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1、 專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：支撐架焊接夾具設(shè)計(jì) 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(hào)：  11209050104 姓 名:  方旭 指導(dǎo)老師  :  遲露鑫 設(shè)計(jì)時(shí)間  :  2015.12.11  —2016.01.8

2、 目錄 1．夾具設(shè)計(jì)的目的意義及要求 ..................................................................................................... 1 1.1 焊接工裝夾具的意義 ........................................................................................................ 1 1.2 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 ............

3、............................................................................................. 1 2. 焊接結(jié)構(gòu)件的分析 ....................................................................................................................... 2 2.1 焊接結(jié)構(gòu)件組成及成分析 .............................................

4、.................................................. 2 2.2 焊接材料焊接性能分析如下： ........................................................................................ 3 3．制訂焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝 ..................................................................................................... 3 4．焊接夾具

5、的設(shè)計(jì) ......................................................................................................................... 4 4． 1 各構(gòu)件組成及成分 .......................................................................................................... 4 4． 2．1 基準(zhǔn)面的選擇 ............................

6、................................................................................ 4 4． 2．2 定位器的設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 5 4． 2.3 夾具體的設(shè)計(jì) .....................................................................

7、................................. 6 4． 2． 5 夾具材料的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 8 4.1.6 夾具尺寸公差及粗糙度 ........................................................................................ 8 4.1.7 國家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 ........

8、........................................................................................ 8 4.2 繪制夾具草圖 ................................................................................................................... 8 4.3 繪制正式裝配圖（見圖） .......................................................

9、........................................ 9 4.4 繪制零件圖（詳見圖紙） ............................................................................................... 9 5．夾具使用說明 ........................................................................................................................... 1

10、0 5.1 夾具體的安裝說明 ......................................................................................................... 10 5.2 夾具體的使用說明 ......................................................................................................... 10 5.2.1 側(cè)支板定位及夾緊 ..........................

11、.................................... 錯(cuò)誤！未定義書簽。 5.2.2 右支板的定位及夾緊 .......................................................... 錯(cuò)誤！未定義書簽。 6. 感謝 ............................................................................................................................................ 13 7．參考文獻(xiàn)

12、 ................................................................................................................................... 13 1．夾具設(shè)計(jì)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(duì)

13、提高產(chǎn)品質(zhì)量， 減輕焊接工人的勞動(dòng)強(qiáng) 度，加速焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、 自動(dòng)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(shí)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(jī)械裝置取代手工裝配零部件時(shí)的定位、 夾緊及工件翻轉(zhuǎn)等繁重工作，改善了工人的勞動(dòng)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(jī)

14、械化和自動(dòng)化的綜合發(fā)展。 1.2 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 —個(gè)完整的焊接工裝夾具，一般由定位器、夾緊機(jī)構(gòu)和夾具體三部分組成。 夾具體（底板）起工作平臺(tái)的作用，在其臺(tái)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(shí)還用于焊件的支承。 其中，定位是夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(qiáng)度和剛度。夾具在生產(chǎn)中投入使用時(shí)要承受多種力度的作用，所以工裝夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。 (2) 夾緊的可靠性。夾緊時(shí)不能破壞工件的定位位置和保證產(chǎn)品形狀、尺寸

15、符合圖樣要求。 既不能允許工件松動(dòng)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(shí)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(yùn)使不受損害。 (5) 良好的工藝性。所設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)便于制造、安裝和操作，便于檢驗(yàn)、維修和更換易損零件。 設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮車間現(xiàn)有的夾緊動(dòng)力源、 吊裝能力及安裝場地等因素，降低夾具制造成本。 2.

16、 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(gè)盒狀的支撐架。 其中側(cè)支板有一個(gè)直徑為 50mm的圓孔，左右支板各有一個(gè)直徑為 15mm的圓孔。底支板有一個(gè)直徑為 76mm的 U 形孔。 表 1. 部件成分 序號(hào) 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

17、 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(shí)厚度小， 外形要求嚴(yán)格或形狀復(fù)雜

18、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(qiáng)度低，韌性、塑性和焊接性均好?？估瓘?qiáng)度為 355~500MPa，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）

19、，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(duì)焊接件被定位、 夾緊裝置擋住的焊縫未擋住的部分實(shí)施點(diǎn)焊固定， 以備后續(xù)的補(bǔ)焊工作。 備注：焊前預(yù)熱溫度為 150~250℃，焊接過程中，

20、層間溫度保持不低于 250℃， 焊后最好立即進(jìn)行 600~650℃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(shí)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(jì) 4．1 各構(gòu)件組成及成分 焊接工裝夾具的各個(gè)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(jī)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(jià)格便宜。容易購買。機(jī)械加工性能較好。因 此夾具的主體結(jié)構(gòu)選用 Q2

21、35鋼。 4．2．1 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(shí)， 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(gè)面 都是平面時(shí)，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; 4 3) 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(shí)，

22、 應(yīng) 盡量選擇設(shè)計(jì)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，中心線等 ; 5) 盡量利用零件上經(jīng)過機(jī)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(dòng)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(duì)各板實(shí)施定位。 4．2．2 定位器的設(shè)計(jì) 1, 側(cè) 支 板 的 定 位 器 。 擋 板 直 接 焊 接 在 工 作 臺(tái)

23、上 。 將側(cè)支板立于工作臺(tái)上則可以限制其 z 軸上的移動(dòng)和 x、y 軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)自由 度。在其左側(cè)放置一個(gè)帶凸出圓臺(tái)的工字梁，可以限制其 xy 軸上的移動(dòng)和 z 軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)。以上，限制了工件的六個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了他的定位。 2、左支板的定位。 工作臺(tái)限制了其 xy 軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)和 z 軸上的移動(dòng)， 在其后方放置 一 固 定 的 L 形 擋 塊 ， 其 示 意 圖 如 下 。 可 以

24、 5 限制他 y 軸 上的移動(dòng)和 z 軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)。 側(cè)支板可以限制其 x 軸方向上的移動(dòng)。 以上，可以完全限制工件的六個(gè)自由度。 4、底支板的定位。底支板可以以工作臺(tái)和其他三塊支板來限制其六個(gè)自由度。 4．2.3 夾具體的設(shè)計(jì) 夾具體是夾具的基本件， 它既要把夾具的各種元件、 機(jī)構(gòu)、裝置連接成一個(gè) 整體，而且還要考慮工件裝

25、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(jì) 既要考慮到定位器件和夾緊器件便于安裝， 又要考慮到重量和市場價(jià)格還要考慮 到容易加工。對(duì)夾具體的要求如下： 足夠的強(qiáng)度和剛度；便于實(shí)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(jī)構(gòu)位置的調(diào)節(jié)與補(bǔ)償； 必要時(shí)應(yīng)具有反變形的功能。 對(duì)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

26、和適當(dāng)，既要使工件在加工過程中不發(fā)生移動(dòng)或振動(dòng)，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(jī)構(gòu)應(yīng)力求簡單、緊湊，并盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件； 6 對(duì)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(shí)所需夾緊力盡可能小。 對(duì)夾緊力作用點(diǎn)的基本要求： 1、夾緊力作用點(diǎn)位置應(yīng)靠近支撐元件的幾何中心或幾個(gè)支撐元件所形成的支撐面內(nèi)。 2、夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)落在

27、工件剛度較好的部位上。 3、夾緊力作用點(diǎn)盡可能靠近被加工表面，以減小切削力對(duì)工件造成 的翻轉(zhuǎn)力矩，必要時(shí)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(dòng)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。 這樣就必須有夾緊裝置來完成這 份工作，在夾緊時(shí)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。 考慮到焊接件為薄板件， 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(jì)的基

28、本原理和夾緊力大小、 方向、作用點(diǎn)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(diǎn)， 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 7 4．2．5 夾具材料的設(shè)計(jì) 夾緊的材料是決定夾具性能好壞的一

29、個(gè)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 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(tái)，故選用材料鑄鐵 ( 價(jià)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(jí)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(shí)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、

30、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 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(jì)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(tái)和帶凸臺(tái)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(gè)板的定位器和夾緊器。 繪制完夾具草圖后， 對(duì)設(shè)計(jì)的夾緊、定位裝置不足的地方加以改進(jìn)。 對(duì)不合理的尺寸加以修

31、改， 以備繪制正式的裝配圖。 8 4.3 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(diǎn)劃線。對(duì)圖中不易表達(dá)的結(jié)構(gòu)用剖視圖表達(dá)， 對(duì)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。完成裝配圖的繪制。 4.4

32、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(jì)第二套夾具。因以 上焊接完成后， 四塊板已經(jīng)是一個(gè)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

33、 。 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(tái)上，用螺栓擰緊。用螺栓跟銷定位和壓 緊工件 U 形面的 4 個(gè)孔。 2 ）左右側(cè)的支板被焊接在工作臺(tái)上的擋塊定位， 用支撐壓緊器同時(shí)壓緊兩 面。 3）用垂直壓緊器壓緊底支板。 分別把各個(gè)焊接部件的定位器件安裝在夾具體上。 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

34、之上。 5.2 夾具體的使用說明 1 ） 將 工 件 固 定 在 小 的 支 撐 臺(tái) 上 。 如 圖 10 將側(cè)支板用螺栓和銷定位壓緊在該工 作臺(tái)上。 2 ）小工作臺(tái)上用銷和螺栓各安放一個(gè) 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(tái)上，用螺栓擰緊。用螺栓跟銷定位和壓緊工件 U

35、 形面的 4 個(gè)孔。 3 ） 左 右 支 板 分 別 用 水 平 壓 緊 器 如 圖 11 和

36、 壓緊。 4）側(cè)支板用階梯軸和螺母對(duì)其進(jìn)行壓緊，效果如裝配圖。 5.3 焊接夾具實(shí)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(dòng)化程度高，適合大批量生產(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(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，加速焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自

37、動(dòng)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(shí)較少，而約占全部加工工時(shí)的 2/3 以上的時(shí)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(jī)械化和自動(dòng)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(jì)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(jì)上給予我很多指導(dǎo)、 支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)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(jì)做得更加完 善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且

38、也開闊了視野，提高了自己的 設(shè)計(jì)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(jì)上的難題。 同時(shí)也感 謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)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(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社， 1999 年 [2] 王 政，焊接工裝夾具及變位機(jī)械，機(jī)械工業(yè)出版社， 2001 年 [3] 陳煥明，焊接工裝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，航空工業(yè)出版社， 2004 年 [4] 孫麗媛，機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)，冶金工業(yè)出版社，2002 年 13