激光塑料透射焊接夹具设计.docx

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激光塑料透射焊接夹具设计

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195．902N（19．99kg），精度可迭O．0196N（O．002kg），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：

TG156．99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VandeVen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：

XX—05—23：

修回日期：

XX—07—12

　　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800—1060nm）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）Superpi838万位计算，时间约为l1min；

（2）运行CPUBurnin，设置测试时间15min；

　　（3）运行HotCpuTesterPro，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R

　　／mm／~C／~C，（℃·W）

　　全铝散热器0205070．472

　　铜铝爆炸复合散热器22047．40I422

　　铜铝爆炸复合散热器32046．704ll

　　铜铝爆炸复合散热器52046．10．402

　　由表2和表3可见：

①试验结果与温度场模拟分析的结果基

　　本吻合；②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；③铜层厚

　　度为3mm~f，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。

　　参考文献：

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大

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id=

　　29．

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　　usingentropygenerationminimization[J]．IEEETransactionsonCo．

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　　[5]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，XX，20（6）：

725—

　　729．

　　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XX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

　　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195．902N（19．99kg），当超过这一值

　　时，夹具会自动报警。

夹具长188mm、宽168mm、高110

　　mm．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

　　按照本设计的要求，施加载荷的范围是0—195．902N，误

　　差不大于±0．49N，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

　　（195．902N）。

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2940N，精度为±0．01％，满量程时误

　　差±0．0196N，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，R4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，：

，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+㈩

　　（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23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。

　　Weldin~Technolo~vVo1．36No．5Oct．20o7·焊接设备与材料·39

　　+12

　　6DM

　　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

　　A／D转换采用TLC7135。

它是双积分式4位半单片A／D转换

　　器，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+5V电源。

传感器需要+10

　　V以上的线性电源（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：

　　[1]JamesDonMdVandeVerrLasertransmissionweldingofthermoplastics

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