激光塑料透射焊接夹具设计

1、激光塑料透射焊接夹具设计        摘要：夹具的夹紧力是影响激光透射焊接质量的要素之一，精确测得夹具的夹紧力对试验有重要的影响。所设计的施加夹紧力的夹具主要由机械和电子两部分组成，最大栽荷为195902 n (1999 kg)，精度可迭o019 6 n (o002 kg)，压力值可由夹具显示屏显示出来，超载时， 夹具会自动报警。关键词：激光；塑料焊接；运射焊接；夹具中圈分类号：tg15699 文献标识码：b用激光热源对塑料板件进行透射焊接时，需要专用夹具进行装夹，而夹具的夹紧力又是影响焊接质量的重要因素之一，精

2、确测得夹具的夹紧力对试验的效果有重要的影响。美国明尼苏达大学的van de ven设计了一种激光透射焊接的夹具，但是该夹具仅仅适用于t形焊接。国内目前还没有用于激光透射焊接夹具的报道。因此，有必要设计一种专门用于激光透射焊接的夹具。收稿日期：20070523：修回日期：20070712在此笔者对所设计的施加夹紧力的夹具进行了介绍。1 激光透射焊接原理激光透射焊接又名近红外透射焊接。其原理是红外激光束(波长一般在8001 060 nm)通过反射镜、透镜或光纤组成的光路系统，将激光器所产生的能量聚焦在待焊接区域。2个待焊接件必须有1个对激光束是透明的即激光光束穿透它却没有能量的损失，另外1个是不透

3、明的，又能吸收激光辐射的能量。激光束穿透2个待焊接部件中的透明焊接件，在两部件接cpuje载：为模拟cpu最大负载情况(即达到最大发热状况)采取同时运行3种加速软件的方法对cpuje载。(1)superpi 838万位计算，时间约为l1 min；(2)运行cpu burn in，设置测试时间15 min；(3)运行hot cpu tester pro，设置线程数为1o。热阻测试结果见表3。袭3 热阻测试试验结粜测试对象 铜层厚度 热阻rmm c c ，( ·w )全铝散热器 0 20 50 7 0472铜铝爆炸复合散热器 2 20 474 0i422铜铝爆炸复合散热器 3 20 46

4、7 04ll铜铝爆炸复合散热器 5 20 461 0402由表2和表3可见： 试验结果与温度场模拟分析的结果基本吻合； 对于铜铝爆炸复合散热器而言，在铝层厚度不变的情况下，铜层厚度的增加能有效降低散热器的热阻； 铜层厚度为3 mmf，铜铝爆炸复合散热器具有更高的性价比。5 结论采用爆炸焊接工艺生产的铜铝复合散热片。兼具铜与铝的优点，工艺简单，适合大规模生产，生产成本远低于采用其它工艺生产的铜铝复合散热片。通过温度场模拟分析和试验测试，对铜铝复合散热片进行结构优化，选择合适的铜层厚度。降低了成本，减轻了自身质量，提高了性价比，使其在普通微机中普及应用成为可能，以产生可观的经济效益和社会效益。参考

5、文献：1张建臣，周智刚，杨文彬新型铜铝爆炸复合cpu散热器的研制j计算机工程与应用，2006，43(34)：92942邵丙璜，张凯爆炸焊接原理及其工程应用m辽宁大连：大连工学院出版社，19873王军cpu散热技巧jolhttp：www1luzhucndnyllstasp?id=294culham j r，muzychka y soptimization of plate fin heat sinksusing entropy generation minimization jieee transactions on components and packa6ng technologies，20

6、01，24(2)：159-1655王宏伟，葛增杰，顾元宪，等cpu散热片温度场模拟分析及其材料和尺寸选择的研究j计算力学学报，2003，20(6)：725729作者简介：张建臣(1974一)，男，讲师，研究方向为爆炸焊接理论和爆炸焊接应用38 ·焊接设备与材料· 焊接技术 第36卷第5期2007年10月触面上被不透明的部件所吸收并形成热作用区；在热作用区中的塑料被熔化；在随后的凝固过程中， 已熔化的材料形成接头，待焊接的部件即被连接起来，如图1所示。图l 激         光透射焊接原理示意图

7、料2 夹具介绍夹具主要由机械和电子两部分组成。机械装置负责对焊接件的装夹， 电子装置测量并显示夹具夹紧力的大小。机械装置包括：压板、轴承、底板、蜗轮蜗杆机构等。电子装置包括：称重传感器、信号放大器、ad转换、ld显示及运行程序。夹具可以施加的最大压力195902 n (1999 kg)， 当超过这一值时，夹具会自动报警。夹具长188 mm、宽168 mm、高110mm其压板可以根据焊接材料的大小自行设计，安装在夹具上即可，如图2所示。：车控址压板夹紧玻璃连接件 连接件支架夹紧力调整手轮图2 夹具示意图3 夹具机械部件透射焊接夹具原理示意图如图3所示。激光束紧固螺钉支架底板接件底板工作台图3 透

8、射焊接夹具原理示意图其主要是将图中压件的压力变成手动夹紧机构，其过程为：手动夹紧力调整手轮，带动内置的蜗轮蜗杆机构，通过连接件将压件位置下调，从而实现夹紧作用。当蜗轮蜗杆机构将压件下拉时， 内置的称重传感器会将压力值转换为电信号传输到电路中，经过电路的处理将压力值在压力显示屏上显示出来。4 夹具电子部件(1)系统组成夹具的电子系统组成方框图如图4所示。从图中可以看到系统的基本工作流程和各单元电路所用到的核心器件其中控制器采用xilinx公司可编程器件fpga为核心基于ise软件平台，可以采用vhdl编程实现数据处理、led和lcd驱动等模块 。匡匦图4 夹具电子部分方框图(2)称重传感器按照本

9、设计的要求，施加载荷的范围是0195902 n，误差不大于±049 n， 既要考虑到夹具压板、连接件的质量，又要避免超重损坏传感器， 所以传感器量程必须大于额定值(195902 n)。采用的是湖南宇航科技有限公司生产的ls一1型传感器， 其量程为2 940 n， 精度为±001 ， 满量程时误差±0019 6 n，可以满足本系统的精度要求。其原理如图5所示图5 称重传感器电桥原理图ls一1称重传感器是利用电阻应变原理构成。当外力膻接作用在贴有 ， ：， 3，r 4片应变的弹性体上时，弹性体发生变形， 电阻应变片的阻值发生变化，致使电桥失去平衡，在， 输入额定桥压时

10、， ：， 上就有与外 力成正比的电压信号输出。输出信号电压可由下式给出：e ×(等+ +等+ (3)前端信号处理由于称重传感器输出的信号为毫伏级，比ad转换器的输入信号低2 3个数量级，故需设计一个前置放大器。笔者选择了仪表放大器ina126来构成放大器电路 】。其电路原理如图6所示。weldintechnolov vo136 no5 oct20o7 ·焊接设备与材料· 39+126 dm圈6 前置放大硬件电路圈图6中，通过调节 d 的阻值来改变放大倍数。其放大增益为：g=54- 。 (2)(4) d转换ad转换采用tlc7135。它是双积分式4位半单片ad转换器

11、，其工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率，(俯冲频率)，再通过定时器(计数器)获得数字信号。(5)显示屏当施加压力时，本夹具会将压力值自动显示在显示屏上，惟一不便之处在于显示的数值是1)2kg为单位的。在处理试验数据时要将数值进行换算，得到压力值(以n为单位)。(6)led数码管显示由于lcd为144x32点阵式液晶，显示界面有限，所以本设计增设了80_共阳极led数码管，它能够显示商品的质量，使用户对夹具的夹紧力一目了然。其显示的功能主要由软件的设计实现，为了节省系统的资源，系统采用动态显示。(7)电源电路系统需要多个电源：fpga需要+5 v电源。传感器需要+10v以上的线

12、性电源(不能用开关电源，否则称重数据不稳定)。因此，采用了三端固定稳压芯片7805和7812为系统提供稳定的电源。这个部分由整流电路、滤波电路、稳压电路等组成如图7所示圈7 电源电路圈(8)报警电路系统报警电路参见文献4，当系统判断为超载或欠量程时，fpga输出一个低电平信号kg (超载)，从而发出“嘀嘀” 的语音提示。(9)软件程序主流程图系统的主程序流程图如图8所示。圈8 系统主稷序藏稷圈主程序流程图给出了系统工作的基本过程，描述了信号的基本流向，起到一个向导的作用 。该程序流程图是根据系统软件的工作流程得出的，它实际上是各个程序模块的集合。如程序初始化包括系统分频、lcd初始化、语音控制模块初始化等。5 结论经过试验证明，本夹具用于激光透射焊接，是一套行之有效的夹具装置。它的精度较高，可减小试验误差，而且对于不同形状的焊接件，只需更换不同形状的压板即可， 简单、方便、快捷。参考文献：1james donmd van de verr laser transmission welding of thermoplasticsddoctor diss