学士学位论文连接工程及自动化工装设计.docx
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学士学位论文连接工程及自动化工装设计
课程设计
课题：
连接工程及自动化工装设计
题目操作室结构
学院材料学院
班级材控1106
姓名戴福生
学号U201111360
指导教师吕卫文
目录
一、总体方案要求
1.1结构特点···················································06
1.2结构制造符合的技术要求································06
1.3结构的材料成分···········································06
1.4结构材料的力学性能·····································07
1.5结构的加工方法··········································07
1.6结构的焊接成形方法·····································07
1.7结构用的焊接材料·······································08
1.8结构的热处理技术·······································08
1.9生产设备·················································08
1.10结构检验················································08
二、生产制造工艺过程设计说明
2.1原材料的购买············································10
2.2原材料的预处理···········································10
2.3备料························································11
2.4焊接所需的定位夹紧装置································12
2.5焊接························································13
2.6焊接质量检验·············································15
2.7力学性能检验············································16
2.8涂漆························································16
2.9包装························································16
3、焊接工艺设计说明
3.1焊前准备····················································17
3.2焊接工艺····················································17
3.3焊接设备····················································17
3.4焊接材料····················································17
3.5焊接参数····················································17
3.6焊接顺序····················································18
附录：
操作室二维图
压夹器二维图
1.总体方案
图1操作室三维图
图2操作室二维图
图3操作室左视图
图4操作室主视图
图5操作室俯视图
1、结构特点
该吊车操作室结构主要由六个面的钢板组成，不需要承受很大的载荷，上板有吊耳，运输时需要承受很大的载荷。
吊耳本身的强度是结构设计中的关键问题。
（1）长度、高度、宽度尺寸不应超过允许偏差。
（2）底板与地面的平行度不应超过允许偏差值；支撑板的垂直度偏差、构件长度方向的扭曲偏差均不应超出规定偏差。
（3）各零件间装配间隙及角度的偏差，不能超出规定。
（4）焊缝外形尺寸偏差及焊接缺陷、各零件的局部变形量均不能超出规定。
在上述技术条件中，焊接变形是造成难以满足要求的主要原因。
工艺设计时不应该依靠焊后的矫正来达到技术条件，而主要靠采用合理的备料、装配—焊接顺序及工艺来预防焊后变形。
2、结构制造符合的技术要求
化学成分、力学性能、技术条件应分别符合GB/T700—1988《碳素结构钢》、GB/T1591—1994《地很近高强度结构钢技术条件》。
（1）、所有焊缝均为角焊缝，双面焊，高度为4mm..
（2）、10号钢板的位置由主令控制器选定后，再焊接。
（3）、窗的开口尺寸带括号为参考尺寸，具体尺寸视与钢化玻璃相配合的铝合金框架及橡皮框尺寸而定。
根据橡皮框尺寸，开口板厚处两侧面应适当垫宽以与之相配。
3、结构的材料成分
本工艺成分为Q235-A，其成分如下：
表1Q235的成分
C
Mn
Si
S
P
0.14%~0.22%
≤1.4%
≤0.3%
≤0.05%
≤0.045%
4、结构材料的力学性能
A3钢的屈服强度为235MPa,抗拉强度为315~430MPa，伸长率为21％~26%，有较高的塑性又有适中的强度。
5、结构的加工方法
在此次生产过程中需要焊接、冲压、车削、铣削、钻孔、切割等工艺。
所有钢板和焊接坡口都要经过切割工艺得到具体尺寸。
14号钢板需要经过冲压和弯折工艺，1号、6号、10号钢板需要经过冲压和钻孔工艺，3号、4号需要经过冲压工艺。
6、结构的焊接成形方法
选择焊接方法时必须符合以下要求：
能保证焊接产品的质量优良可靠，生产率高，生产费用低，能获得较好的经济效益。
不同结构的产品由于焊缝的长短、形状、焊接位置等各不相同，因而适用的焊接方法也会不同.结构类产品中规则的长焊缝和环缝宜用埋弧焊和熔化极气体保护焊，焊条电弧焊用于打底焊和短焊缝焊接。
本产品为操作室结构，不需要承受很大的载荷，并且绝大多数的焊缝都是长焊缝且是角焊缝双面焊，所以用手工电弧焊和CO2气体保护焊就可以满足要求。
7、结构用的焊接材料
a、焊条E4303（J422）（Ф2.5、Ф3.2、Ф4mm、Ф5mm）对于一般的零件，不承受较大的载荷。
b、焊条E4315（J427）（Ф4mm），焊接吊耳的时候需要,承受较大载荷的重要零件，采用开坡口的方法以保证焊透，并且具有良好的韧性，以保证力学性能减少焊接缺陷。
c、焊丝H08Mn2SiA（1.6mm）
8、结构的热处理技术
由于材料的力学性能要求不高，所以不需要进行焊前预热和焊后热处理。
9、生产设备
化验设备、ZX5-400型焊机，氧—乙炔火焰切割机（ML-1225），磁粉探伤仪（CJE-2A），超声波探伤仪（DY2600W），砂轮机（MD3212），华中数控铣床，丝锥，拉力机、尺、规、经纬仪、计算机放样系、刨边机（HC202）、钻床、专用工装夹具、焊枪、普通直流焊机、校直机（YJZ-1000）、喷丸机（Q0250-Ⅵ）、喷漆机（CW300）、烘干机等。
10、结构检验
、结构件外形尺寸检验
结构件长度偏差、角度偏差、直线度偏差、平面度偏差、平行度偏差安有关规定检验。
结构件直线度、平面度、平行度测量方法应符合JG/T5082.1-1996。
、焊缝外观及外形尺寸检验
a、外观检验采用肉眼进行，对有怀疑的严重缺陷（未熔合、裂纹）采用放大镜或表面探伤方法辅助判断；
b、外形尺寸用焊接检测尺对具有代表性的选点进行检验；
c、焊缝的外观、焊波应均匀，不允许未熔合（坡口未填满）焊瘤、烧穿等缺陷；
d、角焊缝的外形尺寸要求参见有关手册
、焊缝的内在质量检验
a、每条焊缝坡口焊前做100%磁粉探伤或着色检查；
b、焊缝定位焊做100%着色检查，焊缝返修清楚缺陷后和补焊后磨平做着色检查；
c、焊缝硬度单个值≤HB220，平均值≤HB210。
二.生产工艺过程
1.原材料的购买
本次材料采用Q235-A和标准件，统一购置Q235-A钢板，具体规格如下：
钢板：
15mm×50mm×13000mm
钢板：
12mm×170mm×230mm
钢板：
9mm×70mm×300mm
钢板：
6mm×2300mm×12000mm
角钢：
L100mm×100mm×16mm—1530mm
槽钢：
5#—4400mm
2.材料预处理
（1）、原材料的检验：
Q235A钢，要求含
表2
C
Mn
Si
S
P
0.14%~0.22
≤1.4%
≤0.3%
≤0.05%
≤0.045%
屈服强度为235MP，抗拉强度为372MP——460MP，延伸率为25%——27%。
（2）、原材料的储存：
检测合格的钢板标号之后存储起来，便于下次使用时便利。
（3）材料的复验：
在再次使用之前还要进行复验，Q235A钢，要求含
表3
C
Mn
Si
S
P
0.14%~0.22
≤1.4%
≤0.3%
≤0.05%
≤0.045%
屈服强度为235MP，抗拉强度为372MP——460MP，延伸率为25%~27%。
（4）、金属材料的除锈处理：
为了降低成本，采用机械除锈的方法，具体的采用喷丸除锈，主要以颗粒喷射冲蚀作用构成，以达到表面清洁和适宜的粗糙度，设备采用敞开式喷丸除锈机。
能够较为彻底的清除材料表面的所有杂质。
机械程度高，除锈质量好。
（5）、金属材料的矫正：
钢板的矫正采用七轴锟矫正机。
图6七轴锟矫正机
3.备料：
（1）、放样和号样：
放样是在制造金属结构件以前，按产品零部件图纸要求，在放样台上用1：
1的比例尺寸，划出实际零件的平面展开图。
该部分有14块钢板，按照产品零件图纸的要求，在钢板上画出实际零件的尺寸，然后进行号料。
号料是根据放样零件的轮廓，用小锤和冲子在钢板上打上记号。
这样就可以进行下一步的加工了。
（2）、下料：
在划线和号料的基础上对钢材进行氧—乙炔切割，3和4号板切割出窗口，6号和12号钢板切割出圆孔。
气割前钢板必须预热100.C～150.C，预热范围为40mm。
切割后用砂轮机清除氧化层和夹杂物，并呈金属光泽。
（3）、坡口加工：
根据《手弧焊焊接接头的基本形式和尺寸》（GB985—88）本加工过程中所使用的钢板厚度有6mm、9mm、15mm，其中6mm不需开坡口，其余均开K型坡口。
所有焊接坡口焊前进行100%磁粉探伤检查焊接坡口和热影响区有无裂纹、分层、夹杂，应进行硬度测试,≤HB200为合格。
（5）机加工：
对13号钢进行铣削加工，铣出两个15°～20°倒角。
对1号和10号板进行铣削加工，钻孔，攻丝。
对4号板材进行弯曲，将钢板加热到950℃±10℃保温一小时后出炉。
4.焊接所需的定位夹紧装置
（1）定位：
由于定位精度不高，定位可使用可拆式角钢型挡块
图7挡块
（2）夹紧：
选用螺旋压夹装置，结构简单，夹紧力较大，特变试用与小批量及单件生产情况
图8螺旋压夹器
（3）采用平台式工作台，有利于减少钢板的变形。
5.焊接：
（1）、焊前准备：
焊前准备主要包括坡口的制备、预焊部位的清理、焊条的清理以及钢板表面的探伤等。
首先，对于坡口的制备，这里采用刨削和氧气切割的方法。
这样可以加工出直边任何形式的坡口。
其次，对于预焊边缘的清理，在焊接部位，焊前要清理水、锈、油污、切割氧化皮等杂物，以利于获得高质量的焊缝。
清理时，此处采用的是喷丸处理。
再次，碱性焊条E4315需要在350~400℃下烘干1~2h，酸性焊条和焊丝不需烘干。
（2）、焊接方法：
为了简化工艺，生产过程中使用手工电弧焊和CO2气体保护焊的方法进行焊接。
（3）、焊接设备
手工电弧焊采用直流焊机，电源型号为ZX5-400；二氧化碳气体保护焊采用推丝式半机械化二氧化碳焊机，型号为NBC-500。
（4）、焊接材料：
A、焊条E4303（直径为2.5mm、3.2mm、4mm、5mm）、E4315（直径为5mm）。
B、焊丝H08Mn2SiA（直径为1.6mm）
C、上述焊条必须有材质证明书和工厂复验报告。
（5）、焊接工艺评定：
按GB/T12469—1990《焊接质量保证钢熔化焊接头的要求和缺陷分级》及JB/T7949—1999《钢结构焊缝外形尺寸》完成上述各项焊接施工项目之焊接工艺评定，用经焊接工艺评定合格的工艺编制为焊接工艺卡指导生产。
（6）、焊接工艺要求：
A、本焊接工艺中酸性焊条和焊丝均不需烘干处理，但碱性焊条J427要经350~400℃烘干处理。
B、用氧乙炔焰进行坡口切割，切割前必须预热180°C—200°C，预热范围40mm，切割后用砂轮机清楚氧化皮和夹杂物，直至呈金属光泽，对所有焊接坡口焊前进行100%磁粉探伤和硬度测试，检查焊接破口处和热影响区有无裂纹、分层、夹渣。
C、焊前应清除焊件表面铁锈、油污、水分等杂质，。
D、为了防止空气侵入焊接区而引起气孔、裂纹，降低焊接性能，应尽量采用短弧焊。
E、热影响区再高温停留时间不宜过长，以免晶粒粗大。
F、反面清焊根采用电弧气刨，应在焊后立即进行，隔时冷却后，应重新预热到100°C以上在清根。
清根后用砂轮机彻底清除熔渣和渗碳层，直至呈现金属光泽。
G、再无损探伤前，焊缝要进行表面检查。
有表面缺陷的焊缝要返修，预热温度和焊接工艺应与焊缝完全相同。
6.焊接质量检验：
a、无损探伤前，焊缝应进行内外表面检查。
b、垂直度和水平度的检验
c、每条焊缝用磁粉探伤或者着色检查
d、每条焊缝进行超声波探伤
e、每条焊缝进行硬度检测
f、力学性能检验：
焊缝回火热处理后取样做力学性能检验，检验项目：
屈服强度、抗拉强度、拉伸率等，使其合乎GB2654-1989《焊接接头及堆焊硬度试验方法》标准。
7.力学性能检验
各焊缝回火热处理后取样做力学性能检验，检验项目：
屈服强度、抗拉强度、拉伸率等，使其合乎GB2654-1989《焊接接头及堆焊硬度试验方法》标准。
8.涂漆
按照要求涂上所需颜色和材料的漆。
9.包装
按照要求将产品包装起来存储或者发货。
3、焊接工艺卡设计说明
1、焊前准备
焊前准备包括坡口的制备、预焊部位的清理、焊条的清理以及钢板表面的探伤。
首先，对于6mm的板，为了简化工艺，这里不需要开坡口，对于9mm、15mm的板，要开K型坡口；其次，对于预焊边缘的清理，在焊接部位，焊前要清理水、锈、油污、切割氧化皮等杂物，以利于获得高质量的焊缝；再次，焊条要烘干，以降低焊条的水分量，减少氢的有害影响，以防止产生气孔裂纹及降低接头的机械性能。
2、焊接工艺
考虑到焊渣的清理等问题，采取二氧化碳气体保护焊、手工电弧焊两种焊接方法。
3、焊接设备
手工电弧焊采用直流焊机，电源型号为ZX5-400；二氧化碳气体保护焊采用推丝式半机械化二氧化碳焊机，型号为NBC-500。
4、焊接材料
A、焊条E4303（直径为2.5mm、3.2mm、4mm、5mm）、E4315（直径为5mm）。
B、焊丝H08Mn2SiA（直径为1.6mm）
5、焊接电压、电流、焊速等参数可以查表得到。
6、焊接顺序
（1）根据画线将11号钢板用夹具和挡块固定在2号钢板上，进行焊接；
（2）根据画线将9号槽钢用夹具和挡块固定在3号钢板上，进行焊接；
（3）根据画线将1号固定在3号上，进行焊接；
（4）用夹具将13号钢板固定在3、4号钢板上，然后进行焊接；
（5）将3号钢板（后面的一块）放平，根据画线将2号钢板固定在3号钢板上，进行焊接；
（6）将4号钢板放直，将3号（前面）与4号垂直放置，用直尺确定其角度，然后进行立焊；
（7）根据画线将16块7号钢板固定在6号角钢上，进行焊接；
（8）根据画线将10、12以及焊好的6、7号钢板用挡块和夹具固定在5号钢板上，依次进行焊接；
（9）将8号钢板放平，将焊好的2、3和3、4分别根据画线用夹具和挡块固定在8号钢板上，然后进行焊接；
（10）对2、3、4中余下的焊缝进行立焊；
（11）将5号钢板放平，将焊好的2、3、4、8翻转过来，用挡块和夹具固定在5号上，进行焊接。
参考文献：
【1】高忠明.实用电焊技术.北京：
金盾出版社，2003
【2】张彦华.焊接结构原理.北京：
北京航空航天大学出版社，2011
【3】胡绳荪.现代弧焊电源及控制.北京：
机械工业出版社，2007
【4】赵华熹.焊接方法与机电一体化.北京：
机械工业出版社，2001
【5】周浩森.焊接结构生产及装备.北京：
机械工业出版社，1992
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