支架焊接夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)支架焊接夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、支架焊接夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 學(xué) 院：材料科學(xué)與工程 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 目 錄1.夾具設(shè)計(jì)的目的意義及要求31.1夾具設(shè)計(jì)的目的意義31.2夾具設(shè)計(jì)的要求32.焊接結(jié)構(gòu)件的分析42.1焊接結(jié)構(gòu)件組成及成分分析42.2焊接結(jié)構(gòu)件焊接性能分析43制訂焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝53.1制定焊接方法及焊接規(guī)范53.2焊接材料的選擇53.3焊縫類型及位置53.4焊接工序的確定53.5焊接質(zhì)量的保證措施54焊接夾具的設(shè)計(jì)64.1基準(zhǔn)面的選擇64.2定位器的設(shè)計(jì)64.3夾具體的設(shè)計(jì)94.4夾緊裝置的設(shè)計(jì)104.5夾具材料的設(shè)計(jì)114.6夾具尺寸公差及粗糙度124.7國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇124.8繪制夾具草圖（

2、見(jiàn)圖）124.9繪制正式裝配圖（見(jiàn)圖）124.10繪制零件圖（見(jiàn)圖）135夾具使用說(shuō)明135.1夾具的安裝說(shuō)明135.2夾具體的使用說(shuō)明135.3夾具體的使用性說(shuō)明136參考文獻(xiàn)141.夾具設(shè)計(jì)的目的意義及要求1.1夾具設(shè)計(jì)的目的意義焊接工裝夾具是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化焊接生產(chǎn)不可缺少的工藝設(shè)備。在焊接生產(chǎn)中推廣使用它，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，加速焊接生產(chǎn)過(guò)程，減輕焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度等有著非常重要的作用。焊接工裝夾具的特點(diǎn)是1） 可以對(duì)簡(jiǎn)單零件組焊而成的焊件按照順序，對(duì)各個(gè)零件單獨(dú)定位夾緊。2） 在焊接過(guò)程中，零件會(huì)因焊接加熱而伸長(zhǎng)或因冷卻而縮短，為了減少和消除焊接變形而使用剛性?shī)A固；為了減少焊接應(yīng)力，又允許

3、某些零件在某一方向可以自由伸縮。因此焊接工裝夾具不是所有零件都做剛性拘束。3） 對(duì)用于熔焊的夾具，工作時(shí)主要承受焊件的重力、焊接應(yīng)力和夾緊力，有的還要承受裝配時(shí)的錘擊力；用于壓焊的夾具還要承受頂鍛力。4） 焊接工裝夾具往往是焊接電源二次回路的一個(gè)組成部分，因此絕緣和導(dǎo)電是設(shè)計(jì)中必須注意的問(wèn)題。5） 焊接工裝夾具一般比較大，設(shè)計(jì)難度大。6） 焊接工裝夾具主要用來(lái)保證焊接結(jié)構(gòu)各連接件的相對(duì)位置精度和整體結(jié)構(gòu)的形狀精度。1.2夾具設(shè)計(jì)的要求對(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。特別是手動(dòng)夾具，其操作力不能過(guò)大，操作頻

4、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。    

5、    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

6、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。    

7、0; 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)化的夾緊機(jī)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零部件來(lái)制作工裝夾具。2.焊接結(jié)構(gòu)件的分析2.1焊接結(jié)構(gòu)件組成及成分分析圖2.1 要求焊接的零件如圖2.1所示，結(jié)構(gòu)由蓋板、主管、支管所組成，均都是Q235鋼。兩根主管中心線平行放置，兩支管中線垂直主管中心線，大小不同，兩蓋板放在主管上方。需要將主管與支管，主管與蓋板進(jìn)行焊接。2.2焊接結(jié)構(gòu)件焊接性能分析金屬焊接性（也稱可焊性）是指金屬是否能適應(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。而

8、焊接性包括兩方面的內(nèi)容。接合性能：金屬材料在一定焊接工藝條件下，形成焊接缺陷的敏感性。決定接合性能的因素有：工件材料的物理性能，如熔點(diǎn)、導(dǎo)熱率和膨脹率，工件和焊接材料在焊接時(shí)的化學(xué)性能和冶金作用等。當(dāng)某種材料在焊接過(guò)程中經(jīng)歷物理、化學(xué)和冶金作用而形成沒(méi)有焊接缺陷的焊接接頭時(shí)，這種材料就被認(rèn)為具有良好的接合性能。使用性能：某金屬材料在一定的焊接工藝條件下其焊接接頭對(duì)使用要求的適應(yīng)性，也就是焊接接頭承受載荷的能力，如承受靜載荷、沖擊載荷和疲勞載荷等，以及焊接接頭的抗低溫性能、高溫性能和抗氧化、抗腐蝕性能等。本次焊接中涉及的材料是均是A3即Q235。Q235鋼是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，Q代表的是這種材質(zhì)的屈

9、服極限，后面的235，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在235MPa左右。并會(huì)隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小，由于含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會(huì)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(shí)，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(gè)焊接過(guò)程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良。3制訂焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝3.1制定焊接方法及焊接規(guī)范3.1.1焊接方法低碳鋼的焊接性能好，焊接工藝容量大，常見(jiàn)的焊接方法有焊條電弧焊，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，埋弧焊及電渣

10、焊。其次，根據(jù)焊縫位置和可施焊空間分析。綜述分析可知宜選用手工電弧焊，且生產(chǎn)效率高。3.1.2焊接規(guī)范：電源可選ZX7-400直流弧焊機(jī)可供使用。手工電弧焊焊接電流的選擇是焊接工藝參數(shù)最重要的一項(xiàng)。因此焊工在操作過(guò)程中焊接電流的大小決定著焊接質(zhì)量好與壞。電流過(guò)大時(shí)，熔深大、飛濺大、焊條過(guò)熱，藥皮易脫落，且成形不良、易咬邊；電流過(guò)小時(shí)，引弧困難電弧不穩(wěn)定、且熔合不好。因此正確選用焊接電流是保證焊接質(zhì)量關(guān)鍵的一環(huán)，它是根據(jù)工件的厚度、空間位置、焊條直徑而決定的。焊接電流一般為30-50A，焊接電壓在22-26V，為了防止裂紋的產(chǎn)生，可焊后進(jìn)行熱處理，焊接性比較好，其他不做要求。3.2焊接材料的選擇

11、根據(jù)手工電弧焊焊條選取原則，Q235，可選用E4303(J422)焊條匹配進(jìn)行焊接。焊條使用前應(yīng)烘干，酸性焊條烘干溫度為15-200，保溫1-2h。3.3焊縫類型及位置主管與支管是環(huán)形角焊縫焊接，主管與蓋板的連接是角焊縫。 3.4焊接工序的確定構(gòu)件的焊接順序?yàn)椋合葘芍鞴芘c兩支管焊接起來(lái)，然后再將主管與蓋板焊接起來(lái)。3.5焊接質(zhì)量的保證措施焊前去除油污雜質(zhì)，焊條要烘干。有條件可進(jìn)行焊前熱處理和焊后熱處理，使用適當(dāng)?shù)募訜崴俣龋侠淼姆逯禍囟?，高溫停留時(shí)間，冷卻速度等。盡量采用短弧焊，防止熱影響區(qū)溫度過(guò)高。4焊接夾具的設(shè)計(jì)4.1基準(zhǔn)面的選擇根據(jù)工件圖總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由于兩根主管中心線平行放置，兩支管

12、中線垂直主管中心線夾在兩主管之間，兩蓋板放在主管上方。需要將主管與支管，主管與蓋板進(jìn)行焊接。也就是說(shuō)主管定位了就可以方便定位支管和蓋板，就可以方便定位整個(gè)結(jié)構(gòu)，所以選用了主管的外圓柱面作定位基準(zhǔn)面。如右圖2所示，箭頭1和箭頭2所指即為定位基準(zhǔn)面。 圖4.1 定位基準(zhǔn)面截圖4.2定位器的設(shè)計(jì)工件定位就是要將裝配過(guò)程中的各個(gè)零件的位置完全確定下來(lái)，使其處于完全固定的位置而無(wú)法移動(dòng)。定位器就是在就是用來(lái)定位焊件，使焊件在夾具中處于完全正確位置的零部件。根據(jù)本工件的外形特點(diǎn)，由于有圓柱面，所以選用了V型塊做外圓柱面的定位器，具體在主管和支管都是用V型板進(jìn)行定位，兩端采用L型擋鐵定位。由于蓋板是塊裝，所

13、以選擇用L型擋鐵進(jìn)行定位，另一端選用鉸鏈定位。在主管和支管不僅可以定位其下端面，還可以防止其轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3所示，兩管都是通過(guò)V形塊進(jìn)行定位。用兩個(gè)小v型快對(duì)主管進(jìn)行定位，定位圖如下，兩個(gè)V型塊限定了四個(gè)自由度。圖4.2 主管定位圖其一個(gè)大V型塊如圖所示，本文兩種V型塊都是用的120°，都是非標(biāo)準(zhǔn)件，自己設(shè)計(jì)。計(jì)算公式如下，所得結(jié)果計(jì)算見(jiàn)圖形標(biāo)注。其中H1.2D。根據(jù)V型塊尺寸計(jì)算公式：H<1.2D 其中D=40mm，=120°。 H=35則為方便計(jì)算和設(shè)計(jì)，H、T值均為整數(shù)，最終確定V型塊的尺寸如下圖所示圖4.3 大V型塊因?yàn)橹鞴艿暮附有枰拗扑膫€(gè)自由度。其中用擋板限制

14、左邊自由度，其L形擋板的零件圖如下。用L型擋板限制了水平方向自由度。圖4.3 L形板對(duì)于支管，本文采用小V型長(zhǎng)塊限制支管四個(gè)方向自由度，焊接夾具中只需要準(zhǔn)定位即可。同理小V型塊的設(shè)計(jì)公式見(jiàn)如上公式。代值可得N=22.71，H=25，T=30，k=3。標(biāo)注值如下：圖4.4 小V型塊對(duì)于蓋板，我們采用了L型擋鐵限制水平方向的自由度，其中主管對(duì)蓋板限制了三個(gè)方向的自由度，蓋板采用全定位。所以在蓋板另一個(gè)方向我們采用了圖V型塊4.5 L型擋鐵定位臂。其圖形如下：圖4.6 定位臂綜上，用定位加起來(lái)就是對(duì)蓋板進(jìn)行了全定位。4.3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)量的部件。對(duì)夾具

15、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(shí)應(yīng)具有反變形的功能。根據(jù)本構(gòu)件的情況，設(shè)計(jì)了夾具體的尺寸為486*194*50mm的長(zhǎng)方體臺(tái)，并在反面焊接有兩條25*37*49的墊塊，以方便夾具體的取放。在夾具體上打孔，以便裝配定位以及夾緊裝置的螺栓及銷連接。夾具體如圖下所示。圖4.7 工作臺(tái) 4.4夾緊裝置的設(shè)計(jì)當(dāng)工件被定位好以后就要對(duì)工件進(jìn)行夾緊，保證工件保持它的位置不動(dòng)，即使工件的定位基準(zhǔn)與定位元件緊密

16、接觸，所以需要夾緊裝置來(lái)夾緊工件。根據(jù)本工件的實(shí)際情況使用了2個(gè)大鉸鏈、2個(gè)小鉸鏈以及2個(gè)螺旋夾緊器，分別在主管的上方，支管的上方和蓋板上方。在螺旋夾緊器的夾緊方向上都設(shè)計(jì)了壓板，避免了螺旋夾緊器與工件直接接觸導(dǎo)致工件損壞。在主管和支管的V型板上還設(shè)計(jì)有鉸鏈壓板以保證其位置不動(dòng)。并在鉸鏈下方增墊支撐塊以防止因夾緊力過(guò)大發(fā)生繞曲變形。通過(guò)這2個(gè)螺旋夾緊器和鉸鏈可以保證工件保持其位置不動(dòng)，其具體位置見(jiàn)裝配圖。圖下小鉸鏈，可通過(guò)旋螺栓自由退出。圖4.8 小鉸鏈圖下為螺旋壓緊器，通過(guò)螺栓旋入設(shè)計(jì)好的孔，通過(guò)連接手柄的螺母與工件接觸將工件壓緊。圖4.9 螺旋壓緊器圖為大鉸鏈，可通過(guò)旋螺栓自由退出。圖5.

17、0 大鉸鏈4.5夾具材料的設(shè)計(jì)夾緊的材料是決定夾具性能的一個(gè)重要因素，材料的選取是和工件的使用情況與功能相匹配的，同時(shí)兼顧材料的可獲得性和經(jīng)濟(jì)性。在本夾具工件中，主要是用的是20鋼和45鋼。20鋼因?yàn)橛泻玫臒彳埿?，所以用它制作V形板、夾緊器支撐板、連桿支撐板等零件，45鋼是中碳調(diào)質(zhì)鋼，綜合力學(xué)性能好，用它制作螺旋夾緊器，夾緊器壓板，鉸鏈壓板，鉸鏈螺桿等。4.6夾具尺寸公差及粗糙度對(duì)于影響元件在夾具體上安裝精度的尺寸都需要標(biāo)注尺寸公差。在本結(jié)構(gòu)中工作面與定位支撐板工作面垂直度誤差不大于0.05mm，工作面與夾具體安裝基面垂直誤差不大于0.05mm，定位支撐板工作面對(duì)夾具體安裝基面平行度誤差不大于

18、0.02mm，夾具體上所有的圓孔定位尺寸允許不大于0.02mm的對(duì)稱誤差，V形塊上的銷孔誤差不得大于0.012mm。粗糙度的要求是內(nèi)孔及內(nèi)側(cè)面是1.6，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的銷孔和比較重要的基準(zhǔn)面、接觸面的粗糙度為3.2；其余為12.5。4.7國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇銷GB/T119.16m3*30 10支活節(jié)螺栓GB/T M*40 2支銷GB/T119.16M4*30 8支銷GB/T119.16M4*40 2支螺母GB/T6170 M4 1個(gè)螺栓GB/T 5780 M6*40 4支銷 GB/T119.16m6*30 4支銷 GB/T119.16m6*40 2支螺栓GB/T 5780 M8*40 4支螺母GB/

19、T 6170 M4 2個(gè)墊圈GB/T 97.1 4 10個(gè)4.8繪制夾具草圖（見(jiàn)圖）首先讀通工件圖，確定要焊接的結(jié)構(gòu)的材料，焊接位置，焊縫形式，接頭形式等。然后據(jù)此來(lái)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，即選擇主管的圓柱面作為基準(zhǔn)面，然后要焊接的是主管與支管（環(huán)角焊縫），主管與蓋板（對(duì)角焊縫）。主管和支管用V型塊定位，終端用擋板，用鉸鏈壓板夾緊，蓋板用擋板定位，最后用三個(gè)螺旋夾緊器將工件夾緊。據(jù)此方案將草圖繪制完畢。4.9繪制正式裝配圖（見(jiàn)圖）在A0圖紙上，根據(jù)草圖將各種結(jié)構(gòu)的夾具和定位元件按照一定尺寸繪制裝配圖，原工件用虛線代替。4.10繪制零件圖（見(jiàn)圖）在A4-A2的圖紙上，根據(jù)裝配圖將不是標(biāo)準(zhǔn)件的各個(gè)零件繪制出來(lái)，并標(biāo)注尺寸、公差、配合、粗糙度和技術(shù)要求等內(nèi)容。5夾具使用說(shuō)明5.1夾具的安裝說(shuō)明1） 在夾具體上劃線，按照夾具體所給定的尺寸，以及上面的所打的圓孔的位置，在裝配圖的指導(dǎo)下確定各個(gè)裝置軸線的位置。2） 夾