课程设计说明书Word格式.docx
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4.2焊接夹具设计方案5
4.2.1定位器的设计5
4.2.2夹具体的设计6
4.2.3夹紧装置的设计7
4.2.4夹具材料的设计8
4.2.5夹具尺寸公差及粗糙度9
4.2.6国家标准件的选择9
4.3绘制夹具草图10
4.4绘制正式装配图10
4.5绘制零件图11
5夹具使用说明13
5.1夹具体的安装说明13
5.2夹具体的使用说明13
5.3夹具体的实用性说明及保养13
6心得体会14
7参考文献15
1夹具设计的目的意义及要求
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。
夹具设计的基本要求：
1）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）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。
2焊接结构件的分析
2.1焊接结构件组成及分析
图1焊接的零件
结构组成如下表所示：
名称
数量
端盖
1
臂身
中筒
大筒
构件连接如图一所示。
由图可知，需要连接的部分有：
端盖与臂身的环焊缝、中筒与臂身的两条马鞍形环焊缝、大筒与臂身的两条马鞍形环焊缝。
2.2焊接结构件成分及焊接性分析
构件成分如下表所示：
材料
40Cr
30CrMnSiA
焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期要求的能力。
其中材料因素中的化学对于焊接性会有很大影响，因为母材和焊材在焊接过程中直接参与熔池或熔合区的冶金反应，对焊接质量和焊接性有重要的影响，若母材与焊材的成分匹配不当，会造成焊缝成分不合格、力学性能和其他使用性能降低，甚至导致裂纹、气孔、夹杂等焊接缺陷。
采用MIG对接焊焊缝产生气孔和表面硬化。
焊前烘干填充材料，提高保护气体纯度，采用过渡层。
此次焊接加工的材料中有40Cr和30CrMnSiA。
异种钢的焊接性取决于两种材料的物理、化学、化学成分等。
这两种钢材的焊接性容易产生一下问题，第一，焊缝成分的稀释；
第二，溶合过渡区的形成，碳迁移扩散层导致增碳硬化，脱碳软化。
从而引起结合性能差和使用性能低。
那么综合化学成分和实际情况选择MAG焊，选择焊丝时，保证焊接接头的使用性能，塑韧性较好的熔敷金属形成“软”中间层起到“约束强化”作用，其次保持良好的工艺性能，不出现裂纹。
3制订焊接结构件的焊接工艺
3.1焊接方法及焊接规范
焊接方法：
根据焊缝位置、可施焊空间和经济型综合分析可知宜选用MAG焊。
焊接规范：
NB-400型半自动熔化极焊机。
选择焊接电流310-320A，焊接电压26-27V，采用直流反接。
焊前烘干填充材料，提高保护气体纯度；
尽量采用小的热输入，快速焊；
条件允许可焊前预热，焊后热处理，其他不做要求。
3.2焊接工艺要点
一般在退火（正火）状态下焊接，焊接方法不受限制，预热温度和层间温度控制在250到300℃之间。
焊接材料应保证熔敷金属的性能和母材基本相似。
焊后应及时进行调制热处理。
若及时进行调制处理有困难，可进行中间退火或在高于预热温度的温度下保温一段时间，扩散除氢。
3.3焊接工序的确定
构件的焊接顺序：
整装后整焊，因为焊缝都是对称分布，所以施焊时可以对称交叉焊接，先焊中筒环焊缝，再焊左右两侧焊缝。
焊接操作时点焊固定，然后进行环焊缝焊接。
3.4焊接质量的保证措施
1）焊前烘干填充材料，提高保护气体纯度；
焊前要进行机械清理，以去焊件表面的污物及氧化膜。
有条件可进行中间退火和消除应力热处理，热处理温度一般不超过450~650℃（多数情况下选择下限温度而延长保温时间）。
2）尽量采用短路过渡形式，减少飞溅。
3）选择小的熔合比，减少焊缝金属被稀释。
4）选用小焊丝直径，小电流、快速多层焊等工艺。
4焊接夹具的设计
4.1各构件组成及成分
基准面的选择
一个工件是由若干个表面组成的，在确定件表面的相对关系时，必须确定一个基准面，基准是零件上用来确定其它点、线、面位置的依据。
根据工件图总体结构特点，选择中筒轴线为定位中心基准。
4.2焊接夹具设计方案
4.2.1定位器的设计
定位元件是要使工件在焊接工作中有确定的位置。
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形块定位器。
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。
定位结构示意图如下：
图2定位器草图
由图2可知。
对于中筒，利用短销大平面组合（序号15）定位X、Y、Z方向的平移自由度和X、Z方向的旋转自由度。
对于端盖，利用改进的活动块（序号5、6、7、8）定位X、Y、Z方向的平移自由度和X、Z方向的旋转自由度。
大筒定位则采用固定V型块配合压紧器进行定位，定位X、Y、Z方向的平移自由度和X、Z方向的旋转自由度。
臂身的定位使用一个短V型块（序号11和12）定位X、Z方向的平移自由度，支撑钉（序号16）辅助支撑，配合总体装配条件实现定位。
其中V型块的设计根据标准计算如下：
图3V型块设计公式
臂身V型块设计：
V型块工作面间夹角：
120°
端盖直径36mm
标准定位高度T=H+0.707D-0.5N开口尺寸N=1.41D-2k取H=0.7D=25.5mmh=0.41D=15mm
计算并综合尺寸得N=40T=43
4.2.2夹具体的设计
夹具体是夹具的基础件，在它上面安装组成该夹具所需的各种元件、机构和装置等，起着支撑、联接作用，对此要满足一下几点要求。
1）具有足够的强度和刚度。
2）结构简单、轻便。
3）安装稳定牢靠。
4）结构的工艺性好，应便于制造、装配和检验。
5）尺寸要稳定且具有一定精度。
6）清理方便。
在该结构中，为了很好的布置定位器和夹紧装置，夹具体设计成带孔的平面具体如下图所示。
图3夹具体
4.2.3夹紧装置的设计
本次设计采用手动夹紧装置，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。
本次设计所采用的夹紧装置有以下几种：
A、端盖夹紧考虑使用了V型块所以选用铰链装置如下图：
图4筒身夹紧装置
在图中，安零件图的尺寸设计120°
的钩型夹紧器。
B、中筒夹紧装置如图2中所示选用带可拆卸垫片的螺母在中筒上端压紧。
如下图：
图5压紧螺母
C、大筒夹紧形式与中筒不同，如图2中利用压紧器直接夹紧。
图6大筒夹紧方式
图7大筒的定位夹紧装置
4.2.4夹具材料的设计
夹紧的材料是决定夹具性能的一个重要因素，材料的选取是和工件的使用情况与功能相匹配的，同时兼顾材料的可获得性和经济性。
在本夹具工件中，主要是用的是20钢和45钢和Q235A。
因为20钢有好的热轧性，所以用它制作V形板、挡板等零件，Q235A和45钢综合力学性能好，用它制作夹紧器，夹紧器压板，铰链压板，等。
45钢强度硬度很高，而且具有良好的耐磨性，因此选用轴的材料。
4.2.5夹具尺寸公差及粗糙度
夹具总图上标注的尺寸公差有一下几点。
1）最大轮廓尺寸。
活动部分用双点划线画出最大活动范围。
2）影响定位精度的尺寸公差。
主要是工件与定位元件及定位元件之间的尺寸和公差。
3）影响定位元件在夹具体上安装精度的尺寸和公差。
4）影响夹具精度的尺寸与公差。
主要指定定位元件、安装基面之间位置尺寸和公差。
5）其他重要尺寸与公差。
设计中一般采用对称分布的公差，夹具的尺寸公差在IT7-IT9制定；
工件上未标注公差时，公差视为9-11级。
夹具装配图上标注定位元件支架的相关尺寸一般取工件相应公差的1/3-1/2。
粗糙度的要求是内孔及内侧面是25，无相对运动的销孔和比较重要的基准面、接触面的粗糙度为3.2或6.3，其余为12.5。
4.2.6国家标准件的选择
国家标准件
螺栓M8GB75-1985
6
圆柱销M4GB/T119-76
圆柱销M6GB/T119-76
2
螺母M6GB129.2-1985
10
螺母M8GB129.2-1985
垫圈M8GB75-1985
支撑钉GB/T2266-91
沉头螺钉M8GB129.2-1985
4.3绘制夹具草图
仔细查看工件图及比例尺寸，明确工件的大致形状，焊接位置，焊缝型式等，制定设计方案，先用黑色双点划线画出工件的轮廓和主要表面，如定位基准面、加紧表面、焊接部位等，视工件为透明体，不影响各夹具元件的绘制；
然后按总布局从定位元件、加紧机构、传动装置等顺序画出各自的具体结构；
最后绘制夹具体和连接件，把工装上各组成元件和装置连成一体。
而本次采用solidworks12.0大致画出夹具体草图（如图4-8）。
图8夹具草图
4.4绘制正式装配图
在A0图纸上，根据草图将各种结构的夹具和定位元件按照一定尺寸1:
1的比例绘制装配图，原工件用双点划线代替详见装配图纸。
图9装配图
4.5绘制零件图
在A1-A4的图纸上，根据装配图将不是标准件的各个零件绘制出来，并标注尺寸、公差、配合、粗糙度和技术要求等内容，大致样式如图10至图19，详细尺寸请见零件图纸。
图10工作台
图11圆形把手图12把手底座
图13活动快盖板图14活动块端盖
图15V型块底座图16V型块-钩
图17垫片图18阶梯轴
图19手柄图20支座
图21固定V型快
5夹具使用说明
5.1夹具体的安装说明
1、将工作台划线，划出各个孔和零件的位置。
2、钻孔，需要配作的孔应该与夹具同时钻孔。
3、将需要直接焊接在工作台上的夹具元件焊接在准确的位置。
4、将定位元件和夹紧元件组装。
5、按一定的顺序安装各个夹具，先安装定位装置，再安装夹紧装置。
5.2夹具体的使用说明
将焊接件放在夹具体上，先将中筒放在短销大平面上，然后将臂身从上往下套入中筒放在V型块上，之后在将大筒用固定V型块固定，并用压紧器压紧，最后将端盖用改进的活动块进行固定。
放好各零件后，再实现夹紧。
将筒身用V型块夹紧，中筒用压紧帽和螺母夹紧，大筒用压紧器压紧，最后端盖使用改进的活动块进行压紧和夹紧，保证零件不能自由移动后拧紧各处。
5.3夹具体的实用性说明及保养
夹具整体结构简单，增力大，自锁性好，操作方便，各部分功能能实现良好的配合，可施焊空间足够。
本套装置的设计要求不高，节约成本。
使用前应再次检验限位尺寸是否保持正确位置，使用后涂防锈油。
6心得体会
在本次课程设计的过程中，自己亲自动手设计和在老师的指导下修改方案的这个过程，让我自己收获颇多。
从课程设计的一开始到课程结束，和小组成员还有老师一起奋斗的这些时光总是填满了充实的回忆。
从开始的自己思索方案，到之后的和老师交流，探讨，到最后方案的制定，这一切的一切，我都一步一个脚印，踏踏实实的努力完成。
既不要想着一开始就可以把方案立马搞定然后画图回家，也不要想着一直拖拖拖，直到最后一天在交图纸和报告。
这些都是错误的想法。
唯有认认真真的听老师的讲解，仔仔细细的修改自己的方案和图纸，才能最后得到满意的效果。
在cad绘制草图的过程中，由于之前没有任何经验的我在课程设计之后没有一点思路，更别说对于AUTOCAD的了解甚少。
之后我们在伍光凤和杨栋华老师的带领下一步一步设计方案，分析工件到最后对我们的装配方案有了初步的了解。
在这过程中老师会在我们迷茫的时候给我们提示，让我们看到前进的方向，在我们查阅文献和设计方案的时候会知道我们应该注意那方面的细节，真正做到了授人以渔。
在绘制零件图时，由于非标准件的缘故，加大了设计的自由空间。
装配草图的出炉看起来让跃跃欲试，每个人都信心百倍。
然而一动手才知道方案容易，实践不易。
通过这次实验我了解了焊接夹具的设计步骤，从方案确定到装配草图到最后零件图的绘制都充满了乐趣。
最后我们还对焊接工艺制定做了一定的了解，可以说是收获颇丰。
总的来说通过这次课程设计的学习，达到了预期的目的，感受到了工科实验和设计的艰辛和魅力。
在同学们一起努力的每天都充满了收获，在和老师相处交流之中能学会许多合实验、人生的道理。
7参考文献
[1]
陈祝年，焊接简明设计手册，机械工业出版社，1999年
[2]王健石，机床夹具和辅具速查手册，机械工业出版社，2007年
[3]东北重型机械学院，机床夹具设计手册，上海科学技术出版社，1990年
[4]
陈焕明，焊接工装设计基础，航空工业出版社，2004年
[5]杨裕根，现代工程图学，北京邮电大学出版社，2008年
[6]王政，焊接工装夹具及变位机械，机械工业出版社，2001年
[7]李亚江，焊接冶金学-材料的连接性，机械工业出版社，2006年
[8]王宗杰，熔焊方法及设备，机械工业出版社，2006年
[9]张秀娟，互换性与测量技术基础，北京大学出版社，2013年
[10]石晓辉，田培棠，米林，夹具结构设计手册，国防工业出版社，2010年
[11]机床夹具零件及部件标准汇总
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