焊接夾具課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 重慶理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：工字梁組件的焊接夾具設(shè)計(jì)學(xué) 院: 材料科學(xué)與工程專(zhuān) 業(yè): 焊接結(jié)構(gòu)與工程姓 名: 指導(dǎo)老師： 2014年1月目錄序言11. 對(duì)焊接工裝夾具的設(shè)計(jì)要求1 1.1焊接工裝夾具的主要作用22. 焊接結(jié)構(gòu)件的分析2 2.1 焊接產(chǎn)品“鋼梁組件”的重點(diǎn)技術(shù)要求分析：3 2.2 采用合理的焊接順序和方向33. 夾具設(shè)計(jì)方案的確定3 3.1 在設(shè)計(jì)夾具體時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下基本要求：3 3.2 基準(zhǔn)面的選擇：3 3.3 定位方式及元器件選擇4 3.4 夾緊方式及元器件選擇5 3.5 裝焊夾具結(jié)構(gòu)6 3.6 裝焊方案64. 主要零件設(shè)計(jì)的說(shuō)明6 4.1 夾具體6 4.2 手動(dòng)螺旋夾

2、緊器6 4.3 擋板7 4.4 反變形裝置7 4.5 墊板8 4.6 銷(xiāo)釘8 4.7 螺栓85. 裝焊夾具使用說(shuō)明8 5.1 夾具的操作步驟：8 5.2 夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：8 5.3 夾具使用注意事項(xiàng)、保養(yǎng)及維護(hù)86. 本次課程設(shè)計(jì)總結(jié)、體會(huì)9參考資料9序言焊接工裝夾具是將焊件準(zhǔn)確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝裝備。在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，把用來(lái)裝配進(jìn)行定位焊的夾具稱(chēng)為裝配夾具：而專(zhuān)門(mén)用來(lái)焊接焊件的夾具稱(chēng)為焊接夾具：把既用于裝配又用于焊接的夾具稱(chēng)為裝焊夾具。它們統(tǒng)稱(chēng)為焊接工裝夾具。1.對(duì)焊接工裝夾具的設(shè)計(jì)要求 （1）焊接工裝夾具應(yīng)動(dòng)作迅速，操作方便，操作位置應(yīng)處在工人容易接近，最宜操的部位。特別是手

3、動(dòng)夾具，其操作力不能過(guò)大，操作頻率不能過(guò)高，操作高度應(yīng)設(shè)在工人最容易用力的部位，當(dāng)夾具處于夾緊裝態(tài)時(shí)，應(yīng)能自鎖。 （2）焊接工裝夾具應(yīng)有足夠的裝配焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀(guān)察，不妨礙焊件的裝卸，所有的定位原件和夾緊裝置應(yīng)與焊道保持適當(dāng)距離或者布置在焊件的下方和側(cè)面。夾緊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件應(yīng)能夠伸縮或轉(zhuǎn)位。 （3）夾緊可靠，剛性適當(dāng)，夾緊時(shí)不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，夾緊后不使焊件松動(dòng)滑移，又不使焊件的拘束度過(guò)大，產(chǎn)生較大的應(yīng)力。 （4）為了保證使用安全，應(yīng)設(shè)置必要的安全連鎖保護(hù)裝置。 （5）夾緊時(shí)不應(yīng)損壞焊件的表面質(zhì)量，夾緊薄件和軟質(zhì)材料的焊件時(shí)，應(yīng)限制夾緊力，或者對(duì)壓頭行程限位，加大

4、壓頭接觸面積，添加鋁銅襯墊等措施。 （6）接近焊接部位的夾具，應(yīng)考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)和定位器表面的損傷。 （7）夾具的施力點(diǎn)應(yīng)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(dǎo)熱導(dǎo)電隔磁絕緣等方面對(duì)夾具提出的特殊要求。 （9) 用于大型板焊接結(jié)構(gòu)的夾具，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別是夾具體的剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)的形狀精度，尺寸精度影響較大。 （10）在一個(gè)夾具上，定位器和夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過(guò)多，并且盡量選用一種動(dòng)力源。 （11）工裝夾具本身應(yīng)具有較好的制造工藝和較高的機(jī)械效率。 （12）盡量選用已通用化標(biāo)準(zhǔn)化

5、的夾緊機(jī)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零部件來(lái)制作工裝夾具。1.1焊接工裝夾具的主要作用 （1）準(zhǔn)確、可靠的定位和夾緊，可以減輕甚至取消下料和劃線(xiàn)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(jī)械裝置代替了手工裝配零件部位時(shí)的定位、夾緊及工件翻轉(zhuǎn)等繁重的工作，改善了工人的勞動(dòng)條件。 （5）可以擴(kuò)大先進(jìn)的工藝方法的使用范圍，促進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的綜合發(fā)展。2.焊接結(jié)構(gòu)件的分析 圖1 鋼梁結(jié)構(gòu)圖1鋼梁組件由大、小肋板和筋板構(gòu)成，材料選用45鋼，大腹板寬100mm，小腹板

6、寬80mm，總長(zhǎng)均為2000mm，厚度均為5mm；筋板寬80mm，總長(zhǎng)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(chǎn)品“鋼梁組件”的重點(diǎn)技術(shù)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(guò)程中對(duì)兩主板進(jìn)行反變形控制，焊后A面最大變形量小于2mm 注意結(jié)構(gòu)的合理性，裝配方案的可行性； 裝配過(guò)程要盡量方便易行； 裝配成本應(yīng)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

7、。先焊工作時(shí)受力較大的焊縫，如在工地焊接梁的接頭時(shí)，應(yīng)預(yù)先留出一段翼緣角焊縫最后焊接，先焊受力較大的翼緣對(duì)接焊縫，然后焊接腹板對(duì)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(yù)先承受壓應(yīng)力，而腹板則為拉應(yīng)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(shí)也可以在焊接翼板對(duì)接焊縫時(shí)采取反變形措施，防止角變形。實(shí)驗(yàn)證明，用這種焊接次序焊接的梁，疲勞強(qiáng)度比先焊腹板后焊翼板的高30%。3.夾具設(shè)計(jì)方案的確定3.1 在設(shè)計(jì)夾具體時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下基本要求： 具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，在保證強(qiáng)度和剛度前提下結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單緊湊，體積小、質(zhì)量輕和便于工件裝卸。 安裝穩(wěn)定

8、牢靠。 結(jié)構(gòu)的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗(yàn) 尺寸要穩(wěn)定且具有一定精度。 清理方便。3.2 基準(zhǔn)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(jī)構(gòu)、裝置連接成一個(gè)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(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)化以及各種夾具體的優(yōu)缺點(diǎn)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(shí)，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(jìn)行造型設(shè)計(jì)，再根據(jù)強(qiáng)度和剛度要求選擇斷

9、面的結(jié)構(gòu)形狀和壁厚尺寸。夾具體的壁厚25mm，長(zhǎng)度2200mm，寬度360mm；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，夾具體上設(shè)計(jì)有螺孔，與定位器和夾緊器的螺孔在裝配時(shí)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(zhǔn)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(biāo)系中有六個(gè)自由度，即沿OX，OY，OZ三個(gè)軸向的平動(dòng)自由度和三個(gè)繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。要使工件在夾具體中具有準(zhǔn)確和確定不變的位置，則必須限制六個(gè)自由度。工件的六個(gè)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(gè)，但仍然能保證加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生產(chǎn)中

10、，為了調(diào)整和控制不可避免產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和變形，有些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(shè)計(jì)中，按加工要求應(yīng)限制的自由度而沒(méi)有被限制的欠定位是不允許的；而選用兩個(gè)或更多的支撐點(diǎn)限制一個(gè)自由度的方法稱(chēng)為過(guò)定位，過(guò)定位容易位置變動(dòng)，夾緊時(shí)造成工件或定位元件的變形，影響工件的定位精度，過(guò)定位也屬于不合理設(shè)計(jì)。定位元器件的選擇： 以工件的平面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)，常采用擋鐵、支撐釘進(jìn)行定位； 工件以圓孔內(nèi)表面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)常采用銷(xiāo)定位器； 工件以圓柱外表面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)常采用V形鐵定位器；利用以定位工件的輪廓對(duì)被定位工件進(jìn)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

11、圖4定位方式肋板序1采用放置于工作臺(tái)的墊板和螺旋加緊機(jī)構(gòu)定位，墊板限制了Z方向上的平動(dòng)自由度和X、Y方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，螺旋加緊機(jī)構(gòu)限制了沿X方向的平動(dòng)自由度和Z方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。筋板序2選用放置于工作臺(tái)的墊板作為主定位面，限制了Z方向上的平動(dòng)自由度和X、Y方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，擋塊限制了沿X方向的平動(dòng)自由度和Z方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；肋板序3采用工作臺(tái)和擋塊定位，工作臺(tái)限制擋塊限制了Z方向上的平動(dòng)自由度和X、Y方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，擋塊限制了沿X方向的平動(dòng)自由度和Z方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；3.4 夾緊方式及元器件選擇夾緊機(jī)構(gòu)的三要素是夾緊力方向的確定、夾緊力作用點(diǎn)的確定、夾緊力大小的確定。 對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)

12、的基本要求如下： 夾緊作用準(zhǔn)確，處于夾緊狀態(tài)時(shí)應(yīng)能保持自鎖，保證夾緊定位的安全可靠。 夾緊動(dòng)作迅速，操作方便省力，夾緊時(shí)不應(yīng)損害零件表面質(zhì)量。 夾緊件應(yīng)具備一定的剛性和強(qiáng)度，夾緊作用力應(yīng)是可調(diào)節(jié)的。 結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)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(jī)構(gòu)。3.5 裝焊夾具結(jié)構(gòu)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(gòu)成整個(gè)焊接夾具。3.6 裝焊方案裝焊時(shí)，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

13、板和螺旋夾緊器，然后分別放上肋板和筋板，并用螺旋夾緊器將其固定夾緊。焊接時(shí)，先焊上半部分兩條焊縫，然后松開(kāi)螺旋夾緊裝置，翻轉(zhuǎn)工件，裝配夾緊后，再焊接另兩條焊縫。焊接時(shí)采用焊條電弧焊分段焊接，以減小焊接變形。4. 主要零件設(shè)計(jì)的說(shuō)明4.1 夾具體 圖5 工作平臺(tái) 如圖5綜合考慮結(jié)構(gòu)的合理性、工藝性、經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)化以及各種夾具體的優(yōu)缺點(diǎn)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(shí)要與夾具體配作。4.2 手動(dòng)螺旋夾緊器 圖6 手動(dòng)夾緊器 如圖6手動(dòng)螺旋夾緊器選用Q235鋼，螺旋夾緊器件主體各部分通過(guò)焊接的方式連接在一起；焊接時(shí)，應(yīng)先夾

14、緊各部分元件，防止焊接時(shí)產(chǎn)生焊接變形。并且要求底座螺孔應(yīng)與夾具體配作，螺旋夾緊器在夾緊狀態(tài)時(shí)應(yīng)有自鎖性能。手動(dòng)螺旋夾緊器的工作過(guò)程：夾緊器底部用螺栓固定在夾具體上，工件定位好后，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋裝置，螺桿向前移動(dòng)夾緊工件；螺桿端部有可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)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(xiàn)不垂直的表面上時(shí)螺桿可能出現(xiàn)的彎曲；各螺桿中心線(xiàn)應(yīng)與主板縱向中心線(xiàn)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(yīng)與夾具體配作，裝配時(shí)通過(guò)螺栓固定在夾具體上。4.4 反變形裝置 反變形裝置采

15、用Q235鋼?？紤]到整體難于直接生產(chǎn)，所以反變形裝置彎曲部分與整體連接時(shí)采用型鋼拼焊，焊接時(shí)，先點(diǎn)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(nèi)部間隙應(yīng)比工件厚度大，以便于工件插入，間隙部分通過(guò)打入銷(xiāo)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(xiāo)釘 銷(xiāo)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(biāo)準(zhǔn)件，螺栓連接時(shí)通過(guò)開(kāi)口墊圈使應(yīng)力均勻分布。5.裝焊夾具使用說(shuō)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

16、，然后分別放上肋板和筋板，調(diào)整好位置，用螺旋夾緊器將其固定夾緊。（2）在第一面焊縫焊接好后，松開(kāi)螺旋夾緊器，翻轉(zhuǎn)工件并調(diào)整好位置，再用螺旋夾緊器夾緊工件，焊接另一面焊縫。（3）當(dāng)所有焊縫焊接好后，松開(kāi)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）操作方便，工件易于裝卸；（2）該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易生產(chǎn)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(xiàng)、保養(yǎng)及維護(hù) （1）使用前對(duì)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(shè)計(jì)

17、總結(jié)、體會(huì)大多數(shù)焊接工裝是為某種焊接組合件的裝配焊接工藝而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，屬于非標(biāo)準(zhǔn)裝置，往往需要根據(jù)產(chǎn)品機(jī)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和你實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)制造。焊接工裝設(shè)計(jì)是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容之一，也是焊接生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。對(duì)于汽車(chē)、摩托車(chē)和飛機(jī)等制造業(yè)，可以毫不夸張地說(shuō)，沒(méi)有焊接工裝就沒(méi)有產(chǎn)品。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)提出所需要的工裝類(lèi)型、結(jié)構(gòu)草圖和簡(jiǎn)要說(shuō)明，在此基礎(chǔ)上完成詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計(jì)及全部圖樣。工裝設(shè)計(jì)的質(zhì)量，對(duì)生產(chǎn)效率、加工成本、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)安全等有直接的影響。為此，設(shè)計(jì)焊接工裝時(shí)必須考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、藝術(shù)性等。在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，普遍存在尺寸鏈問(wèn)題。在把零件組裝成機(jī)器的過(guò)程中，也就是將零件上有關(guān)的尺寸進(jìn)行組合和積累。因零件尺寸存在制造誤差，因此裝配時(shí)也就有誤差的綜合積累。累積后形成的總誤差將會(huì)影響機(jī)器的工作性能和質(zhì)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(guān)系。設(shè)計(jì)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(guò)本次課程設(shè)計(jì)，不僅增強(qiáng)了對(duì)焊接工藝裝備專(zhuān)業(yè)性知識(shí)的系統(tǒng)化，而且將專(zhuān)業(yè)知識(shí)、設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力有機(jī)的結(jié)合在了一起。但收獲更深