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1、專業(yè)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：支撐架焊接夾具設(shè)計學(xué) 院：材料科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)：焊接技術(shù)與工程學(xué) 號：11209050104姓 名:方旭指導(dǎo)老師:遲露鑫設(shè)計時間:2015.12.112016.01.8目錄1夾具設(shè)計的目的意義及要求 .11.1焊接工裝夾具的意義 .11.2 夾具設(shè)計的基本要求 .12. 焊接結(jié)構(gòu)件的分析 .22.1焊接結(jié)構(gòu)件組成及成分析 .22.2焊接材料焊接性能分析如下： .33制訂焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝 .34焊接夾具的設(shè)計 .44 1 各構(gòu)件組成及成分 .44 21 基準(zhǔn)面的選擇 .44 22 定位器的設(shè)計 .54 2.3夾具體的設(shè)計 .64 2 5 夾具材料的設(shè)計 .84
2、.1.6夾具尺寸公差及粗糙度 .84.1.7國家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 .84.2繪制夾具草圖 .84.3繪制正式裝配圖（見圖） .94.4繪制零件圖（詳見圖紙） .95夾具使用說明.105.1夾具體的安裝說明 .105.2夾具體的使用說明 .105.2.1側(cè)支板定位及夾緊 .錯誤！未定義書簽。5.2.2右支板的定位及夾緊 .錯誤！未定義書簽。6. 感謝.137參考文獻(xiàn) .131夾具設(shè)計的目的意義及要求1.1 焊接工裝夾具的意義焊接工裝夾具就是將焊件進(jìn)行準(zhǔn)確定位和可靠夾緊，便于焊件進(jìn)行裝配和焊接、保證焊接結(jié)構(gòu)精度方面要求的工藝裝置。在現(xiàn)代焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中， 積極推廣和使用與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的工裝夾具，對提高
3、產(chǎn)品質(zhì)量， 減輕焊接工人的勞動強度，加速焊接生產(chǎn)實現(xiàn)機械化、 自動化進(jìn)程等諸方面起著非常重要的作用。焊接工裝夾具的主要作用有以下幾方面：(1) 準(zhǔn)確、可靠地定位和夾緊， 可以減輕甚至取消下料和裝配時的劃線工作。減小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和互換性。(2) 有效地防止和減小焊接變形。(3) 使工件處于最佳的施焊位置，焊縫的成形性優(yōu)良，工藝缺陷明顯降低，焊接速度得以提高。(4) 以機械裝置取代手工裝配零部件時的定位、 夾緊及工件翻轉(zhuǎn)等繁重工作，改善了工人的勞動條件。(5) 可以擴(kuò)大先進(jìn)工藝方法和設(shè)備的使用范圍，促進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)機械化和自動化的綜合發(fā)展。1.2 夾具設(shè)計的基本要求個完整的焊接
4、工裝夾具，一般由定位器、夾緊機構(gòu)和夾具體三部分組成。夾具體（底板）起工作平臺的作用，在其臺面上開有安裝槽、孔，用來安放和固定各種定位器和夾緊器件， 有時還用于焊件的支承。 其中，定位是夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題，定位方案一旦確定，則其它組成部分的總體配置也基本隨之而定。(1) 工裝夾具應(yīng)具備足夠的強度和剛度。夾具在生產(chǎn)中投入使用時要承受多種力度的作用，所以工裝夾具應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力。1(3) 焊接操作的靈活性。使用夾具生產(chǎn)應(yīng)保證足夠的裝焊空
5、間，使操作人員有良好的視野和操作環(huán)境，使焊接生產(chǎn)的全過程處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)(4) 便于焊件的裝卸。操作時應(yīng)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(zhuǎn)或吊運使不受損害。(5) 良好的工藝性。所設(shè)計的夾具應(yīng)便于制造、安裝和操作，便于檢驗、維修和更換易損零件。 設(shè)計時還要考慮車間現(xiàn)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。2. 焊接結(jié)構(gòu)件的分析2.1 焊接結(jié)構(gòu)件組成及成分析需要焊接的焊接結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。將四塊薄板焊成一個盒狀的支撐架。 其中側(cè)支板有一個直徑為 50mm的圓孔，左右支板各有一個直徑為 15mm的圓孔。底支板有一個直徑為 76mm的 U 形孔
6、。表 1.部件成分序號名稱材料1底支板20 鋼2支板右20 鋼3支板左20 鋼4側(cè)支板20 鋼2圖 1. 焊接結(jié)構(gòu)圖焊接件的材料都屬于 20 鋼，屬于同種材料的焊接。 同種材料，其成分和組織、性能上一致相同，所以利于焊接。2.2 焊接材料焊接性能分析如下：20 鋼很少淬火，無回火脆性。冷變形塑性高、一般供彎曲、壓延、彎邊和錘拱等加工， 電弧焊和接觸焊的焊接性能好， 氣焊時厚度小， 外形要求嚴(yán)格或形狀復(fù)雜的制件上易發(fā)生裂紋。 切削加工性冷拔或正火狀態(tài)較退火狀態(tài)好、 一般用于制造受力不大而韌性要求高的。 該鋼屬于優(yōu)質(zhì)低碳碳素鋼， 冷擠壓、滲碳淬硬鋼。該鋼強度低，韌性、塑性和焊接性均好?？估瓘姸葹?
7、55500MPa，伸長率24%。3制訂焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝20 鋼屬于優(yōu)質(zhì)低碳碳素結(jié)構(gòu)鋼，焊接性良好。主要考慮焊接應(yīng)力和焊接變形的影響。合理的焊接順序可以減小和消除焊接應(yīng)力和變形。1 、先焊工件內(nèi)部底支板和右支板之間的平焊縫。電流采用中等電流，焊材3選用 E5015（J507），焊絲直徑選用3.2mm。2、其次焊接工件內(nèi)部底支板和左支板之間的平焊縫。電流采用中等電流，焊材選擇 E5015，焊絲直徑選擇3.2mm。管（ 20 鋼）和支撐（3、其次再焊接工件內(nèi)部側(cè)支板和右支板之間的立焊縫。焊接工藝同上。4、再焊接工件內(nèi)部側(cè)支板和左支板之間的立焊縫；。焊接工藝同上。5、再焊接側(cè)支板和底支板之間的平焊
8、縫。6、再先后焊接側(cè)支板和左右支板在工件外部的兩條立焊縫。7、最后對焊接件被定位、 夾緊裝置擋住的焊縫未擋住的部分實施點焊固定，以備后續(xù)的補焊工作。備注：焊前預(yù)熱溫度為150250，焊接過程中，層間溫度保持不低于250，焊后最好立即進(jìn)行600650消除應(yīng)力的回火處理，如不能立即消除應(yīng)力，也應(yīng)進(jìn)行消氫處理， 其保溫時間約每10mm厚度 1h 左右。并且選用低氫型焊條。 采用手工電弧焊。4焊接夾具的設(shè)計41 各構(gòu)件組成及成分焊接工裝夾具的各個構(gòu)件除了需要一定的韌性之外，還要具有一定的剛度。并且焊接夾具的結(jié)構(gòu)采用了焊接結(jié)構(gòu)和機械加工，連接方式為螺紋連接。因此Q235鋼能夠滿足要求。 Q235市場價格
9、便宜。容易購買。機械加工性能較好。因此夾具的主體結(jié)構(gòu)選用Q235鋼。421 基準(zhǔn)面的選擇基準(zhǔn)面的選擇原則如下：1) 當(dāng)在零件或部件的表面上， 既有平面也有曲面時， 優(yōu)先選擇平面作為主要定位基準(zhǔn)面或組裝基準(zhǔn)面，盡量避免選擇曲面，否則夾具制造困難。如果各個面都是平面時，則選擇其中最大的平面作為主定位基準(zhǔn)面或組裝基準(zhǔn)面;2) 應(yīng)當(dāng)選擇在零件或部件上具有窄而長的表面作為導(dǎo)向定位基準(zhǔn)面;43) 應(yīng)當(dāng)選擇零件或部件上窄而短的表面作為止推定位基準(zhǔn)面;4) 以產(chǎn)品圖紙上已經(jīng)規(guī)定好的定位孔或定位面作為定位基準(zhǔn)。若沒有規(guī)定時， 應(yīng)盡量選擇設(shè)計圖紙上用以標(biāo)注各零件位置尺寸的基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。如確定尺寸的邊線，中心線
10、等 ;5) 盡量利用零件上經(jīng)過機械加工的表面或孔等作為定位基準(zhǔn)。 或者以上道工序的定位基準(zhǔn)作為本工序的定位基準(zhǔn)。 備料過程中，沖剪和自動氣割的邊緣以及原材料本身經(jīng)過軋制的表面都比較平整光潔， 可以作定位基準(zhǔn)。 手工氣割的邊緣和手工成形的表面其精度差，一般不宜作定位基準(zhǔn)。結(jié)合以上原則，以側(cè)支板為定位基準(zhǔn)，依次對各板實施定位。422 定位器的設(shè)計1,側(cè)支板的定位器。擋板直接焊接在工作臺上。將側(cè)支板立于工作臺上則可以限制其z 軸上的移動和 x、y 軸上的轉(zhuǎn)動三個自由度。在其左側(cè)放置一個帶凸出圓臺的工字梁，可以限制其 xy 軸上的移動和 z 軸上的轉(zhuǎn)動。以上，限制了工件的六個自由度，實現(xiàn)了他的定位。2
11、、左支板的定位。 工作臺限制了其 xy 軸上的轉(zhuǎn)動和 z 軸上的移動， 在其后方放置 一 固 定 的 L 形 擋 塊 ， 其 示 意 圖 如 下 。 可 以5限制他y 軸上的移動和 z 軸上的轉(zhuǎn)動。 側(cè)支板可以限制其 x 軸方向上的移動。 以上，可以完全限制工件的六個自由度。4、底支板的定位。底支板可以以工作臺和其他三塊支板來限制其六個自由度。42.3 夾具體的設(shè)計夾具體是夾具的基本件， 它既要把夾具的各種元件、機構(gòu)、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。夾具體的設(shè)計既要考慮到定位器件和夾
12、緊器件便于安裝，又要考慮到重量和市場價格還要考慮到容易加工。對夾具體的要求如下：足夠的強度和剛度；便于實施裝配和焊接作業(yè)；能方便地卸下裝焊好的焊件；必要的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)水、導(dǎo)氣及通風(fēng)條件；易于清除焊渣、銹皮等污物；有利于定位器、夾緊機構(gòu)位置的調(diào)節(jié)與補償；必要時應(yīng)具有反變形的功能。對夾緊裝置的基本要求： 1、在夾緊過程中應(yīng)保持工件已確定的正確位置，不得破壞定位； 2、夾緊應(yīng)可靠和適當(dāng)，既要使工件在加工過程中不發(fā)生移動或振動，又不使工件產(chǎn)生不允許的變形和表面劃傷； 3、夾緊裝置應(yīng)操作方便、安全、省力； 4、夾緊裝置的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)方式相適應(yīng)；5、夾緊機構(gòu)應(yīng)力求簡單、緊湊，并盡可能
13、采用標(biāo)準(zhǔn)元件；6對夾緊力方向的基本要求： 1、夾緊力的作用方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性。 2、夾緊力力方向應(yīng)使工件變形盡可能小 3 、夾緊力方向應(yīng)時所需夾緊力盡可能小。對夾緊力作用點的基本要求： 1、夾緊力作用點位置應(yīng)靠近支撐元件的幾何中心或幾個支撐元件所形成的支撐面內(nèi)。 2、夾緊力作用點應(yīng)落在工件剛度較好的部位上。 3、夾緊力作用點盡可能靠近被加工表面，以減小切削力對工件造成的翻轉(zhuǎn)力矩，必要時應(yīng)在工件剛性差的部位增加輔助支承并施加附加夾緊力， 以免振動和變形。在夾具上被定好位置的工件， 必須進(jìn)行夾緊， 否則無法維持它的即定位置，即始終使工件的定位基準(zhǔn)與定位元件緊密接觸。這樣就必須有夾
14、緊裝置來完成這份工作，在夾緊時要使夾緊所需要的力應(yīng)能克服操作過程中產(chǎn)生的各種力，如工件的重力、慣性、因控制焊接變形而產(chǎn)生的拘束力等?？紤]到焊接件為薄板件， 且板身有圓孔， 極易在焊接加熱和焊接應(yīng)力的作用下產(chǎn)生變形。 結(jié)合以上夾具設(shè)計的基本原理和夾緊力大小、方向、作用點的基本原則，確定使用鉸鏈杠桿夾緊器和C 形夾緊器。結(jié)合工件的具體尺寸和鉸鏈杠桿夾緊器夾緊力較大的特點，將鉸鏈杠桿夾緊器的夾緊杠桿延長，以達(dá)到符合工件尺寸和減小鉸鏈杠桿夾緊器夾緊力的目的。如下圖7425 夾具材料的設(shè)計夾緊的材料是決定夾具性能好壞的一個重要因素，材料的選取既要考慮性能，還要考慮到材料的經(jīng)濟(jì)性。 在該構(gòu)件所用夾緊裝置中
15、V 形塊滾輪基座及頂緊裝置基座：由于該夾具體形狀簡單，就要求帶孔底座平臺，故選用材料鑄鐵 ( 價格便宜，利于成型 ) ，熱處理要求為調(diào)制處理。4.1.6 夾具尺寸公差及粗糙度粗糙度等級中，內(nèi)孔及內(nèi)側(cè)面 2.5 ；銷孔 1.6 ；夾具體內(nèi)側(cè) 0.8 ；其余表面粗糙度為 12.5 。定位器件安裝在夾具體上時的定位銷釘?shù)呐浜蠟檫^盈配合。詳細(xì)配合關(guān)系見圖紙。定位器件的螺紋孔配合關(guān)系為間隙配合。4.1.7 國家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇零件中的螺母、螺柱、墊片都是標(biāo)準(zhǔn)件。選用標(biāo)準(zhǔn)為：螺栓 GB/T 5782 M10x50、墊圈 GB/T 93 10 、螺母 GB/T 6172.1 M10 等，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)見裝配圖。4.2
16、 繪制夾具草圖首先通讀工件圖，確定要焊接的構(gòu)件的材料，焊接位置，焊縫形式，接頭形式等，然后據(jù)此來制定一套行之有效的工裝夾具設(shè)計方案， 首先選擇基準(zhǔn)面， 選擇側(cè)支板為基準(zhǔn)面， 繪出工作臺和帶凸臺的工字梁， 將側(cè)支板定位。 后將夾緊器繪出。然后分別繪出各個板的定位器和夾緊器。 繪制完夾具草圖后， 對設(shè)計的夾緊、定位裝置不足的地方加以改進(jìn)。 對不合理的尺寸加以修改， 以備繪制正式的裝配圖。84.3 繪制正式裝配圖（見圖）根據(jù)草圖將各結(jié)構(gòu)件夾具體等按照一定尺寸繪制裝配圖，將原工件繪制為雙點劃線。對圖中不易表達(dá)的結(jié)構(gòu)用剖視圖表達(dá)，對圖中的線形線寬進(jìn)行修改。反復(fù)檢查修改，完成標(biāo)注和明細(xì)欄等。完成裝配圖的繪
17、制。4.4 繪制零件圖（詳見圖紙）根據(jù)裝配圖繪制各零件圖，標(biāo)注尺寸，公差，配合，粗糙度等。4.5鑒于以上夾具不能將焊件十條焊縫一次性完成，特設(shè)計第二套夾具。因以上焊接完成后， 四塊板已經(jīng)是一個整體。 只有工件外部左右支板、 側(cè)支板和底板之 間的 平焊 縫 尚未 完成 焊接 。 其 裝配 圖 詳見 “ 裝 配圖 2 ”。 其零 件 圖9。5夾具使用說明5.1 夾具體的安裝說明1）將 L 形擋塊用銷定位在工作臺上，用螺栓擰緊。用螺栓跟銷定位和壓緊工件 U 形面的 4 個孔。2 ）左右側(cè)的支板被焊接在工作臺上的擋塊定位，用支撐壓緊器同時壓緊兩面。3）用垂直壓緊器壓緊底支板。分別把各個焊接部件的定位器
18、件安裝在夾具體上。而夾緊器件是安裝在定位器件上的。因此在安裝定位器件之前就可以將夾緊器件安裝在定位器件之上。5.2 夾具體的使用說明1）將工件固定在小的支撐臺上。如圖10將側(cè)支板用螺栓和銷定位壓緊在該工作臺上。2 ）小工作臺上用銷和螺栓各安放一個L 形擋塊，擋塊在工件里面，如圖將 L 形擋塊用銷定位在工作臺上，用螺栓擰緊。用螺栓跟銷定位和壓緊工件U形面的 4 個孔。3）左右支板分別用水平壓緊器如圖11和壓緊。4）側(cè)支板用階梯軸和螺母對其進(jìn)行壓緊，效果如裝配圖。5.3 焊接夾具實用性說明底座夾具安裝方便簡單，操作快捷。材料成本低，所需材料節(jié)省，焊接結(jié)構(gòu)容易拆卸。夾具件加工容易，自動化程度高，適合
19、大批量生產(chǎn)。該焊接工裝夾具可以將焊件準(zhǔn)確定位和可靠夾緊，便于焊件進(jìn)行裝配和焊接、 保證焊件結(jié)構(gòu)精度12方面要求的工藝裝備。 在現(xiàn)代焊接生產(chǎn)中積極推廣和使用與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的工裝夾具，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕工人的勞動強度，加速焊接生產(chǎn)實現(xiàn)機械化、自動化進(jìn)程等方面起著非常重要的作用。在焊接生產(chǎn)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(chǎn)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。6. 感謝在這次課程設(shè)計過程中，我得到了許多人的幫助。首先，遲露鑫老師在課程設(shè)計上給予我很多指導(dǎo)、 支持和幫助，這是
20、我能順利完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把課程設(shè)計做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計能力。在此，謹(jǐn)向遲老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。其次，我要感謝幫助過我的同學(xué)， 他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計上的難題。同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。最后再一次感謝所有在設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)7參考文獻(xiàn)1 陳祝年，焊接簡明設(shè)計手冊，機械工業(yè)出版社， 1999 年2 王 政，焊接工裝夾具及變位機械，機械工業(yè)出版社， 2001 年3 陳煥明，焊接工裝設(shè)計基礎(chǔ)，航空工業(yè)出版社， 2004 年4 孫麗媛，機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)，冶金工業(yè)出版社，2002 年13
支撐架焊接夾具設(shè)計設(shè)計說明書
