焊接夾具課程設計說明書(共11頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 重慶理工大學 課程設計說明書題目：工字梁組件的焊接夾具設計學 院: 材料科學與工程專 業(yè): 焊接結構與工程姓 名: 學 號: 指導老師： 2014年1月專心-專注-專業(yè)目錄 序言焊接工裝夾具是將焊件準確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝裝備。在焊接結構生產中，把用來裝配進行定位焊的夾具稱為裝配夾具：而專門用來焊接焊件的夾具稱為焊接夾具：把既用于裝配又用于焊接的夾具稱為裝焊夾具。它們統(tǒng)稱為焊接工裝夾具。1.對焊接工裝夾具的設計要求 （1）焊接工裝夾具應動作迅速，操作方便，操作位置應處在工人容易接近，最宜操的部位。特別是手動夾具，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高

2、度應設在工人最容易用力的部位，當夾具處于夾緊裝態(tài)時，應能自鎖。 （2）焊接工裝夾具應有足夠的裝配焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸，所有的定位原件和夾緊裝置應與焊道保持適當距離或者布置在焊件的下方和側面。夾緊機構的執(zhí)行元件應能夠伸縮或轉位。 （3）夾緊可靠，剛性適當，夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，夾緊后不使焊件松動滑移，又不使焊件的拘束度過大，產生較大的應力。 （4）為了保證使用安全，應設置必要的安全連鎖保護裝置。 （5）夾緊時不應損壞焊件的表面質量，夾緊薄件和軟質材料的焊件時，應限制夾緊力，或者對壓頭行程限位，加大壓頭接觸面積，添加鋁銅襯墊等措施。 （6）接近焊接

3、部位的夾具，應考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺對夾緊機構和定位器表面的損傷。 （7）夾具的施力點應位于焊件的支撐處或者布置在靠近支撐的地方，要防止支撐反力與夾緊力，支撐反力與重力形成力偶。 （8) 注意各種焊接方法在導熱導電隔磁絕緣等方面對夾具提出的特殊要求。 （9) 用于大型板焊接結構的夾具，要有足夠的強度和剛度，特別是夾具體的剛度，對結構的形狀精度，尺寸精度影響較大。 （10）在一個夾具上，定位器和夾緊機構的結構形式不宜過多，并且盡量選用一種動力源。 （11）工裝夾具本身應具有較好的制造工藝和較高的機械效率。 （12）盡量選用已通用化標準化的夾緊機構及標準零部件來制作工裝夾具。1.1焊接工

4、裝夾具的主要作用 （1）準確、可靠的定位和夾緊，可以減輕甚至取消下料和劃線工作。減小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可換性。 （2）有效的防止和減輕了焊接變形。 （3）使工件處于最佳的施焊部位，焊縫的成型性良好，工藝缺陷明顯降低，焊接速度得以提高。 （4）以機械裝置代替了手工裝配零件部位時的定位、夾緊及工件翻轉等繁重的工作，改善了工人的勞動條件。 （5）可以擴大先進的工藝方法的使用范圍，促進焊接結構的生產機械化和自動化的綜合發(fā)展。2.焊接結構件的分析 圖1 鋼梁結構圖1鋼梁組件由大、小肋板和筋板構成，材料選用45鋼，大腹板寬100mm，小腹板寬80mm，總長均為2000mm，厚度均為5mm；

5、筋板寬80mm，總長2000mm，厚度為10mm。 工件焊接方法選用焊條電弧焊，采用間斷焊接，主要焊接工件受反變形裝置固定部分。2.1 焊接產品“鋼梁組件”的重點技術要求分析： （1）序1、序3兩塊肋板和序2筋板的垂直度要求 （2）公差要求：不大于0.05mm （3）序1、序2、序3焊接而成，焊接要求： 焊接過程中對兩主板進行反變形控制，焊后A面最大變形量小于2mm 注意結構的合理性，裝配方案的可行性； 裝配過程要盡量方便易行； 裝配成本應盡可能低。2.2 采用合理的焊接順序和方向 圖2焊接順序如圖2盡量使焊縫能只有收縮，先焊收縮量比較大的焊縫。先焊工作時受力較大的焊縫，如在工地焊接梁的接頭時

6、，應預先留出一段翼緣角焊縫最后焊接，先焊受力較大的翼緣對接焊縫，然后焊接腹板對接焊縫，最后再焊接翼緣角焊縫。這樣的焊接次序可以使受力較大的翼緣焊縫預先承受壓應力，而腹板則為拉應力。翼緣角焊縫留在最后焊接，則可使腹板有一定的收縮余地，同時也可以在焊接翼板對接焊縫時采取反變形措施，防止角變形。實驗證明，用這種焊接次序焊接的梁，疲勞強度比先焊腹板后焊翼板的高30%。3.夾具設計方案的確定3.1 在設計夾具體時應滿足以下基本要求： 具有足夠的強度和剛度。 結構簡單、輕便，在保證強度和剛度前提下結構盡可能簡單緊湊，體積小、質量輕和便于工件裝卸。 安裝穩(wěn)定牢靠。 結構的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗 尺寸

7、要穩(wěn)定且具有一定精度。 清理方便。3.2 基準面的選擇： 夾具體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機構、裝置連接成一個整體，而且還要考慮工件裝卸的方便。因此，夾具體的形狀和尺寸主要取決于夾具各組成件的分布位置，工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。夾具體毛坯制造方法的選擇：綜合考慮結構合理性、工藝性、經(jīng)濟性、標準化以及各種夾具體的優(yōu)缺點等，選擇夾具體毛坯制造方法為鑄造夾具體。夾具體的外形尺寸：在繪制夾具總圖時，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置及其反變形裝置在總體上的配置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。然后進行造型設計，再根據(jù)強度和剛度要求選擇斷面的結構形狀和壁厚尺寸。夾具體的壁厚25mm，長度

8、2200mm，寬度360mm；根據(jù)設計要求，夾具體上設計有螺孔，與定位器和夾緊器的螺孔在裝配時配套。3.3 定位方式及元器件選擇定位器的作用：定位器的作用是要使工件在夾具中具有準確和確定不便的位置，在保證加工要求的情況下，限制足夠的自由度。工件的定位原理：自由物體在空間直角坐標系中有六個自由度，即沿OX，OY，OZ三個軸向的平動自由度和三個繞軸的轉動自由度。要使工件在夾具體中具有準確和確定不變的位置，則必須限制六個自由度。工件的六個自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六個，但仍然能保證加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生產中，為了調整和控制不可避免產生的焊接應力和變形，有些

9、自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夾具設計中，按加工要求應限制的自由度而沒有被限制的欠定位是不允許的；而選用兩個或更多的支撐點限制一個自由度的方法稱為過定位，過定位容易位置變動，夾緊時造成工件或定位元件的變形，影響工件的定位精度，過定位也屬于不合理設計。定位元器件的選擇： 以工件的平面為基準進行定位時，常采用擋鐵、支撐釘進行定位； 工件以圓孔內表面為基準進行定位時常采用銷定位器； 工件以圓柱外表面為基準進行定位時常采用V形鐵定位器；利用以定位工件的輪廓對被定位工件進行定位可采用樣板定位器。本工裝定位方式如下： 圖3 定位軸 圖4定位方式肋板序1采用放置于工作臺的墊板和螺旋加

10、緊機構定位，墊板限制了Z方向上的平動自由度和X、Y方向上的轉動自由度，螺旋加緊機構限制了沿X方向的平動自由度和Z方向上的轉動自由度。筋板序2選用放置于工作臺的墊板作為主定位面，限制了Z方向上的平動自由度和X、Y方向上的轉動自由度，擋塊限制了沿X方向的平動自由度和Z方向上的轉動自由度；肋板序3采用工作臺和擋塊定位，工作臺限制擋塊限制了Z方向上的平動自由度和X、Y方向上的轉動自由度，擋塊限制了沿X方向的平動自由度和Z方向上的轉動自由度；3.4 夾緊方式及元器件選擇夾緊機構的三要素是夾緊力方向的確定、夾緊力作用點的確定、夾緊力大小的確定。 對夾緊機構的基本要求如下： 夾緊作用準確，處于夾緊狀態(tài)時應能

11、保持自鎖，保證夾緊定位的安全可靠。 夾緊動作迅速，操作方便省力，夾緊時不應損害零件表面質量。 夾緊件應具備一定的剛性和強度，夾緊作用力應是可調節(jié)的。 結構力求簡單，便于制造和維修。本工裝Z軸方向上有很大的自重，不需要夾緊，Y軸方向不需要夾緊，所以只需考慮X方向上的夾緊，X軸向上采用螺旋夾緊機構。3.5 裝焊夾具結構裝焊夾具基座采用夾具體，再在夾具體上安裝定位肋板序3的擋板，定位筋板序2的墊板，和螺旋夾緊裝置，以及在兩塊肋板上分別安裝反變形裝置，構成整個焊接夾具。3.6 裝焊方案裝焊時，首先為兩塊肋板安裝反變形裝置，再在夾具體上裝上定位的擋板、墊板和螺旋夾緊器，然后分別放上肋板和筋板，并用螺旋夾

12、緊器將其固定夾緊。焊接時，先焊上半部分兩條焊縫，然后松開螺旋夾緊裝置，翻轉工件，裝配夾緊后，再焊接另兩條焊縫。焊接時采用焊條電弧焊分段焊接，以減小焊接變形。4. 主要零件設計的說明4.1 夾具體 圖5 工作平臺 如圖5綜合考慮結構的合理性、工藝性、經(jīng)濟型、標準化以及各種夾具體的優(yōu)缺點等，夾具體制作材料選用鑄鐵，毛坯制造方法為鑄造夾具體；考慮到定位的精確度，要求定位器和螺旋夾緊器的螺孔在裝配時要與夾具體配作。4.2 手動螺旋夾緊器 圖6 手動夾緊器 如圖6手動螺旋夾緊器選用Q235鋼，螺旋夾緊器件主體各部分通過焊接的方式連接在一起；焊接時，應先夾緊各部分元件，防止焊接時產生焊接變形。并且要求底座

13、螺孔應與夾具體配作，螺旋夾緊器在夾緊狀態(tài)時應有自鎖性能。手動螺旋夾緊器的工作過程：夾緊器底部用螺栓固定在夾具體上，工件定位好后，轉動螺旋裝置，螺桿向前移動夾緊工件；螺桿端部有可以相對轉動的底靴，它用于增加制品的受壓面積，減小螺桿與制品間的摩擦力，以及防止螺桿壓在與軸線不垂直的表面上時螺桿可能出現(xiàn)的彎曲；各螺桿中心線應與主板縱向中心線垂直相交，以保證夾緊精度。4.3 擋板 圖7 擋板 如圖7擋板選用Q235鋼制造，毛坯制造方法選用鑄造毛坯，成型性好，加工方便。擋板螺孔也應與夾具體配作，裝配時通過螺栓固定在夾具體上。4.4 反變形裝置 反變形裝置采用Q235鋼?？紤]到整體難于直接生產，所以反變形裝

14、置彎曲部分與整體連接時采用型鋼拼焊，焊接時，先點固焊，再用支撐釘支撐彎曲部分，防止焊接變形，最后完成全部焊接。反變形裝置內部間隙應比工件厚度大，以便于工件插入，間隙部分通過打入銷釘固定加緊。4.5 墊板 圖8 墊板 如圖8墊板材料選用鑄鐵，制造方法為鑄造，成型后表面打磨平整。4.6 銷釘 銷釘45鋼制作，采用火焰表面淬火處理，以提高耐磨度。4.7 螺栓 螺栓選用材料45鋼的標準件，螺栓連接時通過開口墊圈使應力均勻分布。5.裝焊夾具使用說明5.1 夾具的操作步驟：（1）焊接前，先為兩塊肋板安裝反變形裝置，在夾具體上裝上定位的擋板、墊板和螺旋夾緊器，然后分別放上肋板和筋板，調整好位置，用螺旋夾緊器

15、將其固定夾緊。（2）在第一面焊縫焊接好后，松開螺旋夾緊器，翻轉工件并調整好位置，再用螺旋夾緊器夾緊工件，焊接另一面焊縫。（3）當所有焊縫焊接好后，松開螺旋夾緊器，取出工件和反變形裝置，拆卸下固定在夾具體上的擋板和螺旋夾緊器，然后去除反變形裝置，取出成型工件。5.2 夾具的結構特點：（1）操作方便，工件易于裝卸；（2）該夾具結構簡單，容易生產制造；（2）該夾具能夠有效地夾緊工件和控制工件的反變形，使工件據(jù)有良好的成型性。5.3 夾具使用注意事項、保養(yǎng)及維護 （1）使用前對限位尺寸檢查是否還保持正確位置； （2）使用后需要涂防銹油。6.本次課程設計總結、體會大多數(shù)焊接工裝是為某種焊接組合件的裝配焊

16、接工藝而專門設計的，屬于非標準裝置，往往需要根據(jù)產品機構特點、生產條件和你實際需要自行設計制造。焊接工裝設計是生產準備工作的重要內容之一，也是焊接生產工藝設計的主要任務之一。對于汽車、摩托車和飛機等制造業(yè)，可以毫不夸張地說，沒有焊接工裝就沒有產品。在工藝設計時，應提出所需要的工裝類型、結構草圖和簡要說明，在此基礎上完成詳細的結構和零件設計及全部圖樣。工裝設計的質量，對生產效率、加工成本、產品質量以及生產安全等有直接的影響。為此，設計焊接工裝時必須考慮實用性、經(jīng)濟性、可靠性、藝術性等。在機械設計和制造過程中，普遍存在尺寸鏈問題。在把零件組裝成機器的過程中，也就是將零件上有關的尺寸進行組合和積累。因零件尺寸存在制造誤差，因此裝配時也就有誤差的綜合積累。累積后形成的總誤差將會影響機器的工作性能和質量。這就形成了零件的尺寸誤差和綜合誤差之間的相互影響關系。設計工裝夾具也不例外，因此合理地確定零件的尺寸公差和形位公差也顯得尤為重要。通過本次課程設計，不僅增強了對焊接工藝裝備專業(yè)性知識的系統(tǒng)化，而且將專業(yè)知識、設計能力和實踐能力有機的結合在了一起。但收獲更深的是夯實并拓寬了我們設計工裝夾具的