一种轻型叠制翅片冷板双面铝钎焊用工装及装夹方法与流程

本发明属于机械设计与工艺加工领域，涉及一种轻型叠制翅片冷板双面铝钎焊用工装。该工装实现了某轻型叠制翅片冷板的高效率的双面焊接，具备工件夹持快，定位准确、方便，焊接零件变形小等优点，适用于该冷板的大批量铝钎焊生产。

背景技术：
总体单位对某便携式侦察雷达的外形尺寸和重量要求相当严格，整个侦察雷达体积较小，雷达内各分系统的热耗较高，并且某些分系统还具有局部热密度高的特点，给结构上的散热设计带来难题。该雷达运用集成设计的理念，采用集成共壁模块设计、冷板集成散热、分布式电源的方法进行减重与降功耗处理，成功的实现了雷达的轻型化与大功率散热要求。冷板为雷达散热的核心器件，冷板有重量轻和高散热能力的要求。雷达的信号处理印制板、波控机印制板上的多个大功率的DSP以及FPGA芯片通过柔性导热衬垫传递到冷板。由于芯片高度不一致，冷板表面需设计若干个大小、高度不同的垫块才能实现芯片的表面贴附散热。冷板的另外一面是散热翅片，这些散热翅片应满足厚度尽量薄、沿冷却流方向阵列翅片尽量多等要求。冷板有两种加工工艺成型方法。第一种是直接在铣床上将整张厚铝板铣削加工出来，包括零件正反两面的高低垫块和沿冷却流方向的多阵列翅片。此时，考虑到加工的工艺性，这些翅片不能太薄，厚度不能小于1mm；另一种是通过真空铝钎焊的方法，将一张平面铝板、散热翅片和各种垫块焊接在一起。若采用前者，零件的加工量太大，并且加工过程中需要多次热处理，尤其是1mm厚度的散热翅片，零件加工周期长；当采用叠制的铝箔翅片经过真空铝钎焊成型时，轻质的铝箔翅片具备散热好，重量轻的优点。将铝箔叠制成翅片既增强了铝箔整体的刚性，又增大了散热面积。叠制成翅片的铝箔材料厚度仅为0.1mm，相比铣削加工的1mm厚度，重量减轻了很多。冷板焊接所需的倾斜角度的翅片用线切割加工完成，采用真空铝钎焊工艺方法，将其与散热冷板焊接成一个整体冷板，满足雷达总体的散热要求。由于总体单位对重量要求很严格，所以除冷板的安装配合面外，其余端面均铣削加工出减轻槽。冷板的主体厚度为2mm，减轻槽的槽深度为0.8mm。在减轻槽的减轻端面焊接叠制的翅片，另外一面焊接与印制板芯片贴附的高低不同的导热垫块。在翅片与冷板、导热垫块与冷板之间分别填充0.1mm厚的焊料。在进行真空铝钎焊时，焊料融化，将翅片和冷板、导热垫块与冷板无缝焊接在一起。高温焊接时，需用工装板将两个焊接零件压紧，以确保两者之间的焊料在融化后能够充分填充间隙。冷板采用焊接工艺方法成型。最初采取的焊接方法是用整张工装板压紧有翅片的一面，另外一面上的导热垫块采用不锈钢螺钉将其紧固在冷板上，每个垫块至少加工两个M2的螺纹孔，装配螺钉的沉孔面位于冷板的减轻槽内。首批试制时，发现焊接前对每个垫块上打孔攻丝以及冷板面沉孔的工作量较大，并且这些不锈钢螺钉无形中增加了冷板的重量。由于叠制的翅片自身高度上存在±0.5mm的加工高度误差，压紧工装板时不能保证每个翅片都能和冷板紧密贴附，焊接结果是部分翅片不能成功焊接，废品率较高或者出现部分翅片由于压缩量过大而变形。为了提高批生产的效率，需要一种特殊的焊接工装，实现不需在冷板上加工焊接所需的工艺沉孔，不需要安装工艺螺钉将每个导热垫块装配到冷板上，并且能确保每个散热翅片能可靠地贴附在冷板焊接面上。

技术实现要素：
要解决的技术问题为了避免现有技术的焊接的成功率和效率低的不足，本发明提出一种轻型叠制翅片冷板双面铝钎焊用工装及装夹方法，保证每个翅片能与冷板充分压紧接触，同时又能保证另外一面的每个导热垫块与冷板充分压紧贴附，压紧翅片的力应控制在合理的范围内，同时也应该考虑焊接高低温收缩时，各焊接件以及工装的变形收缩对焊接效果的影响。技术方案一种轻型叠制翅片冷板双面铝钎焊用工装，其特征在于包括中板、上板、下板、压紧螺钉和压紧螺杆；所述的中板上设有与冷板上端面的翅片相对应大小的通槽；所述的上板在与中板上的通槽中心相对应的位置处，设有与压紧螺钉配合的螺纹孔；所述的下板上设有与冷板下端面的导热垫板相对应大小的凹槽，凹槽末端设有与压紧螺杆配合的螺纹孔。还包括弹簧，弹簧套在压紧螺钉上。所述的压紧螺钉与翅片的接触面设计为圆形压紧端面。所述的压紧螺杆和压紧螺钉螺纹顶端两侧切制成方端面。所述的上板、中板和下板采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。一种使用所述的工装对冷板进行双面铝钎焊前的装夹方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将冷板的下端面朝上，在下端面的定位凹槽内依次放入焊料和导热垫板；步骤2：将下板放置于冷板的下端面上，中板放置在冷板的上端面上，下板与中板通过下板紧固螺栓和下板定位销钉固定，将各压紧螺杆分别穿过下板上的螺纹孔并旋紧至各导热垫板压紧，然后将各锁紧螺母旋紧在各压紧螺杆上；步骤3：翻转冷板使其上端面朝上，在上端面的减轻凹槽内依次放入焊料和叠制好的翅片；步骤4：将弹簧穿入压紧螺钉，将压紧螺钉旋合在上板相对应的螺纹孔内；步骤5：将上板放置于中板上，并通过上板紧固螺栓和上板定位销钉与中板固定，旋紧压紧螺钉压紧各翅片。所述步骤2和步骤5的旋紧力矩不大于5NM。有益效果本发明提出的一种轻型叠制翅片冷板双面铝钎焊用工装及装夹方法，高效率、大批量、可靠地实现轻型超薄冷板的翅片与导热垫块的双面钎焊。附图说明图1为冷板零件结构图及局部放大图：(a)仰视图；(b)主视图；(c)俯视图；(d)局部放大图图2为一种轻型叠制翅片冷板双面铝钎焊用工装装配图图3为一种轻型叠制翅片冷板双面铝钎焊用工装上板图4为一种轻型叠制翅片冷板双面铝钎焊用工装中板图5为一种轻型叠制翅片冷板双面铝钎焊用工装下板1-冷板，2-焊料，3-导热垫板，4-翅片，5-中板，6-下板，7-下板紧固螺栓，8-下板定位销钉，9-压紧螺杆，10-锁紧螺母，11-弹簧，12-上板，13-压紧螺钉，14-上板紧固螺栓，15-上板定位销钉。具体实施方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：在冷板的下端面设计下板，冷板的上端面设计中板，通过定位销钉和安装螺钉将三者装配在一起。考虑到螺钉装配时存在通孔的装配间隙，通过定位销钉可以克服装配时的上板、下板和冷板之间的位置度公差。这些工装的材料应为相同的不锈钢材料以克服高温焊接、冷却后材料收缩不一致导致的断裂或裂纹。下板相对于各导热垫块的位置设计有对应的凹槽，并且凹槽的中部设计有M6-7H的螺纹孔，该螺纹孔上旋合M6-6h的压紧螺杆。将各种不同高度的导热垫块放置在凹槽内，导热垫块上方预先裁剪好与其大小相当的焊料，靠压紧螺杆的螺纹旋合力压紧导热垫块与冷板贴附，锁紧螺母的作用是为了防止压紧螺杆松动。上板安装在中板上面，其作用是产生一个压紧各个叠制翅片的平台。上板相对于每个翅片的正上方中心位置同样设计有M6-7H的螺纹孔，螺纹孔上旋合M6-6h的压紧螺钉，压紧螺钉下部设计有厚度为3mm的圆形压紧端面，压紧端面大小由各翅片的大小确定，由于翅片叠制后在叠制瓦楞边的方向具备很好的刚性，压紧端面不需要完全覆盖住翅片。考虑到翅片自身加工时高度上的±0.5mm误差，需要控制好压紧螺钉的预紧力矩并配合使用压缩弹簧，压缩弹簧的另外一个作用是防止焊接高温膨胀、低温收缩时压紧螺钉松动。上板安装固定到中板时同样需要销钉定位完成。为了保证焊接时翅片与导热垫板的限位，冷板自身需在要焊接的面预留定位凹槽，导热垫板对应的凹槽深度0.4mm，其中供焊料使用0.1mm，其余0.3mm用来限位。凹槽的尺寸应略大于导热垫板和翅片，用来补偿不同材料或不同厚度的零件高温膨胀、低温收缩时的不一致性，避免产生翘曲或断裂。如图2所示，中板5是整个工装的安装基础，下板6通过下板紧固螺栓7和下板定位销钉8与中板固连的同时压紧冷板1，导热垫板3放置在冷板1预先加工好的凹槽内，并填充焊料2。锁紧螺母10与压紧螺杆9配合使用，压紧螺杆9螺纹旋合穿过下板6后压紧各导热垫板3。上板12靠上板紧固螺栓14和上板定位销钉15与中板5固连。翅片4穿过中板5上各通槽，放置在冷板1预先加工好的凹槽内，并填充焊料2。弹簧11位于压紧螺钉13下端圆形压紧端面以及上板12之间，压紧螺钉13螺纹旋合后，压紧各翅片4。通过压紧螺杆9的螺纹旋合调整以压紧不同高度的导热垫块3，确保其余焊料2、冷板1充分接触。通过压紧螺钉13的螺纹旋合调整以压紧翅片4，确保存在高度误差的翅片4与焊料2、冷板1充分接触。通过使用弹簧11可以控制压紧螺钉13旋合的力矩，防止翅片2以及冷板1受到过度的挤压而产生变形和断裂。并且在焊接时，压缩弹簧自身的弹性可以解决不同材料膨胀差异造成的螺纹松动问题。通过下板定位销钉8与上板定位销钉15实现上板12、中板5、下板6三者装配时的精确定位，解决了焊接高、低温膨胀收缩时，螺纹装配通孔间隙造成的焊接错位问题；通过冷板1正反面和下板6预留的各凹槽以及中板5预留的各通槽实现各导热垫板3与各翅片4的精确定位。焊接前，按照冷板1正面各凹槽尺寸，先裁剪焊料2，并将裁剪好的焊料2放入各凹槽，然后将各导热垫板3同样放入各凹槽，压在焊料2上方。将冷板1夹持在中板5和下板6之间。中板5为整个工装的安装基板，其上共各16个M6-7H螺纹孔，与下板6装配时，使用其中8个螺孔，通过下板紧固螺栓7和下板定位销钉8与下板6固连。将各压紧螺杆9分别穿过下板6上各M6-7H螺纹孔并旋紧至其完全压紧各导热垫板3，过大的旋紧力矩会将冷板1挤压变形，旋紧力矩不应大于5NM。为便于旋合，压紧螺杆9螺纹顶端两侧切制成方端面。然后将各锁紧螺母10旋紧在各压紧螺杆9上。将整个工装翻置使中板5的减轻凹槽朝上，按照冷板1上焊接翅片面的各减轻槽尺寸裁剪焊料2，并将其放入各减轻凹槽。将叠制好的翅片4按照各对应关系放入冷板1上各减轻凹槽并压紧在焊料2上方。弹簧11填充在上板12和压紧螺钉13之间，螺纹旋合后弹簧受压。上板12靠上板紧固螺栓14和上板定位销钉15与中板5固连。整个焊接体装配完成后，用力矩扳手旋合压紧螺钉13压紧各翅片4，旋紧力矩不大于5NM。为方便操作，压紧螺钉13螺纹顶端两侧切制成方端面。压紧螺钉13底端与各翅片4接触端面设计有大小不同的圆形压紧端面。通过压紧螺钉13的螺纹旋合，可以克服翅片4的加工高度误差，确保翅片4压紧焊料2后完全贴附在冷板1上。通过压紧螺杆9的螺纹旋合，可以克服各导热垫块3高度上的不一致，并使其完全压紧焊料2后完全贴附在冷板1上。为保证焊接时材料收缩的一致性，工装材料均为1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。在真空炉里焊接时，整个工装与焊接件尽量水平放置以防止焊料溶化后在重力作用下的流淌造成焊接不均匀。该焊接工装的设计难点在于各焊接件之间的精确定位，上板12、中板5、下板6之间的定位靠下板定位销钉8和上板定位销钉15实现。冷板、各导热垫板与翅片之间的定位靠下板6预留与各导热垫板尺寸大小相同的各凹槽以及中板5上预留了与各翅片尺寸大小相同的各通槽实现。上述工装成功实现了轻型叠制翅片和导热垫板的双面钎焊，该工装焊接成功率高，并且焊接效率高，工装可重复使用，已成功应用于某产品的批量生产中。