一种超声焊接工装夹具及其使用方法

技术领域

本发明属于焊接工装夹具技术领域，涉及一种超声焊接工装夹具，具体涉及一种针对搭接板构型的超声焊接工装夹具及其使用方法。

背景技术

焊接技术，也称熔融连接，主要是通过对材料进行局部加热并配合加压的方式对金属或其他热塑性塑料、复合材料等进行连接。焊接技术是结构制造过程中广泛应用的工程技术之一，其应用领域覆盖航空航天、造船、汽车、军工等众多层面。在众多焊接技术中心，超声焊接由于工艺周期短、能量利用率高、界面无异质等诸多优点而被广泛应用于金属与塑料结构加工领域。

超声焊接主要是通过焊接头在焊接界面施加高频(20-35kHz)、低振幅(50-100mm)的机械振动，导致工件界面导能项在摩擦作用下产生热量，并配合焊头压力在力热耦合作用下发生界面熔化，之后继续保持压力使得界面固化形成焊缝。在超声焊接过程中，由于在焊头高频振动作用下，工件很容易发生滑动，因此为保证工件稳定，通常需要采用设计好的工装夹具来对工件进行夹持和定位。传统的工装夹具主要采用局部固定的方式对工件进行固定，在夹持工件时由于刚性过高往往会引起工件变形。此外，在超声焊接过程中，界面导能项的熔化会导致焊头下部搭接区域整体厚度降低，进而引起工件在焊头压力与振动作用下发生进一步变形，最终影响工件的焊接成型质量。

发明内容

为解决上述背景技术中所述问题，本发明的主要目的是提供一种超声焊接工装夹具及其使用方法，所述超声焊接工装夹具用于对样品的超声焊接，一方面避免焊接进行之前工件在夹持过程中导致的初始变形，另一方面避免焊接过程中界面熔融导致的工件变形，有效提升焊接质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的一种超声焊接工装夹具，包括用于固定下焊接板的底部夹具，以及用于固定上焊接板的顶部夹具和能够在垂直方向滑动的滑移平台。

所述底部夹具包括工装夹具底座、下焊接板压块、下焊接板水平滑移定位块，以及四个与底座相连的支撑柱。所述工装夹具底座外轮廓呈矩形，中部及右端设置下陷式开槽，并设置限位销孔，左侧中部设置固定端，左侧边缘处设置下陷式开槽。所述固定端底部设置开槽，并与所述工装夹具底座开槽相连，所述固定端顶部设置螺栓孔。所述下焊接板压块尾端宽度大于所述固定端底部开槽宽度，所述下焊接板压块顶部设置螺栓凹槽，与所述固定端顶部设置的螺栓孔相匹配。所述下焊接板水平滑移定位块为“几”子型，宽度与所述工装夹具底座左端开槽一致。所述支撑柱底部分别设置固定支座，所述固定支座与所述工装夹具底座四个角的侧壁以螺钉进行连接。

作为优选，所述工装夹具底座采用不锈钢铸造。

所述顶部夹具包括顶部夹持平台、上焊接板压块和上焊接板定位块。所述顶部夹持平台包括上下两个夹持平板，所述夹持平板之间以螺栓进行连接，中间设置限位销钉。所述上夹持平板顶部设置螺栓孔，中间位置设置带螺栓孔的矩形连接结构。所述上焊接板压块放置于所述上下夹持平板之间，顶部设置螺栓凹槽，所述螺栓凹槽与所述上夹持平板中部设置的螺栓孔相匹配。所述上焊接板定位块为“L”型，水平侧面设置销钉，所述销钉与所述上夹持平板侧面的销钉孔相连。

所述滑移平台包括一个“凹”字型平台与四个带有连接角片的刚性弹簧。所述“凹”字型平台左侧连带平衡块体，保证焊接过程中夹具稳定滑移，右侧中间部分设置带螺栓孔的连接结构，所述连接结构与所述上夹持平板连接结构相匹配。所述刚性弹簧顶部与底部分别设置垫圈，所述顶部垫圈与所述连接角片粘接，所述连接角片顶部与所述垫圈中部设置圆形开口，开口直径与所述弹簧圈直径以及所述底部夹具支撑杆直径相匹配。所述连接角片与所述“凹”字型平台侧面通过螺钉连接。

本发明还公开一种超声焊接工装夹具的使用方法，包括下列步骤：

步骤一：将下焊接板件插入底部焊接夹具的固定端下部的下陷式开槽中，将下焊接板压块也插入固定端下部开槽中并放置于下焊接板上部，并将下焊接板压块的尾端卡在固定端右侧，采用限位销与焊接板水平滑移定位块共同对下焊接板进行固定。固定完成后，拧紧固定端顶部预紧螺栓，从而对待焊接的下板进行稳定固定，稳定固定后撤去限位销。

步骤二：将上焊接板插入顶部夹持平台内，安装上焊接板定位块，对焊接板的位置进行限定。完成限定后，拧紧上夹持平板顶部的调节螺栓，通过上焊接板压块对待焊接的上板进行稳定固定，稳定固定后撤去上焊接板定位块。

步骤三：通过连接角片的圆形开口，将带有刚性弹簧的滑移平台从顶部套入底部夹具支撑柱。

步骤四：将带有固定好上焊接板的顶部夹具，通过连接螺栓将上夹持平板中间位置的连接结构与滑移平台左侧的连接结构进行连接，从而使得待焊接的上下板形成搭接构型。在此基础上，通过超声焊接设备完成焊接样品制造。

有益效果：

1、本发明公开的一种超声焊接工装夹具及其使用方法，通过设置在垂直方向可移动的平台实现在超声焊接过程中上焊接板的移动，避免使用传统工装夹具中端部夹持的方式，从而不会导致上焊接板在初始夹持以及焊接过程中界面熔融的时候所产生的弯曲变形，有效降低工装夹具对超声焊接工艺的影响，提升工件焊接质量。

2、本发明公开的一种超声焊接工装夹具及其使用方法，针对焊接搭接板构型提供主要基于底部夹具、顶部夹具、滑移平台实现的超声焊接工装夹具，通过“L”型焊接板定位块、“凹”字型滑移平台与四个带有连接角片的刚性弹簧、“几”子型下焊接板水平滑移定位块等结构进行限位、尺寸配合，实现超声焊接工装夹具作用，使得待焊接的上下板形成搭接构型，通过超声焊接设备完成焊接样品制造，提升工件焊接质量。

附图说明

图1是一种超声焊接工装夹具立体图；

图2是一种超声焊接工装夹具底部夹具立体图；

图3是一种超声焊接工装夹具底部夹具截面图；

图4是一种超声焊接工装夹具顶部夹具立体图；

图5是一种超声焊接工装夹具顶部夹具截面图；

图6是一种超声焊接工装夹具滑移平台立体图；

图7是一种超声焊接工装夹具滑移平台截面图；

图中：1—工装夹具底座、2—底座中部及左端下陷式开槽、3—限位销孔、4—固定端、5—固定端底部开槽、6—下焊接板压块、7—下焊接板水平滑移定位块、8—限位销、9—支撑柱、10—支撑柱固定支座、11—螺钉、12—顶部夹持平台上夹持平板、13—顶部夹持平台下夹持平板、14—限位销钉孔、15—上焊接板压块、16—上焊接板定位块、17—顶部夹持平台、18—“凹”字型平台、19—平衡块体、20—滑移平台连接结构、21—刚性弹簧、22—垫圈、23—连接角片、24—调节螺栓、25—预紧螺栓、26—上夹持平板连接结构、27—连接螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本实施例公开的一种超声焊接工装夹具，包括用于固定下焊接板的底部夹具，以及用于固定上焊接板的顶部夹具与可在垂直方向滑动的滑移平台。

底部夹具包括工装夹具底座1、下焊接板压块6、下焊接板水平滑移定位块7，以及四个与底座1相连的支撑柱9。其中工装夹具底座1外轮廓呈矩形，采用不锈钢铸造，中部及左端设置下陷式开槽2，并设置限位销孔3，右侧中部设置固定端4，右侧边缘处设置下陷式开槽5。限位销8底部直径与限位销孔3相匹配，限位销8上部直径略大于底部直径。固定端4底部设置开槽，并与工装夹具底座右侧边缘处开槽5相连，固定端4顶部设置螺栓孔。下焊接板压块6宽度略小于所述固定端底部开槽5宽度，顶部设置螺栓凹槽，与固定端顶部设置的螺栓孔相匹配。固定端4顶部的螺栓孔孔壁卡合连接有预紧螺栓25。下焊接板水平滑移定位块7为“几”子型，宽度与所述工装夹具底座右端开槽一致。通过下焊接板压块6、下焊接板水平滑移定位块7实现对下焊接板的有效固定，通过下焊接板水平滑移定位块7与底座限位销8的配合可以保证下焊接板处于准确的位置。支撑柱9底部分别设置固定支座10，固定支座10与工装夹具底座1四个角的侧壁以螺钉11进行连接，保证支撑柱9稳定，为滑移平台的安装提供条件。

顶部夹具包括顶部夹持平台17、上焊接板压块15以及上焊接板定位块16。其中顶部夹持平台16包括上下两个夹持平板12、13，夹持平板之间以螺栓进行连接，中间设置限位销钉孔14。上夹持平板11顶部设置螺栓孔，中间位置设置矩形连接结构26，带螺栓孔。上焊接板压块15放置于所述上下夹持平板12、13之间，顶部设置螺栓凹槽，与上夹持平板12中部设置的螺栓孔相匹配。上夹持平板12中部设置的螺栓孔壁卡合连接有调节螺栓24。上焊接板定位块16为“L”型，水平侧面设置销钉，可与上夹持平板12侧面的销钉孔14相连。通过调节螺栓24与上焊接板压块15以及上焊接板定位块16可以实现对上焊接板的有效固定，通过上焊接板定位块16与限位销钉的配合保证上焊接板处于准确的位置。

滑移平台包括一个“凹”字型平台18与四个带有连接角片23的刚性弹簧21。其中“凹”字型平台18右侧连带平衡块体19，保证焊接过程中夹具稳定滑移，左侧中间部分设置连接结构20，带螺栓孔，与上夹持平板连接结构26相匹配，从而保证可以与顶部夹具进行有效连接。刚性弹簧21顶部与底部分别设置垫圈22，顶部垫圈22与连接角片23粘接，连接角片23顶部与垫圈22中部设置圆形开口，开口直径与刚性弹簧圈21直径以及底部夹具支撑柱9直径相匹配，保证滑移平台套入底部夹具的支撑柱9。连接角片23与“凹”字型平台侧面通过螺钉11连接。

本实施例还公开一种超声焊接工装夹具的使用方法，具体实现步骤如下：

步骤一：将下焊接板件插入底部焊接夹具的固定端4下部的下陷式开槽5中，将下焊接板压块6也插入固定端下部开槽5中并放置于下焊接板上部，并将下焊接板水平滑移定位块7的首端卡在固定端4右侧，采用限位销8与焊接板水平滑移定位块7共同对下焊接板进行固定。固定完成后，拧紧固定端顶部预紧螺栓25，从而对待焊接的下板进行稳定固定，稳定固定后撤去限位销8。

步骤二：将上焊接板插入顶部夹持平台17内，安装上焊接板定位块16，对焊接板的位置进行限定。完成限定后，拧紧上夹持平板12顶部的调节螺栓24，通过上焊接板压块15对待焊接的上板进行稳定固定，稳定固定后撤去上焊接板定位块16。

步骤三：通过连接角片23的圆形开口，将带有刚性弹簧21的滑移平台从顶部套入底部夹具支撑柱9。

步骤四：将带有固定好上焊接板的顶部夹具通过连接螺栓27将上夹持平板中间位置的连接结构26与滑移平台左侧的连接结构20进行连接，从而使得待焊接的上下板形成搭接构型。在此基础上，通过超声焊接设备完成焊接样品制造。所述样品为搭接板构型。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。