某直升機空調蒸發器芯體焊接夾具的設計

張毅，李志剛，何予東，張秀文

1.中鐵工程裝備集團隧道設備制造有限公司 河南新鄉 453000

2.河南豫氫裝備有限公司 河南新鄉 453000

3.中航工業新鄉航空工業集團第一三四廠 河南新鄉 453000

1 序言

中航工業新鄉航空工業集團第一三四廠（以下簡稱“一三四廠”）是專業生產制造各類軍用飛機空調器產品的企業。在空調器產品中其兩器芯體（蒸發器芯體和冷凝器芯體）對整個產品的作用非常重要，在生產中常需設計一些工裝或夾具等，以保證芯體的生產制造質量和精度。由于工裝或夾具的設計制造質量直接映射到產品的總成質量和精度[1]，因此工裝夾具的設計至關重要。本文就某直升機空調中的蒸發器芯體的組焊焊接夾具的設計過程，做一簡要介紹。

2 蒸發器芯體

蒸發器芯體如圖1所示。由圖1可知，該蒸發器芯體由蒸發器裸芯體和進出管組件經組焊焊接而成，在圖1中其進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，必須設計制作相應的焊接夾具，才能有效地保證芯體的焊接精度。

圖1 蒸發器芯體

3 焊接夾具的設計

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

圖2 進出管組件

管組件最下端是采用常規的管壓板，根據一三四廠對芯體焊接夾具的設計經驗，常采用將兩定位銷插入管壓板上的兩孔內進行定位的方式，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，然后將定位銷插入管壓板兩孔內進行定位。對于前述焊接角度的問題就轉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]。

由前面描述所設計的蒸發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的位置。

1）底座是整個夾具的基礎件，也是關鍵件，對保證焊接位置的準確定位起到決定性作用。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的蝶形螺栓相配合，以控制滑移座前后滑移，從而實現定位銷在管壓板孔內的插入與退出，其加工位置的精度要求較高，應進行精確定位加工，底板設計如圖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，使用時可保證芯體焊接角度2.2°的準確可靠，使該角度的焊接問題變為底板上定位槽和孔的加工問題，利用現代數控加工技術可輕松解決。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焊在墊塊的預留孔內。

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，然后輕推滑移座沿滑移槽向前方滑移，待兩定位銷同時插入管壓板孔內一定深度后，再擰緊兩蝶形螺栓即可進行焊接。焊接完成后，按逆順序將焊好的蒸發器芯體從夾具中取出。

經設計優化調整后，其具體設計數據定為兩定位銷長度（定位部分）10mm，滑移座上滑移槽的調節范圍為31mm，同時為防止在定位銷插入定位時，滑移座與芯體部分產生干涉，特將其再次進行折彎，折彎的高度為20mm。按上述的尺寸設計數值經模擬演示可保證在焊接芯體時，定位銷插入管壓板孔內9mm起到有效的定位作用，同時芯體與折彎板有5mm間隙距離不產生干涉。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，其距芯體距離最近的定位銷與芯體間距4mm也不產生干涉。具體設計如圖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節的滑移槽，槽的定位尺寸設計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不會產生干涉；長邊有為防止滑移時與芯體相干涉而專門設計的向后折彎，以保證焊接時對芯體進行有效地避讓，防止干涉，上端鉆有與定位銷聯接用的螺釘過孔，以聯接兩定位銷[3]，設計形式如圖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出管組件制造誤差的存在，定位銷的直徑尺寸設計應比管壓板上兩孔的尺寸要稍小一些[4]，其設計如圖9所示。

圖9 定位銷結構

4 夾具制作注意事項

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，要采用數控機床進行準確的定位加工；其次，在進行底座和滑移座上各板件的焊接時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行整體發藍處理，同時對兩定位銷的設計，在材料上應選用不銹鋼材質，以避免銹蝕從而影響精度[5]。夾具中進行緊固的蝶形螺栓可采用M6×25mm的標準件螺栓進行改造，改造后螺紋長度為11mm。

5 結束語

在利用該焊接夾具對蒸發器芯體進行組焊，焊接時表現出操作使用便捷，位置精度高等優點，大幅提高了生產效率，為解決非標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用意義。