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1、支架焊接夾具設(shè)計(jì)說明書院：材料科學(xué)與工程名：號(hào)：指導(dǎo)老師:1 .夾具設(shè)計(jì)的目的意義及要求3.1.1 夾具設(shè)計(jì)的目的意義3.1.2 夾具設(shè)計(jì)的要求3.2 .焊接結(jié)構(gòu)件的分析 4.2.1 焊接結(jié)構(gòu)件組成及成分分析 4.2.2 焊接結(jié)構(gòu)件焊接性能分析 4.3 制訂焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝 5.3.1 制定焊接方法及焊接規(guī)范 5.3.2 焊接材料的選擇 5.3.3 焊縫類型及位置5.3.4 焊接工序的確定 5.3.5 焊接質(zhì)量的保證措施 5.4 焊接夾具的設(shè)計(jì)6.4.1 基準(zhǔn)面的選擇 6.4.2 定位器的設(shè)計(jì)6.4.3 夾具體的設(shè)計(jì)9.4.4 夾緊裝置的設(shè)計(jì)1.0.4.5 夾具材料的設(shè)計(jì)1.2.4.6 夾
2、具尺寸公差及粗糙度1.24.7 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 1.24.8 繪制夾具草圖（見圖） 1.24.9 繪制正式裝配圖（見圖） 1.34.10 繪制零件圖（見圖） 1.35 夾具使用說明 1.3.5.1 夾具的安裝說明 1.3.5.2 夾具體的使用說明 1.35.3 夾具體的使用性說明 1.36 參考文獻(xiàn) 1.4.151. 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
3、，對(duì)各個(gè)零件單獨(dú)定位夾緊。2）在焊接過程中，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
4、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，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，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
5、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)形式不宜過多，并且盡量選用一種 動(dòng)力源。11
6、.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
7、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)某種材料在焊接過程中經(jīng)歷物理、 化學(xué)和冶金作用 而形成沒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)的屈服極限，后面的235,就是指這種材質(zhì)的屈服值，在235MPa左右
8、。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，鈕、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，埋弧焊及電渣焊。其次，根據(jù)焊縫位置和可施焊空間分析
9、。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)。 因此焊工在操作過程中焊接電流的大小決定著焊接質(zhì)量好與壞。 電流過大時(shí)， 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(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 焊接材料的選擇根據(jù)手
10、工電弧焊次I條選取原則，Q235,可選用E4303J422沖條匹配進(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?先將兩主管與兩支管焊接起來(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
11、置，兩支管中線垂直 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。4.2 定位器的設(shè)計(jì)工件定位就是要將裝配過程中的各個(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，
12、所以選擇用 L型擋鐵進(jìn)行定位，另一端 選用錢鏈定位。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 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)算見圖形標(biāo)注。其中 H 1.2Do根據(jù)V型塊尺寸計(jì)算公式：H1.2D 其中 D=40mm a =120 。 H=35k -0.15D =6N =2D -3.46k =61.99T = H 0.577D -0.289N -40mm則為方便計(jì)算和設(shè)計(jì)，H、
13、T值均為整數(shù)，最終確定 V型塊的尺寸如下圖所示回工春圖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。IIT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4.5 L型擋鐵定位臂。其圖形如下:圖4.6
14、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
15、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)大錢鏈、2個(gè)小錢鏈以及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)有錢鏈壓板以保證其位置不動(dòng)。并在銀鏈下方增墊支撐塊以防止因火緊力過 大發(fā)生繞曲變形。通過這2個(gè)螺旋夾緊器和較鏈可以保證工件保持其位置不動(dòng)， 其具體位置見裝配圖。圖下小校鏈，可通過旋螺栓自由退出。1_5B_圖4.8小錢
16、鏈圖下為螺旋壓緊器，通過螺栓旋入設(shè)計(jì)好的孔，通過連接手柄的螺母與工件 接觸將工件壓緊。08圖4.9螺旋壓緊器圖為大錢鏈，可通過旋螺栓自由退出圖5.0大錢鏈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)橛泻玫臒彳埿裕杂盟谱鱒 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)
17、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 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*3010支活節(jié)螺栓 GB/T M*402支銷 GB/T119.16M4*308支銷 GB/T119.16M4*402支螺母 GB/T
18、6170 M41個(gè)螺栓 GB/T 5780 M6*404 支銷 GB/T119.16m6*304 支銷 GB/T119.16m6*402 支螺栓 GB/T 5780 M8*404 支螺母GB/T 6170 M42 個(gè)墊圈GB/T 97.1 410個(gè)4.8 繪制夾具草圖（見圖）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
19、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(dǎo)下確定各個(gè)裝置軸線的位置。2) 夾具體上的起定位作用的銷釘孔的位置精度不得低于零件圖上的要求。3) 將各個(gè)定位支撐裝置( V 形塊，定位擋板，支撐
20、板等)裝配到位，將夾緊裝置(螺旋夾緊器)組裝完成，將鉸鏈和螺旋夾緊器閉合夾緊。4) 在各個(gè)有配合且需要相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方注入潤(rùn)滑油。5) 所有零部件安裝完成后， 進(jìn)行試焊并檢驗(yàn)焊后工件是否符合要求， 然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到達(dá)到技術(shù)要求。6) 安裝調(diào)試完畢，清楚污跡，并涂上防銹油。5.2 夾具體的使用說明1) 各夾緊裝置先是退出狀態(tài)， 然后放入一邊主管和支管， 使其主管外圓柱面與起定位基準(zhǔn)的 V 形塊靠緊，然后將管放在起支撐定位作用的 V 形塊上，在左面擋板與主管的外圓柱面靠近，再將支管放在起支撐定位作用的 V 形塊上，兩端與主管的斷面靠緊。2)根據(jù)V 形塊定位好其在連桿上的位置，并通過V
21、形塊上的鉸鏈進(jìn)行夾緊。3) 將蓋板上方的螺旋夾緊器夾緊。4) 組裝完成，進(jìn)行焊接。5) 送開各個(gè)夾緊結(jié)構(gòu)，卸載工件，完成焊接過程。6) 3 夾具體的使用性說明夾具體安裝簡(jiǎn)單，操作快捷。結(jié)構(gòu)容易拆卸。夾具件加工容易，自動(dòng)化程度高，鉸鏈和螺旋夾緊器方便快速夾緊，可以提高生產(chǎn)效率。6 參考文獻(xiàn)1 陳祝年，焊接簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社， 1999 年2 王健石，機(jī)床夾具和輔具速查手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社， 2007年1990年3 東北重型機(jī)械學(xué)院，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，4 陳煥明，焊接工裝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，航空工業(yè)出版社， 2004 年5 楊裕根，現(xiàn)代工程圖學(xué)，北京郵電大學(xué)出版社， 2008年
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