1、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
2、。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。
3、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
4、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
5、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
6、弧焊，不太适合于气焊。表2-1 20和45钢成分成分CSiMnSPCrNiCu20钢0.170.240.170.370.350.650.0350.0350.250.250.2545钢0.420.500.170.370.500.800.0450.0400.250.250.253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
7、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
8、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450650（多数情况下选择下限温度而延长
9、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
10、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
11、) 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
12、。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
13、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
14、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)-8020定位销钉M3X30JB/T10116-199922活动手柄JB/T8024.13螺钉M5X60GB2239(2)-802插销M6X30JB/T8033-19992光面压块A型JB/T8009.1-199931型六角螺母M12GB/T6171-20001大半圆头方径螺栓M12X70GB/T-199
15、81压紧螺钉AM4JB/T80006.1-199914.3 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solid works12.0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
16、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4-1026，详细尺寸请见零件图纸。 图 4-10 挡板 图 4-11 v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4-22 v型块 图 4-23 枪式加紧器 图4-24 丝杆 图 4-25 定位柱体 图4
17、-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
18、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。6参考文献1 陈祝年，焊接简明设计手
19、册，机械工业出版社，1999年2 王健石，机床夹具和辅具速查手册，机械工业出版社，2007年3 东北重型机械学院，机床夹具设计手册，上海科学技术出版社，1990年4 陈焕明，焊接工装设计基础，航空工业出版社，2004年5 杨裕根，现代工程图学，北京邮电大学出版社，2008年6 王 政，焊接工装夹具及变位机械，机械工业出版社，2001年7 李亚江，焊接冶金学-材料的连接性，机械工业出版社，2006年8 王宗杰，熔焊方法及设备，机械工业出版社，2006年9 张秀娟，互换性与测量技术基础，北京大学出版社，2013年10 石晓辉，田培棠，米林，夹具结构设计手册，国防工业出版社，2010年11 机床夹具零件及部件标准汇总
