+熱校形。由于零件深度高、側面存在弧度，因此采用拉深的成形方案，避免零件成形后出現褶皺。由于零件按非負角度擺放后拉深模具及零件高度達到834mm，而機床上、下平臺間距為800mm，拉深后零件無法取出。為方便取件，零件以底邊為基準進行擺放來設計拉深模具，同時對拉深模具進行角度補償，保證零件順利脫模。拉深后零件與檢驗模單邊有約為4mm間隙，為消除間隙，對拉深后的零件進行熱校形，校形模設計時，零件調整擺放角度，避免負角度現象，同時保證零件成形精度。

(二)重新劃分唇口焊道，減小焊接變形。唇口零件焊縫多，且多集中在變形劇烈區域，為減小焊接變形，與設計部門協商將唇口焊縫位置重新劃分，將變形劇烈區焊縫轉移到變形平緩區。取消2、3、5、6零件半徑為8.5mm的R角，將零件1增加兩個半徑為8.5mm的翻邊，翻邊高度10mm。將2、3、5、6零件對接部分延長至R角變形區結束，零件4相應縮短，零件更改前后如圖3所示。焊道重新劃分后，難度在于單個零件的制造精準上。1號件平板狀態下翻出直徑17mm，高度20mm的翻邊，其結構形式已經超出標準要求。2號件、5號件彎邊部分增大，會出現熱壓時褶皺增多現象，工藝上采取人工預彎+等溫成形+人工校形的方案保證零件合格。

圖3 唇口更改前后對比圖

(三)改變唇口、殼體的連接方式，提高裝配質量。唇口與殼體在螺接時，出現對縫間隙大、階差大現象，為從根本上解決裝配質量問題，將唇口與殼體焊接為一個整體組件。鈦合金零件焊接后存在焊接應力及焊接變形，為消除焊接應力及焊接變形需進行焊后熱處理。熱處理時將焊接組件放入熱處理夾具，人工將零件強行裝入夾具中，保證組件的內外形準確，消除焊接變形及焊接應力。

唇口與殼體焊接后，結構封閉，無法通過全型面穩定熱處理夾具消除焊接變形，只能保證開敞區零件外形尺寸。為驗證焊接后零件變形大小，特別是有裝配要求的部分是否變形，試制一件試驗件，利用已制造完成的唇口、殼體在組件的對縫處，從內側焊接，焊接方式手工氬弧焊，Ⅲ級焊接接頭。為減小焊接變形，焊接時采取斷續焊、定位焊方式，盡量使零件受熱均勻，減小變形。同時，利用三組切面樣板，對焊接前后的唇口裝配區進行檢驗，檢測焊接變形的大小。試驗結果表明，通過采取有效的焊接方式，遠離焊縫的封閉區域沒有焊接變形，對于有焊接變形的部分可通過穩定熱處理夾具來校形，更改前后對比如圖4所示。

圖4 唇口、殼體連接方式對比圖

四、結語

通過選擇合理的熱成形工藝方案，優化模具結構設計，實現了鈦合金“幾”字形、負角度罩零件的加工制造，零件制造精度能夠保證貼胎度小于0.5mm，完全滿足要求。通過對唇口零件焊縫的重新劃分，使焊縫位于變形平緩區，減少了焊接變形，保證了唇口零件焊接后的精度。對于唇口單個零件的制造，工藝上采用人工預彎+等溫成形+人工校形的方案，保證零件的制造精準。通過改變唇口、殼體的螺接方式為焊接，不僅提高了焊接組件的整體成形精度，而且減小了裝配工作量，真正提高了空氣散熱器的整體裝配質量。