支架焊接夾具設計說明書支架焊接夾具設計說明書

1、支架焊接夾具設計說明書 學 院：材料科學與工程 姓 名： 學 號： 指導老師： 目 錄1.夾具設計的目的意義及要求31.1夾具設計的目的意義31.2夾具設計的要求32.焊接結構件的分析42.1焊接結構件組成及成分分析42.2焊接結構件焊接性能分析43制訂焊接結構件的焊接工藝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焊接質量的保證措施54焊接夾具的設計64.1基準面的選擇64.2定位器的設計64.3夾具體的設計94.4夾緊裝置的設計104.5夾具材料的設計114.6夾具尺寸公差及粗糙度124.7國家標準件的選擇124.8繪制夾具草圖（

2、見圖）124.9繪制正式裝配圖（見圖）124.10繪制零件圖（見圖）135夾具使用說明135.1夾具的安裝說明135.2夾具體的使用說明135.3夾具體的使用性說明136參考文獻141.夾具設計的目的意義及要求1.1夾具設計的目的意義焊接工裝夾具是實現(xiàn)機械化、自動化焊接生產不可缺少的工藝設備。在焊接生產中推廣使用它，對提高產品質量，加速焊接生產過程，減輕焊工的勞動強度等有著非常重要的作用。焊接工裝夾具的特點是1） 可以對簡單零件組焊而成的焊件按照順序，對各個零件單獨定位夾緊。2） 在焊接過程中，零件會因焊接加熱而伸長或因冷卻而縮短，為了減少和消除焊接變形而使用剛性夾固；為了減少焊接應力，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） 對用于熔焊的夾具，工作時主要承受焊件的重力、焊接應力和夾緊力，有的還要承受裝配時的錘擊力；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組成部分，因此絕緣和導電是設計中必須注意的問題。5） 焊接工裝夾具一般比較大，設計難度大。6） 焊接工裝夾具主要用來保證焊接結構各連接件的相對位置精度和整體結構的形狀精度。1.2夾具設計的要求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

4、率不能過高，操作高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。    

5、    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

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。    

7、0; 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。2.焊接結構件的分析2.1焊接結構件組成及成分分析圖2.1 要求焊接的零件如圖2.1所示，結構由蓋板、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，主管與蓋板進行焊接。2.2焊接結構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、導熱率和膨脹率，工件和焊接材料在焊接時的化學性能和冶金作用等。當某種材料在焊接過程中經歷物理、化學和冶金作用而形成沒有焊接缺陷的焊接接頭時，這種材料就被認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使用要求的適應性，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鋼是普通碳素結構鋼，Q代表的是這種材質的屈

9、服極限，后面的235，就是指這種材質的屈服值，在235MPa左右。并會隨著材質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，通常情況下不會因焊接而產生嚴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。3制訂焊接結構件的焊接工藝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，常見的焊接方法有焊條電弧焊，二氧化碳氣體保護焊，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，且生產效率高。3.1.2焊接規(guī)范：電源可選ZX7-400直流弧焊機可供使用。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。因此焊工在操作過程中焊接電流的大小決定著焊接質量好與壞。電流過大時，熔深大、飛濺大、焊條過熱，藥皮易脫落，且成形不良、易咬邊；電流過小時，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量關鍵的一環(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，為了防止裂紋的產生，可焊后進行熱處理，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)焊條匹配進行焊接。焊條使用前應烘干，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焊接工序的確定構件的焊接順序為：先將兩主管與兩支管焊接起來，然后再將主管與蓋板焊接起來。3.5焊接質量的保證措施焊前去除油污雜質，焊條要烘干。有條件可進行焊前熱處理和焊后熱處理，使用適當?shù)募訜崴俣?，合理的峰值溫度，高溫停留時間，冷卻速度等。盡量采用短弧焊，防止熱影響區(qū)溫度過高。4焊接夾具的設計4.1基準面的選擇根據(jù)工件圖總體結構特點，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，主管與蓋板進行焊接。也就是說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結構，所以選用了主管的外圓柱面作定位基準面。如右圖2所示，箭頭1和箭頭2所指即為定位基準面。 圖4.1 定位基準面截圖4.2定位器的設計工件定位就是要將裝配過程中的各個零件的位置完全確定下來，使其處于完全固定的位置而無法移動。定位器就是在就是用來定位焊件，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，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，還可以防止其轉動。如圖3所示，兩管都是通過V形塊進行定位。用兩個小v型快對主管進行定位，定位圖如下，兩個V型塊限定了四個自由度。圖4.2 主管定位圖其一個大V型塊如圖所示，本文兩種V型塊都是用的120°，都是非標準件，自己設計。計算公式如下，所得結果計算見圖形標注。其中H1.2D。根據(jù)V型塊尺寸計算公式：H<1.2D 其中D=40mm，=120°。 H=35則為方便計算和設計，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型塊因為主管的焊接需要限制四個自由度。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形板對于支管，本文采用小V型長塊限制支管四個方向自由度，焊接夾具中只需要準定位即可。同理小V型塊的設計公式見如上公式。代值可得N=22.71，H=25，T=30，k=3。標注值如下：圖4.4 小V型塊對于蓋板，我們采用了L型擋鐵限制水平方向的自由度，其中主管對蓋板限制了三個方向的自由度，蓋板采用全定位。所以在蓋板另一個方向我們采用了圖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，用定位加起來就是對蓋板進行了全定位。4.3夾具體的設計夾具體是在夾具上安裝定位器和夾緊機構以及承受焊件質量的部件。對夾具

15、體的要求如下：1） 足夠的強度和剛度；2） 便于實施裝配和焊接作業(yè)；3） 能方便地卸下裝焊好的焊件；4） 必要的導電、導熱、導水、導氣及通風條件；5） 易于清除焊渣、銹皮等污物；6） 有利于定位器、夾緊機構位置的調節(jié)與補償；7） 必要時應具有反變形的功能。根據(jù)本構件的情況，設計了夾具體的尺寸為486*194*50mm的長方體臺，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 4.4夾緊裝置的設計當工件被定位好以后就要對工件進行夾緊，保證工件保持它的位置不動，即使工件的定位基準與定位元件緊密

16、接觸，所以需要夾緊裝置來夾緊工件。根據(jù)本工件的實際情況使用了2個大鉸鏈、2個小鉸鏈以及2個螺旋夾緊器，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計了壓板，避免了螺旋夾緊器與工件直接接觸導致工件損壞。在主管和支管的V型板上還設計有鉸鏈壓板以保證其位置不動。并在鉸鏈下方增墊支撐塊以防止因夾緊力過大發(fā)生繞曲變形。通過這2個螺旋夾緊器和鉸鏈可以保證工件保持其位置不動，其具體位置見裝配圖。圖下小鉸鏈，可通過旋螺栓自由退出。圖4.8 小鉸鏈圖下為螺旋壓緊器，通過螺栓旋入設計好的孔，通過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，可通過旋螺栓自由退出。圖5.

17、0 大鉸鏈4.5夾具材料的設計夾緊的材料是決定夾具性能的一個重要因素，材料的選取是和工件的使用情況與功能相匹配的，同時兼顧材料的可獲得性和經濟性。在本夾具工件中，主要是用的是20鋼和45鋼。20鋼因為有好的熱軋性，所以用它制作V形板、夾緊器支撐板、連桿支撐板等零件，45鋼是中碳調質鋼，綜合力學性能好，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于影響元件在夾具體上安裝精度的尺寸都需要標注尺寸公差。在本結構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。粗糙度的要求是內孔及內側面是1.6，無相對運動的銷孔和比較重要的基準面、接觸面的粗糙度為3.2；其余為12.5。4.7國家標準件的選擇銷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個墊圈GB/T 97.1 4 10個4.8繪制夾具草圖（見圖）首先讀通工件圖，確定要焊接的結構的材料，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計方案。首先選擇基準面，即選擇主管的圓柱面作為基準面，然后要焊接的是主管與支管（環(huán)角焊縫），主管與蓋板（對角焊縫）。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（見圖）在A0圖紙上，根據(jù)草圖將各種結構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（見圖）在A4-A2的圖紙上，根據(jù)裝配圖將不是標準件的各個零件繪制出來，并標注尺寸、公差、配合、粗糙度和技術要求等內容。5夾具使用說明5.1夾具的安裝說明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，在裝配圖的指導下確定各個裝置軸線的位置。2） 夾