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(gè)組件，兩個(gè)組件通過一個(gè)機(jī)加件螺栓連接而成，由于焊接變形導(dǎo)致焊接后經(jīng)常出現(xiàn)尺寸不合格現(xiàn)象，裝配過程中出現(xiàn)階差大、對縫間隙大等現(xiàn)象，無法保證裝配質(zhì)量。因此，對空氣散熱器成形工藝進(jìn)行研究，通過重新劃分焊縫、焊接后進(jìn)行無夾具熱處理、改螺接結(jié)構(gòu)為焊接結(jié)構(gòu)等措施突破原有的工藝技術(shù)，從根本上提高空氣散熱器的成形質(zhì)量，降低空氣散熱器的裝配難度。

一、零件結(jié)構(gòu)

空氣散熱器由唇口、殼體、罩通過機(jī)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，成形精度低。零件罩結(jié)構(gòu)形式為“幾”字形結(jié)構(gòu)，存在負(fù)角度現(xiàn)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(shí)為避免負(fù)角度導(dǎo)致的無法脫?，F(xiàn)象發(fā)生，工裝設(shè)計(jì)時(shí)采取角度補(bǔ)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(wěn)定熱處理無法校正。唇口是由6個(gè)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(dǎo)致焊縫處不夠圓滑，有明顯凸起現(xiàn)象。由于唇口零件焊接后變形特別嚴(yán)重，穩(wěn)定熱處理只能消除焊接應(yīng)力，無法保證零件尺寸精度。

圖2 唇口

(三)配合關(guān)系復(fù)雜，裝配質(zhì)量差。唇口與罩、殼體之間均存在裝配關(guān)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(jī)加帶板螺接。

三、工藝方案

通過對罩零件結(jié)構(gòu)及成形過程中的難點(diǎn)進(jìn)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(yán)重問題與設(shè)計(jì)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(zhì)量差、對縫間隙大的問題，通過試驗(yàn)將螺接改為焊接，在無穩(wěn)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(jié)構(gòu)為負(fù)角度“幾”字形結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整零件擺放角度可消除負(fù)角度，工藝方案采取熱拉深成形+熱校形。由于零件深度高、側(cè)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(xiàn)褶皺。由于零件按非負(fù)角度擺放后拉深模具及零件高度達(dá)到834mm，而機(jī)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(zhǔn)進(jìn)行擺放來設(shè)計(jì)拉深模具，同時(shí)對拉深模具進(jìn)行角度補(bǔ)償，保證零件順利脫模。拉深后零件與檢驗(yàn)?zāi)芜呌屑s為4mm間隙，為消除間隙，對拉深后的零件進(jìn)行熱校形，校形模設(shè)計(jì)時(shí)，零件調(diào)整擺放角度，避免負(fù)角度現(xiàn)象，同時(shí)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(qū)域，為減小焊接變形，與設(shè)計(jì)部門協(xié)商將唇口焊縫位置重新劃分，將變形劇烈區(qū)焊縫轉(zhuǎn)移到變形平緩區(qū)。取消2、3、5、6零件半徑為8.5mm的R角，將零件1增加兩個(gè)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(qū)結(jié)束，零件4相應(yīng)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(gè)零件的制造精準(zhǔn)上。1號件平板狀態(tài)下翻出直徑17mm，高度20mm的翻邊，其結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)要求。2號件、5號件彎邊部分增大，會(huì)出現(xiàn)熱壓時(shí)褶皺增多現(xiàn)象，工藝上采取人工預(yù)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(zhì)量。唇口與殼體在螺接時(shí)，出現(xiàn)對縫間隙大、階差大現(xiàn)象，為從根本上解決裝配質(zhì)量問題，將唇口與殼體焊接為一個(gè)整體組件。鈦合金零件焊接后存在焊接應(yīng)力及焊接變形，為消除焊接應(yīng)力及焊接變形需進(jìn)行焊后熱處理。熱處理時(shí)將焊接組件放入熱處理夾具，人工將零件強(qiáng)行裝入夾具中，保證組件的內(nèi)外形準(zhǔn)確，消除焊接變形及焊接應(yīng)力。

唇口與殼體焊接后，結(jié)構(gòu)封閉，無法通過全型面穩(wěn)定熱處理夾具消除焊接變形，只能保證開敞區(qū)零件外形尺寸。為驗(yàn)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(yàn)件，利用已制造完成的唇口、殼體在組件的對縫處，從內(nèi)側(cè)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(shí)采取斷續(xù)焊、定位焊方式，盡量使零件受熱均勻，減小變形。同時(shí)，利用三組切面樣板，對焊接前后的唇口裝配區(qū)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測焊接變形的大小。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過采取有效的焊接方式，遠(yuǎn)離焊縫的封閉區(qū)域沒有焊接變形，對于有焊接變形的部分可通過穩(wěn)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(jié)語

通過選擇合理的熱成形工藝方案，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了鈦合金“幾”字形、負(fù)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(qū)，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(gè)零件的制造，工藝上采用人工預(yù)彎+等溫成形+人工校形的方案，保證零件的制造精準(zhǔn)。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(zhì)量。