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/ NEWS散热装置的智能组配技艺研讨剖析
发布时间：2012.02.20 浏览次数：
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1管片式散热器的结构与特点
管片式散热器芯子是由多根水管与多片散热片串制后烘焊而成的，主要零件有散热水管和散热片，芯子制造的关键就是二者的装配。
散热水管采用H90Y0.1643黄铜带咬缝而成的矩形管，外层镀锡，其截面形状如1所示，而长度随散热器型号而变，一般为6801100mm.其主要特点：1）尺寸精度低，截面形状不稳定；2）刚性差，水管平直度偏差较大；3）表面粗糙，锡层平整性较差。
散热片采用H62Y0.195黄铜带冲压而成，两边有翻边，结构如所示，主要特点：1）冲压成形，孔的尺寸一致性较好；2）多孔，且孔向一侧翻边呈直角，多片相叠易相互卡住；3）表面压有波浪筋，平整性差；4）刚性差，易卷曲；5）水管只能单向串入。
2自动分片原理
我们提出的自动分片原理和方法是：利用真空技术，将散热片逐片吸起，送到规定位置并串上水管。其中的难点和关键在于：1）散热片多孔，表面有波浪筋，可供吸头吸附的面积很小，且不利于吸附；2）散热片要同时串上几百根水管，水管和散热片定位是关键。
21真空吸片试验
为解决吸片问题，进行了如3所示的原理性试验。
试验参数：吸头截面15mm3mm；吸头数量2个；橡皮种类3种。
试验结论：1）软橡皮粘制吸头能保持较好的气密性，易吸起散热片，在约340KPa的真空条件下能吸起散热片。2）硬橡皮粘制吸头不易形成真空，无法吸起散热片。
22多吸头工作系统
为了实现自动分片，必须使散热片保持平整并具有一定的定位精度。在实际设计中采用了如图4所示的多吸头工作系统方案。设计参数如下：吸力F=10kg，抽气时间t？0.5s，吸头数n=34.
该系统既有足够的吸力，又可以使散热片吸起时保持平整状态。
4中，真空吸阀的作用是防止某个吸头在工作时漏气，该阀可以自动关闭，以保持系统的真空度。吸头是该系统的关键，吸头位置应保证在相应的孔与孔之间的间隔中，吸头的性能参照原理试验吸头：一方面吸头与散热片的接触面要软，以适应散热片表面的波纹形状，便于形成封闭的真空腔；另一方面为防止吸头负压作用下整体变形，要求吸头上部具有一定的刚性，以保证散热片吸起后的平整性和定位精度。实际生产中可采用所示的两种结构。全橡胶型结构采用硬度5060A的聚氨酯橡胶成型，而金属骨架型吸头其唇部采用天然橡胶附在金属骨架上。
为了保证多吸头同时工作，吸头统一安装在吸盘平面上，并要施加一定的压力使吸头变形，以保证真空系统的建立。
23管片定位机构
根据串片动作要求，水管下端可以固定，而上端则不能完全固定。分析水管的结构特点，矩形截面在长边方向稳定性、刚性较好，短边方向则较差，因此在上端采用一对可摆动的哈夫板和吸盘交替定位的辅助定位机构，二者动作互锁，主要约束水管短边方向的摆动。动作原理为：送片时，吸盘吸着散热片套上水管，哈夫板打开，吸盘和散热片通过；返回时，哈夫板先合上，吸盘再脱离水管。这样既可以完成串片动作，又可保持水管的准确定位。为了减小定位误差对串片的影响，在水管端头采用一导向钎，其头部有较大的导引斜度，因此在一定的误差范围内能保证散热片和吸盘的导入。
水管下端采用定位钎定位，水管根据散热器的型号不同有序排列插在导向钎上。管片定位系统结构原理如所示。
这种定位机构的特点：1）适应性强，定位件在结构上具有较强的通用性，不同型号的散热器芯子，只改变散热水管的排布和数量及水管的长度即可；2）定位可靠，定位机构采用了下端固定、上端交替定位的方式，约束了所有自由度，并在刚性和稳定性差的方向上增加了辅助支撑，动作可靠；3）装卸方便，定位机构采用短钎定位，排管时沿用目前生产工艺中的排管和卸芯的方法。
3散热器芯子自动装配的运动分析
散热器芯子自动装配的运动分为主运动和辅助运动，如所示。主运动包括芯子装配动作和辅助插梳动作。辅助运动包括分片送片动作，由散热片缓冲区取片送到装配位置。自动装配机中除芯子装配动作为步进驱动外，其余均为气动。
散热器芯子自动装配主辅运动循环图主运动的动作过程为步进电机驱动丝杠提梳到插梳位置，气缸推动插梳，到位后，步进电机驱动丝杠带动梳子压片，到达预定行程后退梳，再重复上述循环，只不过每个循环梳子移动行程根据片距递减，直到后梳子返回工作零点。
辅助运动的动作循环为吸盘从料仓上方下降，接触散热片后吸片，吸盘再上升到位后然后移到导向钎上方，吸盘下行并同时打开与其联动的哈夫梳，到位后释放散热片，吸盘上行同时哈夫梳弹簧复位，吸盘回到料仓上方，如此反复。
自动装配的主运动与辅助运动分片和串片是两个相互独立又相互制约的循环过程。为提高装配效率，一方面需要动作速度快，另一方面两个动作循环的协调是装配机正常工作的保证，也是提高效率的关键。制约关系为：1）两个循环过程要同步，循环周期相同，短周期循环要等长周期循环；2）插梳动作必须等吸盘放片退回后才能执行，送片动作要在压片结束后才能执行。
因此为了减少相互影响，在控制上采用双方相互制约的协调点，如果动作条件不满足循环动作，就停留在自身的同步点上等待，一旦条件满足，则各自完成自身动作循环，互不干扰。引起两个动作循环不协调的主要原因是串片动作的循环时间在随串片数增加而减少，片数增加后梳子移动行程在递减，因而所需动作时间在缩短；而分片动作的循环时间相对比较稳定，随着料仓内散热片数的减少，动作循环时间反而略有增加，因此要使二者协调工作，且效率高，找同步点是关键。在中，时序协调点分别选在放片上升到位位置和压片到位位置上，即串片循环要在放片动作上升到位后才能插梳，条件不满足需等待；而分片循环要在压片到位后才能平稳递片，否则在等待点等待。图中T1和T2分别为分片循环和串片循环等待时间，这两个时间是随装配过程不断变化的，正常情况下只有一个循环需要等待。起始工作时，两个动作循环都回到零点位置，先完成分片循环，送片后触发串片循环，整个循环开始。
4结论
本研究为实现散热器芯子自动装配机提供了良好的技术基础，为散热器柔性化生产创造了条件。可以预见，散热器芯子自动装配机研制成功后，将能够适应各种型号芯子装配片距的要求，解决芯子装配中长期存在的片距不匀的问题，保证装配品质，大大降低工人的劳动强度。
管片式散热器芯子是由多根水管与多片散热片串制后烘焊而成的，主要零件有散热水管和散热片，芯子制造的关键就是二者的装配。
散热水管采用H90Y0.1643黄铜带咬缝而成的矩形管，外层镀锡，其截面形状如1所示，而长度随散热器型号而变，一般为6801100mm.其主要特点：1）尺寸精度低，截面形状不稳定；2）刚性差，水管平直度偏差较大；3）表面粗糙，锡层平整性较差。
散热片采用H62Y0.195黄铜带冲压而成，两边有翻边，结构如所示，主要特点：1）冲压成形，孔的尺寸一致性较好；2）多孔，且孔向一侧翻边呈直角，多片相叠易相互卡住；3）表面压有波浪筋，平整性差；4）刚性差，易卷曲；5）水管只能单向串入。
2自动分片原理
我们提出的自动分片原理和方法是：利用真空技术，将散热片逐片吸起，送到规定位置并串上水管。其中的难点和关键在于：1）散热片多孔，表面有波浪筋，可供吸头吸附的面积很小，且不利于吸附；2）散热片要同时串上几百根水管，水管和散热片定位是关键。
21真空吸片试验
为解决吸片问题，进行了如3所示的原理性试验。
试验参数：吸头截面15mm3mm；吸头数量2个；橡皮种类3种。
试验结论：1）软橡皮粘制吸头能保持较好的气密性，易吸起散热片，在约340KPa的真空条件下能吸起散热片。2）硬橡皮粘制吸头不易形成真空，无法吸起散热片。
22多吸头工作系统
为了实现自动分片，必须使散热片保持平整并具有一定的定位精度。在实际设计中采用了如图4所示的多吸头工作系统方案。设计参数如下：吸力F=10kg，抽气时间t？0.5s，吸头数n=34.
该系统既有足够的吸力，又可以使散热片吸起时保持平整状态。
4中，真空吸阀的作用是防止某个吸头在工作时漏气，该阀可以自动关闭，以保持系统的真空度。吸头是该系统的关键，吸头位置应保证在相应的孔与孔之间的间隔中，吸头的性能参照原理试验吸头：一方面吸头与散热片的接触面要软，以适应散热片表面的波纹形状，便于形成封闭的真空腔；另一方面为防止吸头负压作用下整体变形，要求吸头上部具有一定的刚性，以保证散热片吸起后的平整性和定位精度。实际生产中可采用所示的两种结构。全橡胶型结构采用硬度5060A的聚氨酯橡胶成型，而金属骨架型吸头其唇部采用天然橡胶附在金属骨架上。
为了保证多吸头同时工作，吸头统一安装在吸盘平面上，并要施加一定的压力使吸头变形，以保证真空系统的建立。
23管片定位机构
根据串片动作要求，水管下端可以固定，而上端则不能完全固定。分析水管的结构特点，矩形截面在长边方向稳定性、刚性较好，短边方向则较差，因此在上端采用一对可摆动的哈夫板和吸盘交替定位的辅助定位机构，二者动作互锁，主要约束水管短边方向的摆动。动作原理为：送片时，吸盘吸着散热片套上水管，哈夫板打开，吸盘和散热片通过；返回时，哈夫板先合上，吸盘再脱离水管。这样既可以完成串片动作，又可保持水管的准确定位。为了减小定位误差对串片的影响，在水管端头采用一导向钎，其头部有较大的导引斜度，因此在一定的误差范围内能保证散热片和吸盘的导入。
水管下端采用定位钎定位，水管根据散热器的型号不同有序排列插在导向钎上。管片定位系统结构原理如所示。
这种定位机构的特点：1）适应性强，定位件在结构上具有较强的通用性，不同型号的散热器芯子，只改变散热水管的排布和数量及水管的长度即可；2）定位可靠，定位机构采用了下端固定、上端交替定位的方式，约束了所有自由度，并在刚性和稳定性差的方向上增加了辅助支撑，动作可靠；3）装卸方便，定位机构采用短钎定位，排管时沿用目前生产工艺中的排管和卸芯的方法。
3散热器芯子自动装配的运动分析
散热器芯子自动装配的运动分为主运动和辅助运动，如所示。主运动包括芯子装配动作和辅助插梳动作。辅助运动包括分片送片动作，由散热片缓冲区取片送到装配位置。自动装配机中除芯子装配动作为步进驱动外，其余均为气动。
散热器芯子自动装配主辅运动循环图主运动的动作过程为步进电机驱动丝杠提梳到插梳位置，气缸推动插梳，到位后，步进电机驱动丝杠带动梳子压片，到达预定行程后退梳，再重复上述循环，只不过每个循环梳子移动行程根据片距递减，直到后梳子返回工作零点。
辅助运动的动作循环为吸盘从料仓上方下降，接触散热片后吸片，吸盘再上升到位后然后移到导向钎上方，吸盘下行并同时打开与其联动的哈夫梳，到位后释放散热片，吸盘上行同时哈夫梳弹簧复位，吸盘回到料仓上方，如此反复。
自动装配的主运动与辅助运动分片和串片是两个相互独立又相互制约的循环过程。为提高装配效率，一方面需要动作速度快，另一方面两个动作循环的协调是装配机正常工作的保证，也是提高效率的关键。制约关系为：1）两个循环过程要同步，循环周期相同，短周期循环要等长周期循环；2）插梳动作必须等吸盘放片退回后才能执行，送片动作要在压片结束后才能执行。
因此为了减少相互影响，在控制上采用双方相互制约的协调点，如果动作条件不满足循环动作，就停留在自身的同步点上等待，一旦条件满足，则各自完成自身动作循环，互不干扰。引起两个动作循环不协调的主要原因是串片动作的循环时间在随串片数增加而减少，片数增加后梳子移动行程在递减，因而所需动作时间在缩短；而分片动作的循环时间相对比较稳定，随着料仓内散热片数的减少，动作循环时间反而略有增加，因此要使二者协调工作，且效率高，找同步点是关键。在中，时序协调点分别选在放片上升到位位置和压片到位位置上，即串片循环要在放片动作上升到位后才能插梳，条件不满足需等待；而分片循环要在压片到位后才能平稳递片，否则在等待点等待。图中T1和T2分别为分片循环和串片循环等待时间，这两个时间是随装配过程不断变化的，正常情况下只有一个循环需要等待。起始工作时，两个动作循环都回到零点位置，先完成分片循环，送片后触发串片循环，整个循环开始。
4结论
本研究为实现散热器芯子自动装配机提供了良好的技术基础，为散热器柔性化生产创造了条件。可以预见，散热器芯子自动装配机研制成功后，将能够适应各种型号芯子装配片距的要求，解决芯子装配中长期存在的片距不匀的问题，保证装配品质，大大降低工人的劳动强度。
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