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1、 专业课程设计说明书 设计题目：支撑架焊接夹具设计 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 焊接技术与工程 学 号： 姓 名: 指导老师: 设计时间: 2015.12.112016.01.8 目录1夹具设计的目的意义及要求11.1焊接工装夹具的意义11.2夹具设计的基本要求12.焊接结构件的分析22.1 焊接结构件组成及成分析22.2焊接材料焊接性能分析如下：33制订焊接结构件的焊接工艺34焊接夹具的设计441各构件组成及成分4421基准面的选择4422定位器的设计542.3夹具体的设计5425夹具材料的设计64.1.6夹具尺寸公差及粗糙度64.1.7国家标准件的选择74.2 绘制夹具草图74
2、.3 绘制正式装配图（见图）74.4 绘制零件图（详见图纸）85夹具使用说明85.1 夹具体的安装说明85.2 夹具体的使用说明85.2.1侧支板定位及夹紧85.2.2右支板的定位及夹紧96.感谢97参考文献101夹具设计的目的意义及要求1.1焊接工装夹具的意义焊接工装夹具就是将焊件进行准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊接结构精度方面要求的工艺装置。在现代焊接结构生产中，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，减轻焊接工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等诸方面起着非常重要的作用。焊接工装夹具的主要作用有以下几方面：(1)准确、可靠地定位和夹紧，
3、可以减轻甚至取消下料和装配时的划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和互换性。(2)有效地防止和减小焊接变形。(3)使工件处于最佳的施焊位置，焊缝的成形性优良，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。(4)以机械装置取代手工装配零部件时的定位、夹紧及工件翻转等繁重工作，改善了工人的劳动条件。(5)可以扩大先进工艺方法和设备的使用范围，促进焊接结构生产机械化和自动化的综合发展。1.2夹具设计的基本要求 个完整的焊接工装夹具，一般由定位器、夹紧机构和夹具体三部分组成。夹具体（底板）起工作平台的作用，在其台面上开有安装槽、孔，用来安放和固定各种定位器和夹紧器件，有时还用于焊件的支承。其中，定位是
4、夹具结构设计的关键问题，定位方案一旦确定，则其它组成部分的总体配置也基本随之而定。(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
5、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 焊接结构件组成及成分析需要焊接的焊接结构如图1所示。将四块薄板焊成一个盒状的支撑架。其中侧支板有一个直径为50mm的圆孔，左右支板各有一个直径为15mm的圆孔。底支板有一个直径为76mm的U形孔。表1.部件成分序号名称材料1底支板20钢2支板右20钢3支板左20钢4侧支板20钢图1.焊接结构图焊接件的材料都属于20钢，属于同种材料的焊接。同种材料，其成分和组织、性能上一致相同，所以利于焊接。2.2焊接材料焊接性
6、能分析如下：20钢很少淬火，无回火脆性。冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。该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。抗拉强度为355500MPa，伸长率24%。3制订焊接结构件的焊接工艺20钢属于优质低碳碳素结构钢，焊接性良好。主要考虑焊接应力和焊接变形的影响。合理的焊接顺序可以减小和消除焊接应力和变形。 1、先焊工件内部底支板和右支板之间的平焊缝。电流采用中等电流，焊材选用E5015
7、（J507），焊丝直径选用3.2mm。2、其次焊接工件内部底支板和左支板之间的平焊缝。电流采用中等电流，焊材选择E5015，焊丝直径选择3.2mm。管（20钢）和支撑（3、其次再焊接工件内部侧支板和右支板之间的立焊缝。焊接工艺同上。4、再焊接工件内部侧支板和左支板之间的立焊缝；。焊接工艺同上。5、再焊接侧支板和底支板之间的平焊缝。6、再先后焊接侧支板和左右支板在工件外部的两条立焊缝。7、最后对焊接件被定位、夹紧装置挡住的焊缝未挡住的部分实施点焊固定，以备后续的补焊工作。备注：焊前预热温度为150250，焊接过程中，层间温度保持不低于250，焊后最好立即进行600650消除应力的回火处理，如不能
8、立即消除应力，也应进行消氢处理，其保温时间约每10mm厚度1h左右。并且选用低氢型焊条。采用手工电弧焊。4焊接夹具的设计41各构件组成及成分焊接工装夹具的各个构件除了需要一定的韧性之外，还要具有一定的刚度。并且焊接夹具的结构采用了焊接结构和机械加工，连接方式为螺纹连接。因此Q235钢能够满足要求。Q235市场价格便宜。容易购买。机械加工性能较好。因此夹具的主体结构选用Q235钢。421基准面的选择基准面的选择原则如下：1)当在零件或部件的表面上，既有平面也有曲面时，优先选择平面作为主要定位基准面或组装基准面，尽量避免选择曲面，否则夹具制造困难。如果各个面都是平面时，则选择其中最大的平面作为主定
9、位基准面或组装基准面;2)应当选择在零件或部件上具有窄而长的表面作为导向定位基准面;3)应当选择零件或部件上窄而短的表面作为止推定位基准面;4)以产品图纸上已经规定好的定位孔或定位面作为定位基准。若没有规定时，应尽量选择设计图纸上用以标注各零件位置尺寸的基准作为定位基准。如确定尺寸的边线，中心线等;5)尽量利用零件上经过机械加工的表面或孔等作为定位基准。或者以上道工序的定位基准作为本工序的定位基准。备料过程中，冲剪和自动气割的边缘以及原材料本身经过轧制的表面都比较平整光洁，可以作定位基准。手工气割的边缘和手工成形的表面其精度差，一般不宜作定位基准。结合以上原则，以侧支板为定位基准，依次对各板实
10、施定位。422定位器的设计1,侧支板的定位器。挡板直接焊接在工作台上。将侧支板立于工作台上则可以限制其z轴上的移动和x、y轴上的转动三个自由度。在其左侧放置一个带凸出圆台的工字梁，可以限制其xy轴上的移动和z轴上的转动。以上，限制了工件的六个自由度，实现了他的定位。2、左支板的定位。工作台限制了其xy轴上的转动和z轴上的移动，在其后方放置一固定的L形挡块，其示意图如下。可以限制他y轴上的移动和z轴上的转动。侧支板可以限制其x轴方向上的移动。以上，可以完全限制工件的六个自由度。4、底支板的定位。底支板可以以工作台和其他三块支板来限制其六个自由度。42.3夹具体的设计夹具体是夹具的基本件，它既要把
11、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。夹具体的设计既要考虑到定位器件和夹紧器件便于安装，又要考虑到重量和市场价格还要考虑到容易加工。对夹具体的要求如下： 足够的强度和刚度；便于实施装配和焊接作业；能方便地卸下装焊好的焊件； 必要的导电、导热、导水、导气及通风条件；易于清除焊渣、锈皮等污物；有利于定位器、夹紧机构位置的调节与补偿；必要时应具有反变形的功能。对夹紧装置的基本要求：1、在夹紧过程中应保持工件已确定的正确位置，不得破坏定位；2、夹紧应可靠和适当，既要使工件在加工
12、过程中不发生移动或振动，又不使工件产生不允许的变形和表面划伤；3、夹紧装置应操作方便、安全、省力；4、夹紧装置的复杂程度应与工件的生产规模和生产方式相适应；5、夹紧机构应力求简单、紧凑，并尽可能采用标准元件；对夹紧力方向的基本要求：1、夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性。2、夹紧力力方向应使工件变形尽可能小 3、夹紧力方向应时所需夹紧力尽可能小。 对夹紧力作用点的基本要求：1、夹紧力作用点位置应靠近支撑元件的几何中心或几个支撑元件所形成的支撑面内。2、夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上。3、夹紧力作用点尽可能靠近被加工表面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件刚性
13、差的部位增加辅助支承并施加附加夹紧力，以免振动和变形。在夹具上被定好位置的工件，必须进行夹紧，否则无法维持它的即定位置，即始终使工件的定位基准与定位元件紧密接触。这样就必须有夹紧装置来完成这份工作，在夹紧时要使夹紧所需要的力应能克服操作过程中产生的各种力，如工件的重力、惯性、因控制焊接变形而产生的拘束力等。考虑到焊接件为薄板件，且板身有圆孔，极易在焊接加热和焊接应力的作用下产生变形。结合以上夹具设计的基本原理和夹紧力大小、方向、作用点的基本原则，确定使用铰链杠杆夹紧器和C形夹紧器。结合工件的具体尺寸和铰链杠杆夹紧器夹紧力较大的特点，将铰链杠杆夹紧器的夹紧杠杆延长，以达到符合工件尺寸和减小铰链杠
14、杆夹紧器夹紧力的目的。如下图425夹具材料的设计夹紧的材料是决定夹具性能好坏的一个重要因素，材料的选取既要考虑性能，还要考虑到材料的经济性。在该构件所用夹紧装置中V形块滚轮基座及顶紧装置基座：由于该夹具体形状简单，就要求带孔底座平台，故选用材料铸铁(价格便宜，利于成型)，热处理要求为调制处理。4.1.6夹具尺寸公差及粗糙度粗糙度等级中，内孔及内侧面2.5；销孔1.6；夹具体内侧0.8；其余表面粗糙度为12.5。定位器件安装在夹具体上时的定位销钉的配合为过盈配合。详细配合关系见图纸。定位器件的螺纹孔配合关系为间隙配合。4.1.7国家标准件的选择零件中的螺母、螺柱、垫片都是标准件。选用标准为：螺栓
15、 GB/T 5782 M10x50、垫圈 GB/T 93 10、螺母 GB/T 6172.1 M10等，详细标准见装配图。4.2 绘制夹具草图首先通读工件图，确定要焊接的构件的材料，焊接位置，焊缝形式，接头形式等，然后据此来制定一套行之有效的工装夹具设计方案，首先选择基准面，选择侧支板为基准面，绘出工作台和带凸台的工字梁，将侧支板定位。后将夹紧器绘出。然后分别绘出各个板的定位器和夹紧器。绘制完夹具草图后，对设计的夹紧、定位装置不足的地方加以改进。对不合理的尺寸加以修改，以备绘制正式的装配图。4.3 绘制正式装配图（见图）根据草图将各结构件夹具体等按照一定尺寸绘制装配图，将原工件绘制为双点划线。
16、对图中不易表达的结构用剖视图表达，对图中的线形线宽进行修改。反复检查修改，完成标注和明细栏等。完成装配图的绘制。4.4 绘制零件图（详见图纸）根据装配图绘制各零件图，标注尺寸，公差，配合，粗糙度等。4.5 鉴于以上夹具不能将焊件十条焊缝一次性完成，特设计第二套夹具。因以上焊接完成后，四块板已经是一个整体。只有工件外部左右支板、侧支板和底板之间的平焊缝尚未完成焊接。其装配图详见“装配图2”。其零件图。5夹具使用说明5.1 夹具体的安装说明 1）将L形挡块用销定位在工作台上，用螺栓拧紧。用螺栓跟销定位和压紧工件U形面的4个孔。 2）左右侧的支板被焊接在工作台上的挡块定位，用支撑压紧器同时压紧两面。
17、3）用垂直压紧器压紧底支板。 分别把各个焊接部件的定位器件安装在夹具体上。而夹紧器件是安装在定位器件上的。因此在安装定位器件之前就可以将夹紧器件安装在定位器件之上。5.2 夹具体的使用说明1）将工件固定在小的支撑台上。如图将侧支板用螺栓和销定位压紧在该工作台上。 2）小工作台上用销和螺栓各安放一个L形挡块，挡块在工件里面，如图将L形挡块用销定位在工作台上，用螺栓拧紧。用螺栓跟销定位和压紧工件U形面的4个孔。3）左右支板分别用水平压紧器如图和压紧。4）侧支板用阶梯轴和螺母对其进行压紧，效果如装配图。5.3焊接夹具实用性说明 底座夹具安装方便简单，操作快捷。材料成本低，所需材料节省，焊接结构容易拆
18、卸。夹具件加工容易，自动化程度高，适合大批量生产。该焊接工装夹具可以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。6.感谢在这次课程设计过程中，我得到了许多人的帮助。 首先，迟露鑫老师在课程设计上给予我很
19、多指导、支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把课程设计做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。在此，谨向迟老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。 最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学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 政，焊接工装夹具及变位机械，机械工业出版社，2001年3 陈焕明，焊接工装设计基础，航空工业出版社，2004年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年