工字梁钢梁组件的焊接夹具设计说明书.docx

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工字梁钢梁组件的焊接夹具设计说明书

一、序言....................................................................................................3

二、夹具设计任务..........................................................…………………4

1、焊接产品“钢梁组件”的产品图..........................……………4

2、焊接产品“钢梁组件”的重点技术要求分析............................4

三、“钢梁组件”装焊夹具设计方案的确定.................................……...5

1、夹具设计要求..................................................................................5

2、基准面的选择............................................................................….5

3、定位方式及元器件选择...............................................…………..5

4、夹紧方式及元器件选择..................................................................6

5、装焊夹具结构.......................................................………………..7

6、装焊方案...........................................................…………………...7

四、主要零件设计的说明................................................…………………7

1、夹具体...............................................................................................7

2、手动螺旋夹紧器................................................................................7

3、挡板....................................................................................................8

4、反变形装置........................................................................................8

5、垫板....................................................................................................8

6、销钉....................................................................................................8

7、螺栓....................................................................................................8

五、装焊夹具使用说明..................................................................................8

1、夹具的操作步骤..............................................................................8

2、夹具的结构特点...............................................................................8

3、夹具使用注意事项、保养及维护...................................................9

七、本次课程设计小结、体会.......................................................................9

八、参考资料...................................................................................................9

一、序言

1、焊接工装夹具及其在生产中的运用：

焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺装备。

在现代焊接生产中积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。

在焊接生产过程中，焊接所需要的工时较少，而约占全部加工工时的2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大的影响着焊接的生产速度。

为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。

2、焊接工装夹具的主要作用有以下几个方面：

（1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。

减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。

（2）有效的防止和减轻了焊接变形。

（3）使工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。

（4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。

（5）可以扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。

3、夹具设计的基本要求：

（1）、工装夹具应具备足够的强度和刚度。

夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。

（2）、夹紧的可靠性。

夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。

既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。

（3）、焊接操作的灵活性。

使用夹具生产应保证足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态

（4）、便于焊件的装卸。

操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害。

（5）、良好的工艺性。

所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。

设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。

二、夹具设计任务

1、焊接产品‘钢梁组件”的产品图：

钢梁组件由大、小肋板和筋板构成，材料选用45钢，大腹板宽300mm，小腹板宽180mm，总长均为1500mm，厚度均为4mm；筋板宽112mm，总长1500mm，厚度为8mm。

工件焊接方法选用焊条电弧焊，采用间断焊接，主要焊接工件受反变形装置固定部分。

2、焊接产品“钢梁组件”的重点技术要求分析：

（1）序1、序3两块肋板和序2筋板的垂直度要求

（2）公差要求：

自由公差

（3）序1、序2、序3焊接而成，焊接要求：

①焊接过程中对两块主板进行反变形控制，焊后A面最大变形量小于2mm,；

②注意结构的合理性，装配方案的可行性；

③装配过程要尽量方便易行；

④装配成本应尽可能低。

三、“钢梁组件”装焊夹具设计方案的确定

1、在设计夹具体时应满足以下基本要求：

①具有足够的强度和刚度。

②结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。

③安装稳定牢靠。

④结构的工艺性好，便于制造、装配和检验

⑤尺寸要稳定且具有一定精度。

⑥清理方便。

2、基准面的选择：

夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。

因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置，工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。

夹具体毛坯制造方法的选择：

综合考虑结构合理性、工艺性、经济性、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体。

夹具体的外形尺寸：

在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其反变形装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。

然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。

夹具体的壁厚30mm，长度1700mm，宽度580mm；根据设计要求，夹具体上设计有螺孔，与定位定位器和夹紧器的螺孔在装配时配作。

3、定位方式及元器件选择

定位器的作用：

定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。

工件的定位原理：

自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX，OY，OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。

要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。

工件的六个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个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。

在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。

在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。

定位元器件的选择：

①以工件的平面为基准进行定位时，常采用挡铁、支撑钉进行定位；

②工件以圆孔内表面为基准进行定位时常采用销定位器；

③工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用V形铁定位器；

④利用以定位工件的轮廓对被定位工件进行定位可采用样板定位器。

本工装定位方式如下：

肋板序1采用放置于工作台的垫板和螺旋加紧机构定位，垫板限制了Z方向上的平动自由度和X、Y方向上的转动自由度，螺旋加紧机构限制了沿X方向的平动自由度和Z方向上的转动自由度。

筋板序2选用放置于工作台的垫板作为主定位面，限制了Z方向上的平动自由度和X、Y方向上的转动自由度，挡块限制了沿X方向的平动自由度和Z方向上的转动自由度；

肋板序3采用工作台和挡块定位，工作台限制挡块限制了Z方向上的平动自由度和X、Y方向上的转动自由度，挡块限制了沿X方向的平动自由度和Z方向上的转动自由度；

4、夹紧方式及元器件选择

夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。

对夹紧机构的基本要求如下：

①夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。

②夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量。

③夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。

④结构力求简单，便于制造和维修。

本工装Z轴方向上有很大的自重，不需要夹紧，Y轴方向不需要夹紧，所以只需考虑X方向上的夹紧，X轴向上采用螺旋夹紧机构。

5、装焊夹具结构

装焊夹具基座采用夹具体，再在夹具体上安装定位肋板序3的挡板，定位筋板序2的垫板，和螺旋夹紧装置，以及在两块肋板上分别安装反变形装置，构成整个焊接夹具。

6、装焊方案

装焊时，首先为两块肋板安装反变形装置，再在夹具体上装上定位的挡板、垫板和螺旋夹紧器，然后分别放上肋板和筋板，并用螺旋夹紧器将其固定夹紧。

焊接时，先焊上半部分两条焊缝，然后松开螺旋夹紧装置，翻转工件，装配夹紧后，再焊接另外两条焊缝。

焊接时采用焊条电弧焊分段焊接，以减小焊接变形。

四、主要零件设计的说明

1、夹具体

综合考虑结构的合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，夹具体制作材料选用铸铁，毛坯制造方法为铸造夹具体；考虑到定位的精确度，要求定位器和螺旋夹紧器的螺孔在装配时要与夹具体配作。

2、手动螺旋夹紧器

手动螺旋夹紧器选用Q235钢，螺旋夹紧器件主体各部分通过焊接的方式连接在一起；焊接时，应先夹紧各部分元件，防止焊接时产生焊接变形。

并且要求底座螺孔应与夹具体配作，螺旋夹紧器在夹紧状态时应有自锁性能。

手动螺旋夹紧器的工作过程：

夹紧器底部用螺栓固定在夹具体上，工件定位好后，转动螺旋装置，螺杆向前移动夹紧工件；螺杆端部有可以相对转动的底靴，它用于增加制品的受压面积，减小螺杆与制品间的摩擦力，以及防止螺杆压在与轴线不垂直的表面上时螺杆可能出现的弯曲；各螺杆中心线应与主板纵向中心线垂直相交，以保证夹紧精度。

3、挡板

挡板选用Q235钢制造，毛坯制造方法选用铸造毛坯，成型性好，加工方便。

挡板螺孔也应与夹具体配作，装配时通过螺栓固定在夹具体上。

4、反变形装置

反变形装置采用Q235钢。

考虑到整体难于直接生产，所以反变形装置弯曲部分与整体连接时采用型钢拼焊，焊接时，先点固焊，再用支撑钉支撑弯曲部分，防止焊接变形，最后完成全部焊接。

反变形装置内部间隙应比工件厚度大，以便于工件插入，间隙部分通过打入销钉固定加紧。

5、垫板

垫板材料选用铸铁，制造方法为铸造，成型后表面打磨平整。

6、销钉

销钉45钢制作，采用火焰表面淬火处理，以提高耐磨度。

7、螺栓

螺栓选用材料45钢的标准件，螺栓连接时通过开口垫圈使应力均匀分布。

五、装焊夹具使用说明

1、夹具的操作步骤：

（1）焊接前，先为两块肋板安装反变形装置，在夹具体上装上定位的挡板、垫板和螺旋夹紧器，然后分别放上肋板和筋板，调整好位置，用螺旋夹紧器将其固定夹紧。

（2）在第一面焊缝焊接好后，松开螺旋夹紧器，翻转工件并调整好位置，再用螺旋夹紧器夹紧工件，焊接另一面焊缝。

（3）当所有焊缝焊接好后，松开螺旋夹紧器，取出工件和反变形装置，拆卸下固定在夹具体上的挡板和螺旋夹紧器，然后去除反变形装置，取出成型工件。

2、夹具的结构特点：

（1）操作方便，工件易于装卸；

（2）该夹具结构简单，容易生产制造；

（2）该夹具能够有效地夹紧工件和控制工件的反变形，使工件据有良好的成型性。

3、夹具使用注意事项、保养及维护

（1）使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置；

（2）使用后需要涂防锈油。

六、本次课程设计小结、体会

大多数焊接工装是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的，属于非标准装置，往往需要根据产品机构特点、生产条件和你实际需要自行设计制造。

焊接工装设计是生产准备工作的重要内容之一，也是焊接生产工艺设计的主要任务之一。

对于汽车、摩托车和飞机等制造业，可以毫不夸张地说，没有焊接工装就没有产品。

在工艺设计时，应提出所需要的工装类型、结构草图和简要说明，在此基础上完成详细的结构和零件设计及全部图样。

工装设计的质量，对生产效率、加工成本、产品质量以及生产安全等有直接的影响。

为此，设计焊接工装时必须考虑实用性、经济性、可靠性、艺术性等。

在机械设计和制造过程中，普遍存在尺寸链问题。

在把零件组装成机器的过程中，也就是将零件上有关的尺寸进行组合和积累。

由于零件尺寸存在制造误差，因此装配时也就会有误差的综合积累。

累积后形成的总误差将会影响机器的工作性能和质量。

这就形成了零件的尺寸误差和综合误差之间的相互影响关系。

设计工装夹具也不例外，因此合理地确定零件的尺寸公差和形位公差也显得尤为重要。

通过本次课程设计，不仅增强了对焊接工艺装备专业性知识的系统化，而且将专业知识、设计能力和实践能力有机的结合在了一起。

但收获更深的是夯实并拓宽了我们设计工装夹具的思路以及对设计的思维原则性和灵活性的锻炼。

七、参考资料

[1]陈祝年，焊接简明设计手册，机械工业出版社，1999

[2]王政，焊接工装夹具及变位机械，机械工业出版社，2001

[3]陈焕明，焊接工装设计基础，航空工业出版社，2004

[4]孙丽媛，机械制造工艺及专用夹具设计指导，冶金工业出版社，2002

[5]贾安东，焊接结构及生产设计，天津大学出版社，1989

[6]诸世敏，现代工程图学，北京邮电大学出版社，2007

[7]许杏根，简明机械设计手册，机械工业出版社，1999

[8]曾乐，焊接工程学，新时代出版社，1986

[9]中国机械工程学会焊接学会，焊接手册（第2版），机械工业出版社，2001