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。
6参考文献
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[11]机床夹具零件及部件标准汇总
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