拨叉焊接夹具设计课程设计说明书要点.docx
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拨叉焊接夹具设计课程设计说明书要点
重庆理工大学
焊接夹具课程设计说明书
题目：
拨叉焊接夹具设计
学院：
材料科学与工程学院
专业：
焊接技术与工程专业
学号：
姓名：
指导老师：
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2-1焊接的零件
如图2-1所示，结构由连杆，摇杆，扇形齿轮，销轴，轴套所组成。
其中连杆，销轴，轴套都是20钢；扇形齿轮，摇杆则是45钢。
连杆与销轴都与水平面平行，并且在水平面上的投影呈30度。
而轴套的中心线是在竖直方向上的，所以连杆和销轴中心线以及扇形板上轴的中心线都是和轴套垂直的。
需要将摇杆和连杆，连杆和轴套，销轴和轴套，扇形齿轮和销轴焊接起来。
2.2焊接结构件成分及焊接性分析
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20和45钢。
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20钢增碳硬化，45钢脱碳软化。
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，拨叉要承受部分力，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，能够是一个全位置焊。
20钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢。
该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。
45钢常用中碳调质结构钢，具有很高的强度和硬度，但忍性相对较低，给焊接带来了很大的困难。
其中含碳量相对较高，容易引发淬硬性及焊接裂纹，尤其这些合金元素或者与Fe形成固溶体，或者形成碳化物，都延迟奥氏体分解的作用并由此提高钢的淬硬倾向，适合于氢焊和氩弧焊，不太适合于气焊。
表2-120和45钢成分
成分
C
Si
Mn
S
P
Cr
Ni
Cu
20钢
0.17~0.24
0.17~0.37
0.35~0.65
≤0.035
≤0.035
≤0.25
≤0.25
≤0.25
45钢
0.42~0.50
0.17~0.37
0.50~0.80
≤0.045
≤0.040
≤0.25
≤0.25
≤0.25
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；条件允许45钢可焊前预热，焊后热处理；尽量采用小的热输入，快速焊，其他不做要求。
3.2焊接材料的选择
从工件图上可以看出，三条焊缝为环形角焊缝，一条为对角焊缝，焊接位置分布在外圆周上，有平焊、立焊、仰焊。
考虑到异种钢焊接的缺陷，要保持良好的结合性，因此焊丝选用H0Cr20Ni14Mo3，它有较好的工艺性能、力学性能以及抗热裂纹能力。
采用Ni含量高的填充焊丝，由于Ni元素能有效地阻止碳迁移，可以防止或减小扩散层，并且奥氏体型焊丝形成的组织塑形好，接头应力区可以缓解两种钢材线膨胀系数差异引起的焊接应力，从而获得优质焊接接头。
气体选择50%Ar+50%CO2混合气体，因为它具有Ar气的优点，如电弧稳定、飞溅小、很容易获得轴向喷射过渡等，同时克服了单一Ar气焊接产生的阴极漂移现象及焊缝成性不良等问题。
这样的气体配比在用短路过渡电弧进行立焊和仰焊时，有利于控制熔池。
可用来焊接碳素结构钢和优质碳素钢。
3.3焊接工序的确定
构件的焊接顺序：
整装后整焊，销轴和轴套的环形角焊缝（1号位），销轴和扇形齿轮的环形角焊缝（2号位），摇杆和连杆的环形角焊缝（3号位），连杆和轴套的双面角焊缝（4号位），这样的顺序依次焊接（如图2-2）。
图2-2焊接工序
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，选择轴套的底面作为定位基准（如图4-1红线部分）。
图4-1定位基准面
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。
轴套承担了两条角焊缝，焊接以后会由于焊接温度场产生的应力与变形，使轴套直径变小，因此采用定位柱体（如图4-2），柱体远远小于轴套直径这样避免焊后卡死，同时圆锥面呈45度正好与倒角贴合，满足定位要求。
在连杆的圆端下方采用了可调支撑（如图4-3），这样可以避免施加加紧力后产生力失衡。
图4-2可调支撑图4-3定位圆柱体
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。
本套夹具体如图4-4，由于装配零件较多而且对定位要求相对较高，采用Q235A钢锻造成型。
此夹具体结构简单，具有高强度和硬度，不会在承受众多零件后变形从而失去精度。
图4-4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：
图4-5螺旋加紧机构图图4-6铰链-杠杆加紧机构
图4-7枪式加紧机构
本焊接工装夹具，轴套采用蝶形螺母加垫片。
连杆和摇杆采用螺旋夹紧机构如图4-5，销轴的加紧器采用铰链-杠杆加紧机构如图4-6，扇形齿轮采用枪式加紧机构如图4-7。
其工作原理为螺旋相当于斜楔绕在圆柱体上形成，所以加紧工件仍是楔紧作用。
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。
因为20钢有好的热轧性，所以用它制作V形板、挡板等零件，45钢是中碳调质钢，综合力学性能好，用它制作螺旋夹紧器，夹紧器压板，铰链压板，铰链螺杆等。
T8钢强度硬度很高，而且具有良好的耐磨性，因此选用轴套的材料。
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
数量
螺钉M8X30GB2239
（2）-80
20
定位销钉M3X30JB/T10116-1999
22
活动手柄JB/T8024.1
3
螺钉M5X60GB2239
（2）-80
2
插销M6X30JB/T8033-1999
2
光面压块A型JB/T8009.1-1999
3
1型六角螺母M12GB/T6171-2000
1
大半圆头方径螺栓M12X70GB/T-1998
1
压紧螺钉AM4JB/T80006.1-1999
1
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4-8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（如图4-9）详见装配图纸。
图4-9装配图
4.5绘制零件图
在A4-A3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4-10~26，详细尺寸请见零件图纸。
图4-10挡板图4-11v型块图4-12铰链v型块
图4-13垫片图4-14轴套图4-15可调支撑底座
图4-16工作台图4-17螺套
图4-18铰链压板图4-19螺旋定位器
图4-20铰链螺杆图4-21丝杆图4-22v型块
图4-23枪式加紧器图4-24丝杆
图4-25定位柱体图4-26挡板
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
安装的顺序是由下往上安装，首先安装定位装置，放好大致位置之后旋上螺钉，其中定位柱体、V型块、挡板的顺序没有相对要求，这是要把可调节支撑一并安装，调好高度后旋紧压紧螺钉。
然后安装加紧装置，在安装加紧装置的时候一定要把丝杆松开，这样为工件的放入留足空间。
放置工件时有顺序要求，第一放置轴套并旋紧蝶形螺母，为提供连杆和销轴定位面，第二放置销轴并加紧，为扇形齿轮定位并防止其加紧时翘起，第三放置扇形齿轮并加紧，第四放置连杆并加紧，为摇杆提供定位面并防止其加紧引起的翘起，第五放置摇杆并加紧，按此顺序完毕后可以焊接，即安装顺序依次1-11（如图5-1所示），其中1-6不存在先后顺序。
拆卸时，将夹紧装置完全松开，垂直上提工件至下部V型块上端绕轴套旋转离开上部V型块，即可拆卸此装置。
图5-1夹具体的安装顺序
5.3夹具体的实用性说明
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。
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[11]机床夹具零件及部件标准汇总
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