橫梁夾具焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書-(自動保存的)

重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書題目：橫梁裝焊夾具設(shè)計(jì)學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：焊接技術(shù)與工程專業(yè)學(xué)號：11109050232姓名：張杰指導(dǎo)老師：羅怡1重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書目錄21夾具設(shè)計(jì)的目的意義及要求................................................................................................32焊接結(jié)構(gòu)件的分析................................................................................................................42.1焊接結(jié)構(gòu)件組成及成分析............................................................................................42.2焊接結(jié)構(gòu)件組成............................................................................................................42.3焊接結(jié)構(gòu)件焊接性能....................................................................................................43制訂焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝................................................................................................63.1焊接方法及焊接規(guī)范....................................................................................................63.2焊接材料的選擇............................................................................................................73.3焊接工序的確定............................................................................................................73.4焊接質(zhì)量的保證措施....................................................................................................74焊接夾具的設(shè)計(jì)....................................................................................................................74.1各構(gòu)件組成及成分........................................................................................................74.1.1基準(zhǔn)面的選擇........................................................................................................74.1.2定位器的設(shè)計(jì)........................................................................................................84.1.3夾具體的設(shè)計(jì)........................................................................................................94.1.4夾緊裝置的設(shè)計(jì)..................................................................................................104.1.5夾具材料的設(shè)計(jì)..................................................................................................104.1.6夾具尺寸公差及粗糙度......................................................................................114.1.7國家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇..............................................................................................114.2繪制夾具草..................................................................................................................114.3繪制正式裝配圖..........................................................................................................124.4繪制零件圖..................................................................................................................125夾具使用說明......................................................................................................................145.1夾具體的安裝說明......................................................................................................145.2夾具體的使用說明......................................................................................................145.3夾具體的實(shí)用性說明..................................................................................................156參考文獻(xiàn)..............................................................................................................................152重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書夾具設(shè)計(jì)的目的意義及要求焊接工裝夾具就是將焊件進(jìn)行準(zhǔn)確定位和可靠夾緊， 便于焊件進(jìn)行裝配和焊接、保證焊接結(jié)構(gòu)精度方面要求的工藝裝置。 在現(xiàn)代焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，積極推廣和使用與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的工裝夾具， 對提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕焊接工人的勞動強(qiáng)度，加速焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化進(jìn)程等諸方面起著非常重要的作用。焊接工裝夾具的主要作用有以下幾方面：準(zhǔn)確、可靠地定位和夾緊，可以減輕甚至取消下料和裝配時的劃線工作。減小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和互換性。有效地防止和減小焊接變形。使工件處于最佳的施焊位置，焊縫的成形性優(yōu)良，工藝缺陷明顯降低，焊接速度得以提高。以機(jī)械裝置取代手工裝配零部件時的定位、夾緊及工件翻轉(zhuǎn)等繁重工作，改善了工人的勞動條件。可以擴(kuò)大先進(jìn)工藝方法和設(shè)備的使用范圍，促進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的綜合發(fā)展?！獋€完整的焊接工裝夾具，一般由定位器、夾緊機(jī)構(gòu)和夾具體三部分組成。夾具體（底板）起工作平臺的作用，在其臺面上開有安裝槽、孔，用來安放和固定各種定位器和夾緊器件，有時還用于焊件的支承。其中，定位是夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，定位方案一旦確定，則其它組成部分的總體配置也基本隨之而定。夾具設(shè)計(jì)的基本要求：①、工裝夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。夾具在生產(chǎn)中投入使用時要承受多種力度的作用，所以工裝夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。②、夾緊的可靠性。夾緊時不能破壞工件的定位位置和保證產(chǎn)品形狀、尺寸符合圖樣要求。既不能允許工件松動滑移，又不使工件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力。③、焊接操作的靈活性。使用夾具生產(chǎn)應(yīng)保證足夠的裝焊空間，使操作人員有良好的視野和操作環(huán)境，使焊接生產(chǎn)的全過程處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)④、便于焊件的裝卸。操作時應(yīng)考慮制品在裝配定位焊或焊接后能順利的從夾具中取出，還要制品在翻轉(zhuǎn)或吊運(yùn)使不受損害。⑤、良好的工藝性。所設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)便于制造、安裝和操作，便于檢驗(yàn)、維修和更換易損零件。設(shè)計(jì)時還要考慮車間現(xiàn)有的夾緊動力源、吊裝能力及安裝場地等因素，降低夾具制造成本。3重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書焊接結(jié)構(gòu)件的分析2.1焊接結(jié)構(gòu)件組成及成分析圖2-1被焊接件裝配圖如圖2-1所示，所焊接的零件：橫梁為在材料為 20鋼的鋼管上焊接兩個材料為45鋼的支撐及一個材料為 Q235的板，管的直徑為40mm，厚度為4mm，管的一端有一個小圓孔。支撐、板與管的連接是角焊縫，裝配有精度要求，板與支撐的大平面要垂直于管的軸線，有垂直度要求。2.2焊接結(jié)構(gòu)件組成各構(gòu)件的組成如下表：表2-1焊接結(jié)構(gòu)件組成名稱材料數(shù)量鋼管20鋼1支撐452板Q2351焊接結(jié)構(gòu)件的組成如圖2-1所示，長度為490mm的管需要與兩個支撐和一個板焊接在一起，他們之間的焊接均為角焊縫，材料均不相同，屬于異種材料的焊接，因此需要考慮他們的焊接性，以保證焊接質(zhì)量。2.3焊接結(jié)構(gòu)件焊接性能焊接性就是金屬是否適應(yīng)焊接加工而形成完整的、 具備一定使用性能的焊接接頭的特性。也就是說，金屬焊接性的概念有兩個方面的內(nèi)容： 一是金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接頭在一定條件下可靠運(yùn)行的能力。4重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書在焊接過程中形成的缺陷主要有：1、氣孔，焊縫表面或鄰近表面的氣孔比深埋氣孔更危險，成串或密集氣孔比單個氣孔更危險；2、夾渣，夾渣或夾雜物截面積的大小成比例的降低材料的抗拉強(qiáng)度，但對屈服強(qiáng)度的影響較??；3、幾何形狀造成的不連續(xù)，幾何形狀造成的不連續(xù)性缺陷，如咬邊，焊縫成型不良或燒穿等，不僅降低構(gòu)件的有效截面積，還會產(chǎn)生應(yīng)力集中；4、未熔合和未焊透，未熔合和未焊透比氣孔夾渣更為有害；5、裂紋，裂紋是最危險的焊接缺陷。由于尖銳裂紋易產(chǎn)生尖端缺口效應(yīng)，當(dāng)出現(xiàn)三向應(yīng)力狀態(tài)和溫度降低等情況時， 裂紋可能失穩(wěn)和擴(kuò)展，造成結(jié)構(gòu)撕裂。由此可知，該構(gòu)件主要由中碳鋼組成，在焊接過程中有產(chǎn)生熱裂紋的傾向，這就要求在選用焊條時應(yīng)嚴(yán)格限制焊條中的硫、磷的含量，硫、磷的含量總和應(yīng)在0.25%以下，為了防止焊接過程中產(chǎn)生冷裂紋，在焊接前應(yīng)該進(jìn)行預(yù)熱，焊接后及時進(jìn)行回火熱處理。此次焊接加工的材料中有20和45鋼。異種鋼的焊接性取決于兩種材料的物理、化學(xué)、化學(xué)成分等。這兩種鋼材的焊接性容易產(chǎn)生一下問題，第一，焊縫成分的稀釋；第二，溶合過渡區(qū)的形成，碳遷移擴(kuò)散層導(dǎo)致20鋼增碳硬化，45鋼脫碳軟化。從而引起結(jié)合性能差和使用性能低。那么綜合化學(xué)成分和實(shí)際情況選擇MAG焊，選擇焊絲時，保證焊接接頭的使用性能，撥叉要承受部分力，塑韌性較好的熔敷金屬形成“軟”中間層起到“約束強(qiáng)化”作用，其次保持良好的工藝性能，不出現(xiàn)裂紋，能夠是一個全位置焊。20鋼屬于優(yōu)質(zhì)低碳碳素鋼，冷擠壓、滲碳淬硬鋼。該鋼強(qiáng)度低，韌性、塑性和焊接性均好。45鋼常用中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，具有很高的強(qiáng)度和硬度，但忍性相對較低，給焊接帶來了很大的困難。其中含碳量相對較高，容易引發(fā)淬硬性及焊接裂紋，尤其這些合金元素或者與Fe形成固溶體，或者形成碳化物，都延遲奧氏體分解的作用并由此提高鋼的淬硬傾向，適合于氫焊和氬弧焊，不太適合于氣焊。Q235的焊接性，由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時，一般不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良。但在少數(shù)情況下，焊接時也會出現(xiàn)困難：采用舊冶煉方法生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼含氮量高，雜質(zhì)含量多，從而冷脆性大，時效敏感性增加，焊接接頭質(zhì)量降低，焊接性變差。5重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，P等雜質(zhì)分布不均，局部地區(qū)含量會超標(biāo)，時效敏感性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也增大。采用質(zhì)量不符合要求的焊條，使焊縫金屬中的碳、硫含量過高，會導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。如某廠采用酸性焊條焊接Q235-A鋼時，因焊條藥皮中錳鐵的含碳量過高，會引起焊縫產(chǎn)生熱裂紋。某些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭的質(zhì)量。如電渣焊，由于線能量大，會使焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)晶粒長得十分粗大，引起沖擊韌度的嚴(yán)重下降，焊后必需進(jìn)行細(xì)化晶粒的正火處理，以提高沖擊韌度?？傊?，低碳鋼是屬于焊接性最好、最容易焊接的鋼種，所有焊接方法都能適用于低碳鋼的焊接低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性分析16Mn和15MnV均屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼中的熱軋鋼，這類鋼價格便宜，而且具有滿意的綜合力學(xué)性能和加工工藝性能，首先來分析一下這類鋼的焊接性，焊接性通常變現(xiàn)為兩方面的問題：一是焊接引起的各種缺陷，對這類鋼來說主要是各類裂紋問題；二是焊接時材料性能的變化，對這類鋼來說主要是脆化問題。裂紋問題（1）熱裂紋：熱軋鋼一般含碳量較低，而含錳量較高，因此它們Mn/S比較大，具有良好的抗熱裂性能。正常情況下焊縫中不會出現(xiàn)熱裂紋，但當(dāng)材料成分不合格或有嚴(yán)重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出現(xiàn)熱裂紋。錳在鋼種可與硫形成硫化錳，減少了硫的有害影響，增強(qiáng)了鋼的抗熱裂性能。（2）冷裂紋：鋼材冷裂紋主要取決于鋼材的淬硬傾向，而剛才的淬硬傾向又主要取決于它的化學(xué)成分。熱軋鋼由于含有少量合金元素，其碳當(dāng)量比低碳鋼碳當(dāng)量略高些，所以這種鋼淬硬傾向比低碳鋼要大些，而且隨鋼材強(qiáng)度級別的提高，合金元素的增加，它的淬硬傾向逐漸增大，應(yīng)根據(jù)接頭形式和鋼材厚度來調(diào)整線能量、預(yù)熱和后熱溫度，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度，同時降低焊縫金屬的含氫量等措施，防止冷裂紋的產(chǎn)生。（3）再熱裂紋：從鋼材的化學(xué)成分考慮，由于熱軋鋼中不含強(qiáng)碳化物形成元素，因此對再熱裂紋不敏感，而且還可以通過提高預(yù)熱溫度和焊后立即后熱等措施來防止再熱裂紋的產(chǎn)生。制訂焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝3.1焊接方法及焊接規(guī)范根據(jù)被焊材料及對焊件使用的相應(yīng)要求， 采用手工焊條電弧焊，該方法能滿足全位置焊接，故在約束條件下完成整個焊接過程的方案可行。手工電弧焊焊接參數(shù)選?。汉笚l：J507；焊條直徑：3.2；焊接電流：100-130A；焊接電壓 ：20V6重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書3.2焊接材料的選擇焊條可選用低氫型焊條 J507，因?yàn)榈蜌湫秃笚l熔敷金屬擴(kuò)散氫量少，去硫能力強(qiáng)，所以熔敷金屬塑性，韌性良好，抗開裂性能也良好。 J507是低氫鈉型焊條，它是一種堿性焊條，可以焊接結(jié)構(gòu)鋼材中典型的 Q235、Q245R、Q345R等鋼材，其抗拉強(qiáng)度相對于E4315普通焊條大得多，所以一般焊接受力較大或受動載荷的鋼結(jié)構(gòu)。J507焊條直徑從2.5mm到6.0mm不等，可以進(jìn)行全位置焊接，焊接時選用直流焊機(jī)，極性為反接。3.3焊接工序的確定3-1焊接工序示意圖如圖3-1所示，首先焊接支撐1與管的焊縫，然后焊接板與管的焊縫，最后焊接支撐2與管的焊縫，以減小殘余應(yīng)力：先將管與扳相連接，再將管與兩個支撐相連接，焊接順序?yàn)?-2-3。3.4焊接質(zhì)量的保證措施焊工的工作技能要有保證。焊接設(shè)備性能要好。焊前清除油污，氧化物等雜質(zhì)，焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)在150攝氏度以上，也不宜太高，焊后要進(jìn)行立即（在焊件冷卻到預(yù)熱溫度之前）進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理。焊接夾具的設(shè)計(jì)4.1各構(gòu)件組成及成分基準(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。7重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書根據(jù)以上要求，該構(gòu)件的基準(zhǔn)面選到了管的帶孔的一個端面， 如圖4-1所示。圖4-1基準(zhǔn)面的選取示意圖定位器的設(shè)計(jì)在裝配過程中把待裝零件、部件的相互位置確定下來的過程叫做定位。定位器是保證焊件在夾具中獲得正確裝配位置的零件和部件。定位必須遵守物體定位的六點(diǎn)定則。對焊接金屬結(jié)構(gòu)的每個零件來說，不必都設(shè)六個定位支撐點(diǎn)來確定其位置。因?yàn)楦髁慵g都有確定的位置關(guān)系，利用先裝好的零件作為后裝配零件某一基面上的定位支撐點(diǎn)，可以減少定位器的數(shù)量。為了保證裝配精度，應(yīng)將焊件幾何形狀較規(guī)則的邊和面進(jìn)行裝焊作業(yè)，此時工作平臺不僅具有夾具體的作用，而且還具有定位器的作用。但在該工件的焊接中在焊接外環(huán)焊縫時工件需要沿軸向旋轉(zhuǎn)。1、管的定位與夾緊，管的定位用兩個 V形塊加壓緊機(jī)構(gòu)組成如圖 4-2所示，形塊起到定位的作用，壓緊機(jī)構(gòu)起到夾緊的作用。4-2管定位示意圖8重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書2、支撐和板的定位與夾緊，支撐的定位與夾緊采用 U形槽和夾緊機(jī)構(gòu)，用U形槽定位加緊機(jī)構(gòu)夾緊，板的夾緊與定位，所采用的U形槽有傾角。如圖4-2所示。壓緊桿與U形槽通過螺紋配合，裝配時將支撐與U形槽靠緊，然后通過手柄旋轉(zhuǎn)，使壓緊塊將支撐壓緊。圖4-2板的夾緊裝配圖此底座中要定位的的構(gòu)件有：V形塊滾輪、U形槽。各個定位裝置與底板之間用螺栓連接、用圓柱銷定位。夾具體的設(shè)計(jì)夾具體是在夾具上安裝定位器和夾緊機(jī)構(gòu)以及承受焊件質(zhì)量的部分。 各種焊接定位設(shè)備上的工作臺以及裝焊車間里的各種固定式平臺，就是通用的夾具體。在其臺面上開有安裝槽、孔，用來安放和固定各種定位器和夾緊機(jī)構(gòu)。 在批量生產(chǎn)中使用的專用夾具體，是根據(jù)焊件形狀、尺寸、定位及夾緊要求，裝配施焊工藝等專門設(shè)計(jì)的。對夾具體的要求如下：1、足夠的強(qiáng)度和剛度。2、便于實(shí)施裝配和焊接作業(yè)。3、能方便地卸下裝焊好的焊件。4、必要的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)水、導(dǎo)氣及通風(fēng)條件。5、易于清除焊渣、銹皮等污物。6、有利于定位器、夾緊機(jī)構(gòu)位置的調(diào)節(jié)與補(bǔ)償。7、必要時應(yīng)具有反變形的功能。在該構(gòu)件中，為了很好的布置夾具的定位和夾緊裝置， 將夾具體設(shè)計(jì)成帶有孔的平面?？资菫榱搜b配定位及夾緊裝置的螺栓及銷連接， 平面是為了底板的放置。此構(gòu)件的夾具體如下圖所示：9重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書圖4-3夾具體設(shè)計(jì)圖夾緊裝置的設(shè)計(jì)在夾具上被定好位置的工件，必須進(jìn)行夾緊，否則無法維持它的即定位置，即始終使工件的定位基準(zhǔn)與定位元件緊密接觸。這樣就必須有夾緊裝置來完成這份工作，在夾緊時要使夾緊所需要的力應(yīng)能克服操作過程中產(chǎn)生的各種力，如工件的重力、慣性、因控制焊接變形而產(chǎn)生的拘束力等。但是在本焊接工件進(jìn)行焊接時需要工件以軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)故而不需要額外的夾緊裝置，壓緊桿帶有螺紋，壓緊塊有兩種設(shè)計(jì)，一種底面是平的，一種底面是圓柱面，只需要支撐及頂緊裝置，如圖4-4所示。圖4-4壓緊機(jī)構(gòu)夾具材料的設(shè)計(jì)夾緊的材料是決定夾具性能好壞的一個重要因素， 材料的選取既要考慮性能，10重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書還要考慮到材料的經(jīng)濟(jì)性。在該構(gòu)件所用夾緊裝置中 V形塊、夾具體及U形槽裝置，由于該夾具體形狀簡單，就要求帶孔底座平臺，故選用材料鑄鐵 (價格便宜，利于成型)。手柄桿、手柄球、壓緊塊選用 Q235。夾具尺寸公差及粗糙度為了保證焊接精度，要選擇適當(dāng)?shù)某叽绻詈痛植诙取ｄN與孔的配合為過盈配合，螺栓與夾具體的配合為間隙配合。銷孔與螺栓孔的孔間中心距公差±0.02mm夾具體：孔間中心距公差± 0.05mm，粗糙度等級中，內(nèi)孔及內(nèi)側(cè)面 3.2；螺釘頭部粗糙度6.3，其他的不重要的地方粗糙度為 12.5。國家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇六角頭螺栓：GB/T67-200，材料為45鋼，一共12個。六角頭螺母：GB/T812-1988，材料為45鋼，一共12個。墊圈：GB/T93-1978，材料為45鋼，一共12個。4.2繪制夾具草首先通讀工件圖，確定要焊接的構(gòu)件的材料，焊接位置，焊縫形式，接頭形式等，然后據(jù)此來制定一套行之有效的工裝夾具設(shè)計(jì)方案， 首先選擇基準(zhǔn)面，選擇管的一個端面作為基準(zhǔn)面，然后要焊接的工件有二個支撐和一個板， 管的定位用V形塊和圓柱銷，壓緊機(jī)構(gòu)用壓緊塊，支撐和板的定位和夾緊用壓緊塊和 U型槽，接下來把底板固定在底座上，前面用定位銷定位，后面用緊固螺母壓緊，據(jù)此方案將草圖繪制完畢，如圖4-5。圖4-5橫梁夾具草圖11重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書4.3繪制正式裝配圖根據(jù)草圖將各結(jié)構(gòu)件夾具體等按照一定尺寸繪制裝配圖，將原工件繪制為虛線，裝配圖如圖4-6。圖4-6橫梁夾具裝配圖4.4繪制零件圖根據(jù)裝配圖繪制各零件圖，標(biāo)注尺寸，公差，配合，粗糙度等。繪制如下個零件圖。12重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書13重慶理工大學(xué)焊接夾具課程設(shè)計(jì)說明書夾具使