[公司工装、模具、夹具、检具管理办法]公司工装、模具、夹具、检具管理办法 加强公司各环节工装、模具、夹具、检具的管理，保证工模夹具、检具的正常使用，确保生产顺利有序进行，防止工模具等乱投、随便处置及遗失等...+阅读
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195．902 n (19．99 kg)，精度可迭o．019 6 n (o．002 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：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&&emsp8943;。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：2007—05—23：修回日期：2007—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—1 060 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r
／mm ／
c ／
c ，(℃ ·w )
全铝散热器 0 20 50 7 0．472
铜铝爆炸复合散热器 2 20 47．4 0i422
铜铝爆炸复合散热器 3 20 46．7 04ll
铜铝爆炸复合散热器 5 20 46．1 0．402
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3 mm
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：
[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)：92—94．
[2]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，1987．
[3]王军．cpu散热技巧[j／ol]．：／／．1luzhu．cn／dny／llst．asp?id=
29．
[4]culham j r，muzychka y s．optimization of plate fin heat sinks
using entropy generation minimization [j]．ieee transactions on co．
mponents and packa6ng technologies，2001，24(2)：159-165．
[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，2003，20(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12全文查看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．
902 n (19．99 kg)， 当超过这一值
时，夹具会自动报警。夹具长188 mm、宽168 mm、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—195．902 n，误
差不大于±0．49 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
(195．902 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±0．01％ ， 满量程时误
差±0．019 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， ：， 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。
weldin
technolo
v vo1．36 no．5 oct．20o7 ·焊接设备与材料· 39
+12
6 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
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+5 v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]james donmd van de verr laser transmission welding of thermoplastics
[d]．doctor dissertation，university of minnesota。2006．
[2]潘松，黄继业．eda技术实用教程[m]．北京：科学出版社，
20o2。
[3]肖景和．数字集成电路应用精粹[m]．北京：人民邮电出版社，
2oo2．
[4]陈永甫．电子电路智能化设计实例与应用[m]．北京：电子工业出
版社。2002．
[5]曾凡泰，陈美金．vhdl程序设计[m]．北京：清华大学出版社。
2oo1．
[6]黄智伟．全国大学生电子设计竞赛训练教程[m]．北京：电子工业
出版社．2oo5．12全文查看摘要：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195．902 n (19．99 k)，精度可迭o．019 6 n (o．002 k)，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：156．99 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vn d vn设计了一种激光透射焊接的夹具，但是
该夹具仅仅适用于形焊接&&emsp8943;。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：2007—05—23：修回日期：2007—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—1 060 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
cpuj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cpuj载。
(1)suprpi 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ho cpu sr 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r
／mm ／
c ／
c ，(℃ ·w )
全铝散热器 0 20 50 7 0．472
铜铝爆炸复合散热器 2 20 47．4 0i422
铜铝爆炸复合散热器 3 20 46．7 04ll
铜铝爆炸复合散热器 5 20 46．1 0．402
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3 mm
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：
[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)：92—94．
[2]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，1987．
[3]王军．cpu散热技巧[j／ol]．hp：／／．1luzhu．cn／dny／lls．sp?id=
29．
[4]culhm j r，muzychk y s．opimizion of pl fin h sinks
usin nropy nrion minimizion [j]．i rnscions on co．
mponns nd pck6n chnolois，2001，24(2)：159-165．
[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，2003，20(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
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、d转换、ld显示及运行程序。夹
具可以施加的最大压力195．
902 n (19．99 k)， 当超过这一值
时，夹具会自动报警。夹具长188 mm、宽168 mm、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ilin公司可编程器件fp为核心．基于is软件平
台，可以采用vhdl编程实现数据处理、ld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—195．902 n，误
差不大于±0．49 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
(195．902 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±0．01％ ， 满量程时误
差±0．019 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， ：， 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：
×(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d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in126来构成放大器电路 】。其电路原理如图6所示。
wldin
chnolo
v vo1．36 no．5 oc．20o7 ·焊接设备与材料· 39
+12
6 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：
=54- 。 (2)
(4) d转换
／d转换采用lc7135。它是双积分式4位半单片／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)2k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)ld数码管显示
由于lcd为14432点阵式液晶，显示界面有限，所以本设
计增设了80_共阳极ld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：fp需要+5 v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，fp输出一个低电平信号k (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]jms donmd vn d vrr lsr rnsmission wldin of hrmoplsics
[d]．docor dissrion，univrsiy of minnso。2006．
[2]潘松，黄继业．d技术实用教程[m]．北京：科学出版社，
20o2。
[3]肖景和．数字集成电路应用精粹[m]．北京：人民邮电出版社，
2oo2．
[4]陈永甫．电子电路智能化设计实例与应用[m]．北京：电子工业出
版社。2002．
[5]曾凡泰，陈美金．vhdl程序设计[m]．北京：清华大学出版社。
2oo1．
[6]黄智伟．全国大学生电子设计竞赛训练教程[m]．北京：电子工业
出版社．2oo5．
