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                  焊接工裝夾具及其在生產中的運用

                  時間:2017-01-19 16:55來源:未知 作者:湖北睿志科技 點擊:
                  焊接工裝夾具就是將焊件準確定位和可靠夾緊,便于焊件進行裝配和焊接、保證焊件結構精度方面要求的工藝裝備。在現代焊接生產中積極推廣和使用與產品結構相適應的工裝夾具,對提高產品質量,減輕工人的勞動強度,加速焊接生產實現機械化、自動化進程等方面起

                    焊接工裝夾具就是將焊件準確定位和可靠夾緊,便于焊件進行裝配和焊接、保證焊件結構精度方面要求的工藝裝備。在現代焊接生產中積極推廣和使用與產品結構相適應的工裝夾具,對提高產品質量,減輕工人的勞動強度,加速焊接生產實現機械化、自動化進程等方面起著非常重要的作用。

                    在焊接生產過程中,焊接所需要的工時較少,而約占全部加工工時的2/3以上的時間是用于備料、裝配及其他輔助的工作,極大的影響著焊接的生產速度。為此,必須大力推廣使用機械化和自動化程度較高的裝配焊接工藝裝備。

                    焊接工裝夾具的主要作用有以下幾個方面:

                    (1)準確、可靠的定位和夾緊,可以減輕甚至取消下料和劃線工作。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)以機械裝置代替了手工裝配零件部位時的定位、夾緊及工件翻轉等繁重的工作,改善了工人的勞動條件。

                    (5)可以擴大先進的工藝方法的使用范圍,促進焊接結構的生產機械化和自動化的綜合發展。

                    夾具設計的基本要求

                    (1)、工裝夾具應具備足夠的強度和剛度。夾具在生產中投入使用時要承受多種力度的作用,所以工裝夾具應具備足夠的強度和剛度。

                    (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生較大的拘束應力。

                    (3)、焊接操作的靈活性。使用夾具生產應保證足夠的裝焊空間,使操作人員有良好的視野和操作環境,使焊接生產的全過程處于穩定的工作狀態。

                    (4)、便于焊件的裝卸。操作時應考慮制品在裝配定位焊或焊接后能順利的從夾具中取出,還要制品在翻轉或吊運使不受損害。

                    (5)、良好的工藝性。所設計的夾具應便于制造、安裝和操作,便于檢驗、維修和更換易損零件。設計時還要考慮車間現有的夾緊動力源、吊裝能力及安裝場地等因素,降低夾具制造成本。

                    一、夾具設計任務

                    1、焊接產品(復合件)“撐桿焊接組合”的產品圖

                    撐桿焊接組合由撐桿、喇叭支座、螺母M6和發動機襯管構成;撐桿的材料是20鋼,喇叭支座的材料是10鋼,發動機襯管的材料是35鋼,螺母M6 GB121-86;撐桿焊接組合的總體尺寸是300×60×45;附“撐桿焊接組合”產品圖

                    2、焊接產品“撐桿焊接組合”的重點技術要求分析

                    1、公差要求

                    (1)序4發動機襯管兩件的中心線之間平行度要求

                    (2)序4發動機襯管兩件的中心線距離和右邊反動機襯管中心線與序1撐桿右端面距離為25±0.5

                    (3)序3螺母M6和序2喇叭支座的組件的中心線與序1撐桿右端面距離為200±1.0

                    2、焊接要求

                    (1)序4發動機襯管兩件與序1撐桿之間有四處周圍角焊縫;

                    (2)序3螺母M6和序2喇叭支座的組件與序1撐桿之間有兩處三面角焊縫;

                    (3)序3螺母M6和序2喇叭支座之間有周圍焊縫。

                    二、“撐桿焊接組合”裝焊夾具設計方案的確定

                    1、基準面的選擇(夾具體方式的確定)

                    夾具體是夾具的基本件,它既要把夾具的各種元件、機構、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。在設計夾具體時應滿足以下基本要求。

                   、、具有足夠的強度和剛度。

                   、、結構簡單、輕便,在保證強度和剛度前提下結構盡可能簡單緊湊,體積小、質量輕和便于工件裝卸。

                   、、安裝穩定牢靠。

                   、、結構的工藝性好,便于制造、裝配和檢驗

                   、、尺寸要穩定且具有一定精度。

                   、、清理方便。

                    夾具體毛坯制造方法的選擇 綜合考慮結構合理性、工藝性、經濟型、標準化以及各種夾具體的優缺點等,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,根據工件、定位元件、夾緊裝置及其輔助機構在總體上的配置,夾具體的外形尺寸便已大體確定。然后進行造型設計,再根據強度和剛度要求選擇斷面的結構形狀和壁厚尺寸。夾具體的壁厚20mm,長度326mm,寬度128mm;根據設計要求,夾具體上設計有螺孔、銷孔,并且要求定位定位器和夾緊器的銷孔在裝配時配作。

                    2、定位方式及元器件選擇

                    (1)、定位器的作用是要使工件在夾具中具有準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系中有六個自由度,即沿OX,OY,OZ三個軸向的平動自由度和三個繞軸的轉動自由度。要使工件在夾具體中具有準確和確定不變的位置,則必須限制六個自由度。工件的六個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,但仍然能保證加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生產中,為了調整和控制不可避免產生的焊接應力和變形,有些自由度是不必要限制的,故可采用不完全定位的方法。在焊接夾具設計中,按加工要求應限制的自由度而沒有被限制的欠定位是不允許的;而選用兩個或更多的支撐點限制一個自由度的方法稱為過定位,過定位容易位置變動,夾緊時造成工件或定位元件的變形,影響工件的定位精度,過定位也屬于不合理設計。

                   、、以工件的平面為基準進行定位時,常采用擋鐵、支撐釘進行定位

                   、、工件以圓孔內表面為基準進行定位時常采用銷定位器

                   、、工件以圓柱外表面為基準進行定位時常采用V形鐵定位器

                   、、利用以定位工件的輪廓對被定位工件進行定位可采用樣板定位器

                    主焊件“撐桿”用擋板和擋銷定位。擋銷限制了X方向的平動自由度,擋板限制了Y方向的平動自由度,夾具體限制了Z方向的平動自由度,擋鐵螺旋夾緊器件限制了Z方向的轉動自由度,螺旋夾緊機構限制了X、Y方向的轉動自由度,共限制了6個自由度。

                    件“發動機襯管”兩件用插銷機構定位。插銷機構限制了X、Y、Z方向的平動自由度,快撤式螺旋夾緊器件限制了Y、Z方向的轉動自由度,共限制了5個自由度。

                    螺母M6和喇叭支座的組件用錐頭銷釘和螺旋夾緊機構的壓板上的開的凹槽來定位。“撐桿”限制了Z方向的平動自由度,螺旋夾緊機構的壓板上的開的凹槽限制了Z方向的平轉動自由度,錐頭銷釘限制了X、Y方向的平動自由度,螺旋夾緊機構限制了X、Y方向的轉動自由度,共限制了5個自由度。

                    3、夾緊方式及元器件選擇

                    夾緊機構的三要素是夾緊力方向的確定、夾緊力作用點的確定、夾緊力大小的確定。

                    對夾緊機構的基本要求如下:

                   、、夾緊作用準確,處于夾緊狀態時應能保持自鎖,保證夾緊定位的安全可靠。

                   、、夾緊動作迅速,操作方便省力,夾緊時不應損害零件表面質量

                   、、夾緊件應具備一定的剛性和強度,夾緊作用力應是可調節的。

                   、、結構力求簡單,便于制造和維修。

                    夾緊序1撐桿選用擋板式螺旋夾緊器件;

                    夾緊序4發動機襯管兩件選用快撤式螺旋夾緊器件;

                    夾緊序3螺母M6和序2喇叭支座的組件選用螺旋夾緊機構。

                    4、裝焊方案

                    從焊接件產品圖中看出,序4、序3和序2的組件分別與序1進行焊接。序1為主焊零件同時也是主體件,它的長度方向可用擋板定位,端面可采用擋銷。裝焊方案初擬為:

                    序4發動機襯管兩件與序1撐桿先在夾具上裝配、點固、取出焊接,然后在夾具上進行序3螺母M6和序2喇叭支座的組件與序1撐桿的裝配、完成三面焊。

                    5、裝焊夾具結構

                    裝焊夾具采用夾具體,再在夾具體上裝上定位和夾緊序1撐桿的擋板、擋銷、螺旋夾緊器件,定位和夾緊序4發動機襯管兩件的插銷機構、快撤式螺旋夾緊器件,定位和夾緊序3螺母M6和序2喇叭支座的組件的錐頭銷釘、螺旋夾緊機構,構成整個焊接夾具。

                    “撐桿焊接組合”裝焊夾具結構見“撐桿焊接組合”裝焊夾具圖

                    三、主要零件設計的說明

                    1、夾具體

                    綜合考慮了結構合理性、工藝性、經濟型、標準化以及各種夾具體的優缺點等,選擇夾具體毛坯制造方法為鑄造夾具體;考慮到定位的精確度,要求定位定位器和夾緊器的銷孔在裝配時配作;考慮到焊件小,夾具體的強度要求以及夾具體的結構要求,沒有在夾具體上設計加強筋。

                    2、壓板

                    考慮到定位錐頭銷釘需垂直取出焊件才能保證順利脫離焊件,在壓板下邊設置了彈簧;考慮到對螺母M6和喇叭支座的組件的定位,在壓板上開了凹槽起到定位作用;考慮到快速并順利取出焊件,將壓板設計成可退式壓板。

                    3、插銷機構主體

                    插銷機構主體作為插銷的支座,考慮到發動機襯管兩件之間距離小,將兩個插銷的插銷機構主體做成一體;并且為了保證發動機襯管兩件中心線的距離和平行度將在設計一體的插銷機構主體的插銷孔時要求兩孔中心線的距離和平行度。

                    4、快撤式螺旋夾緊器件

                    同插銷機構主體一樣,快撤式螺旋夾緊器件主體也做成一體并且要求兩孔中心線的距離。

                    快撤式螺旋夾緊器件工作過程:螺母套筒不直接固定在主體上,而是以它外圓上的L形槽沿著主體上的定位銷來回移動;工件裝入后推動手柄使螺母套筒連同螺栓快速接近工件;轉動手柄使定位銷進入螺母套筒的圓周槽內,螺母不能軸向移動,再旋轉螺栓便可夾緊工件;卸下焊件時,只要稍松螺栓,再用手柄轉動螺母套筒使銷釘進入螺母套筒外圓的直槽位置,便可快速撤回螺栓,取出焊件。

                    四、夾具的裝配要求

                    (1)、擋銷裝配到夾具體上時,需要保證基面與夾具體橫向中心線垂直

                    (2)、定位和夾緊序1撐桿的擋板、螺旋夾緊器件裝配到夾具體上時,需要保證基面與夾具體橫向中心線平行;定位和夾緊序4發動機襯管兩件的插銷機構、快撤式螺旋夾緊器件裝配到夾具體上時,需要保證其中心線與夾具體橫向中心線垂直。

                    (3)、定位和夾緊序4發動機襯管兩件的插銷機構、快撤式螺旋夾緊器件的裝配,裝上螺釘,配做銷釘孔并由銷釘保證插銷機構和快撤式螺旋夾緊器件右邊中心線與擋銷基面的距離和公差

                    (4)、定位和夾緊序3螺母M6和序2喇叭支座的組件的螺旋夾緊機構裝配時,裝上螺柱底座螺釘,配做銷釘孔并由銷釘保證螺旋夾緊機構定位錐頭銷釘中心線與擋銷基面的距離和公差。

                    (5)、定位和夾緊序1撐桿的擋板、螺旋夾緊器件的裝配,裝上螺釘,配做銷釘孔并由銷釘保證擋板和螺旋夾緊器件右端面與擋銷基面的距離

                    (6)、裝上彈簧、壓板等其他零件,完成整個裝配。

                    五、裝焊夾具使用說明

                    1、夾具的操作步驟

                    (1)、將序4發動機襯管兩件按照“撐桿焊接組合”圖裝配到序1撐桿上,并將其放置于夾具體上,由擋銷、擋板將序1撐桿定位,由螺旋夾緊器夾緊序1撐桿;同時由插銷將序4發動機襯管兩件定位,由快撤式螺旋夾緊器件將其夾緊。

                    (2)、點固焊后,松開快撤式螺旋夾緊器件,拔出插銷,取下進行焊接

                    (3)、將焊件再放置于夾具體上,由擋銷、擋板將焊件定位,由螺旋夾緊器夾緊焊件;之后將螺母M6和喇叭支座的組件放置焊件之上并由螺旋夾緊機構上的錐頭銷釘和螺旋夾緊機構的壓板上的開的凹槽來定位由螺旋夾緊機構夾緊

                    (4)、對螺母M6和喇叭支座的組件與撐桿進行三面焊,然后松開所有螺旋夾緊器,夾緊螺母M6和喇叭支座的組件的螺旋夾緊機構的壓板被彈簧彈起,其上的定位錐頭銷釘隨之脫離焊件,然后將壓板推出使一端脫離螺旋夾緊機構螺柱,將壓板旋轉到焊件一邊,之后取出焊件。

                    2、夾具使用注意事項、保養及維護

                    (1)使用前對限位尺寸檢查是否還保持正確位置;

                    (2)如果擋銷磨損超差,可以進行打磨修復;如果擋板、插銷、定位錐頭銷磨損超差,可以重新組裝,錯開磨損部位后繼續使用。

                    (3)使用后需要涂防繡油。

                    六、本次課程設計小結、體會及建議

                    大多數焊接工裝是為某種焊接組合件的裝配焊接工藝而專門設計的,屬于非標準裝置,往往需要根據產品機構特點、生產條件和你實際需要自行設計制造。焊接工裝設計是生產準備工作的重要內容之一,也是焊接生產工藝設計的主要任務之一。對于汽車、摩托車和飛機等制造業,可以毫不夸張地說,沒有焊接工裝就沒有產品。通過在工藝設計時,提出所需要的工裝類型、結構草圖和簡要說明,在此基礎上完成詳細的結構和零件設計及全部圖樣。

                    工裝設計的質量,對生產效率、加工成本、產品質量以及生產安全等有直接的影響,為此,設計焊接工裝時必須考慮實用性、經濟性、可靠性、藝術性等。

                    在機械設計和制造過程中,普遍存在尺寸鏈問題。在把零件組裝成機器的過程中,也就是將零件上有關的尺寸進行組合和積累。由于零件尺寸存在制造誤差,因此裝配時也就會有誤差的綜合和積累。累積后形成的總誤差將會影響機器的工作性能和質量。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系。設計工裝夾具也不例外。合理地確定零件的尺寸公差和形位公差顯得很重要。

                    通過本次課程設計,不僅增強了對焊接工藝裝備專業性知識的系統化,而且將專業知識、設計能力和實踐能力的有機的結合在一起。收獲更深的應該是夯實并拓寬了設計工裝夾具的思路以及對設計的思維原則性和靈活性的鍛煉。

                    七、參考資料

                    1、賈安東.焊接結構及生產設計.天津:天津大學出版社,1989

                    2、王政.焊接工裝夾具及變位機械.北京:機械工業出版社,2001

                    3、陳煥明.焊接工裝設計基礎.北京:航空工業出版社,2004

                    4、中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊(第2版).北京:機械工業出版社,2001

                    5、胡家秀.簡明機械零件設計使用手冊.北京:機械工業出版社,1999

                    6、祖業發.現代機械制圖.北京:機械工業出版社.2002;

                    7、許杏根等.簡明機械設計手冊.北京:機械工業出版社,1999

                    8、甘肅工業大學焊接教研室.焊接機械裝備圖冊.北京:機械工業出版社,1982

                    9、曾樂.焊接工程學.北京:新時代出版社,1986

                    一、夾具設計任務

                    1、焊接產品(復合件)“撐桿焊接組合”的草圖

                    見“撐桿焊接組合”圖

                    2、焊接產品“撐桿焊接組合”的重點技術要求分析

                    (1)序4發動機襯管兩件的中心線之間平行度要求

                    (2)序4發動機襯管兩件的中心線距離和右邊反動機襯管中心線與序1撐桿右端面距離為25±0.5

                    (3)序3螺母M6和序2喇叭支座的組件的中心線與序1撐桿右端面距離為200±1.0

                    二、“撐桿焊接組合”裝焊夾具設計方案的確定

                    1、裝焊方案

                    從焊接件產品圖中看出,序4、序3和序2的組件分別與序1進行焊接。序1為主焊零件同時也是主體件,它的長度方向可用擋板定位,端面可采用擋銷。裝焊方案初擬為:

                    序4發動機襯管兩件與序1撐桿先在夾具上裝配、點固、取出焊接,然后在夾具上進行序3螺母M6和序2喇叭支座的組件與序1撐桿的裝配、完成三面焊。

                    2、裝焊夾具結構

                    裝焊夾具采用夾具體,再在夾具體上裝上定位和夾緊序1撐桿的擋板、擋銷、螺旋夾緊器件,定位和夾緊序4發動機襯管兩件的插銷機構、快撤式螺旋夾緊器件,定位和夾緊序3螺母M6和序2喇叭支座的組件的錐頭銷釘、螺旋夾緊機構,構成整個焊接夾具。

                    “撐桿焊接組合”裝焊夾具結構見“撐桿焊接組合”裝焊夾具圖

                    3、夾具的定位原理及特點

                    主焊件“撐桿”用擋板和擋銷定位,限制了5個自由度,

                    件“發動機襯管”兩件用插銷機構定位,限制了5個自由度。

                    螺母M6和喇叭支座的組件用錐頭銷釘和螺旋夾緊機構的壓板上的開的凹槽來定位,限制了5個自由度。

                    4、主要零件設計的說明

                    (1)、壓板

                    考慮到定位錐頭銷釘需垂直取出焊件才能保證順利脫離焊件,在壓板下邊設置了彈簧;考慮到對螺母M6和喇叭支座的組件的定位,在壓板上開了凹槽起到定位作用;考慮到快速并順利取出焊件,將壓板設計成可退式壓板。

                    (2)、插銷機構主體

                    插銷機構主體作為插銷的支座,考慮到發動機襯管兩件之間距離小,將兩個插銷的插銷機構主體做成一體;并且為了保證發動機襯管兩件中心線的距離和平行度將在設計一體的插銷機構主體的插銷孔時要求兩孔中心線的距離和平行度。

                    (3)、快撤式螺旋夾緊器件

                    同插銷機構主體一樣,快撤式螺旋夾緊器件主體也做成一體并且要求兩孔中心線的距離。

                    快撤式螺旋夾緊器件工作過程:螺母套筒不直接固定在主體上,而是以它外圓上的L形槽沿著主體上的定位銷來回移動;工件裝入后推動手柄使螺母套筒連同螺栓快速接近工件;轉動手柄使定位銷進入螺母套筒的圓周槽內,螺母不能軸向移動,再旋轉螺栓便可夾緊工件;卸下焊件時,只要稍松螺栓,再用手柄轉動螺母套筒使銷釘進入螺母套筒外圓的直槽位置,便可快速撤回螺栓,取出焊件。

                    、夾具的裝配要求

                    (1)、擋銷裝配到夾具體上時,需要保證基面與夾具體橫向中心線垂直

                    (2)、定位和夾緊序1撐桿的擋板、螺旋夾緊器件裝配到夾具體上時,需要保證基面與夾具體橫向中心線平行;定位和夾緊序4發動機襯管兩件的插銷機構、快撤式螺旋夾緊器件裝配到夾具體上時,需要保證其中心線與夾具體橫向中心線垂直。

                    (3)、定位和夾緊序4發動機襯管兩件的插銷機構、快撤式螺旋夾緊器件的裝配,裝上螺釘,配做銷釘孔并由銷釘保證插銷機構和快撤式螺旋夾緊器件右邊中心線與擋銷基面的距離和公差

                    (4)、定位和夾緊序3螺母M6和序2喇叭支座的組件的螺旋夾緊機構裝配時,裝上螺柱底座螺釘,配做銷釘孔并由銷釘保證螺旋夾緊機構定位錐頭銷釘中心線與擋銷基面的距離和公差。

                    (5)、定位和夾緊序1撐桿的擋板、螺旋夾緊器件的裝配,裝上螺釘,配做銷釘孔并由銷釘保證擋板和螺旋夾緊器件右端面與擋銷基面的距離

                    (6)、裝上彈簧、壓板等其他零件,完成整個裝配。

                    三、裝焊夾具使用說明

                    1、夾具的操作步驟

                    (1)、將序4發動機襯管兩件按照“撐桿焊接組合”圖裝配到序1撐桿上,并將其放置于夾具體上,由擋銷、擋板將序1撐桿定位,由螺旋夾緊器夾緊序1撐桿;同時由插銷將序4發動機襯管兩件定位,由快撤式螺旋夾緊器件將其夾緊。

                    (2)、點固焊后,松開快撤式螺旋夾緊器件,拔出插銷,取下進行焊接

                    (3)、將焊件再放置于夾具體上,由擋銷、擋板將焊件定位,由螺旋夾緊器夾緊焊件;之后將螺母M6和喇叭支座的組件放置焊件之上并由螺旋夾緊機構上的錐頭銷釘和螺旋夾緊機構的壓板上的開的凹槽來定位由螺旋夾緊機構夾緊

                    (4)、對螺母M6和喇叭支座的組件與撐桿進行三面焊,然后松開所有螺旋夾緊器,夾緊螺母M6和喇叭支座的組件的螺旋夾緊機構的壓板被彈簧彈起,其上的定位錐頭銷釘隨之脫離焊件,然后將壓板推出使一端脫離螺旋夾緊機構螺柱,將壓板旋轉到焊件一邊,之后取出焊件。

                    2、夾具使用注意事項、保養及維護

                    (1)使用前對限位尺寸檢查是否還保持正確位置;

                    (2)如果擋銷磨損超差,可以進行打磨修復;如果擋板、插銷、定位錐頭銷磨損超差,可以重新組裝,錯開磨損部位后繼續使用。

                    (3)使用后需要涂防繡油。

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