【正文】 勞動(dòng)條件下，低成本地完成高質(zhì)量的焊縫。特別是自動(dòng)焊接方法、焊接工藝、焊接工裝夾具等因素對(duì)焊接加工的影響規(guī)律，從而優(yōu)化出較好的焊接加工過程和焊接工裝夾具。本次設(shè)計(jì)選擇壁厚為16Mn鋼管作為摩托車車架頭部的材料，16Mn鋼屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼中的熱軋鋼，這類鋼的價(jià)格便宜，而且具有滿意的綜合力學(xué)性能和加工工藝性能。如何保證摩托車車架的結(jié)構(gòu)尺寸，形狀精度及強(qiáng)度是車架生產(chǎn)中最大的問題。車架不僅要承受發(fā)動(dòng)機(jī)、各總成和人的質(zhì)量，而且還要承受來自路面的沖擊和振動(dòng)。所以兼顧工裝夾具和焊接工藝，設(shè)計(jì)出合理的夾具及工藝，是很重要的。XX大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）168摩托車車架頭部焊接生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)摘 要本文主要是對(duì)摩托車車架頭部進(jìn)行焊接工裝夾具設(shè)計(jì)和焊接工藝設(shè)計(jì)。本課題通過對(duì)產(chǎn)品材料的焊接性分析以及焊接工藝性分析，選擇出合理的焊接方法與焊接工藝參數(shù)，并制定可行的焊接工藝方案，同時(shí)優(yōu)化出較好的焊接工裝夾具。因此，車架必須具有足夠的強(qiáng)度和抗彎抗扭能力，同時(shí)還應(yīng)盡可能地減輕自身質(zhì)量，以提高其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。本次設(shè)計(jì)車架為管式結(jié)構(gòu)，管式車架由圓管或方管經(jīng)過機(jī)械加工、彎形、焊接、噴漆等工藝過程而制成，焊接生產(chǎn)則是管式車架制造中關(guān)鍵的一環(huán)，管式車架以其形狀復(fù)雜、精度要求高、焊接量大等特點(diǎn)決定了焊接工藝所要解決的主要問題是在焊縫強(qiáng)度足夠的前提下，如何保證相關(guān)尺寸精度，減小焊接變形量和提高焊接生產(chǎn)率。%左右，屈服點(diǎn)等于343MPa（強(qiáng)度級(jí)別屬于343MPa級(jí)），16Mn鋼的合金含量較少，焊接性良好，焊前一般不必預(yù)熱。 焊接方法不同的焊接方法將產(chǎn)生不同的溫度場(chǎng)，形成的熱變形也不相同。此論文主要通過對(duì)手工電弧焊、鎢極氬弧焊（TIG）、熔化極氣體保護(hù)電弧焊（MAG、MIG）以及CO2氣體保護(hù)焊等焊接方法特點(diǎn)的比較，選擇更為符合此次摩托車車架頭部焊接生產(chǎn)的焊接方法[57]。 焊接工裝夾具正確地設(shè)計(jì)、選用各種焊接工裝夾具，可縮短裝配、焊接的時(shí)間，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品的裝配精度和焊接質(zhì)量，還可以充分發(fā)揮焊接設(shè)備的潛力，擴(kuò)大使用范圍，并有利于實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè)的綜合機(jī)械化和自動(dòng)化[1014]。特別是手動(dòng)夾具，操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應(yīng)設(shè)在工人最易使力的部位。夾緊時(shí)不破壞工件的定位位置和幾何形狀，夾緊后既不使工件松動(dòng)滑移，又不使工件拘束度過大，產(chǎn)生較大應(yīng)力；⑦ 夾緊時(shí)不應(yīng)損壞工件的表面質(zhì)量。但是，為了減少焊接應(yīng)力和保證工件接頭的吻合，又要允許某些零件在某一方向有移動(dòng)。16Mn鋼能被如此廣泛應(yīng)用，除了其具有良好的綜合機(jī)械性能、冷變形性能外，更主要取決于它具有優(yōu)良的焊接性。錳在鋼種可與硫形成硫化錳，減少了硫的有害影響，增強(qiáng)了鋼的抗熱裂性能。從鋼材的化學(xué)成分考慮，由于熱軋鋼中不含強(qiáng)碳化物形成元素，因此對(duì)再熱裂紋不敏感，而且還可以通過提高預(yù)熱溫度和焊后立即后熱等措施來防止再熱裂紋的產(chǎn)生。防止過熱區(qū)脆化的措施是提高冷卻速度，尤其是提高奧氏體最小穩(wěn)定性范圍內(nèi)的冷卻速度，縮短在這一溫度區(qū)間停留時(shí)間，減少或防止奧氏體組織的出現(xiàn)，以提高鋼的沖擊韌度，而且為防止過熱區(qū)粗晶脆化，也不宜采用過大線能量。在實(shí)際生產(chǎn)中，只需通過一些簡(jiǎn)單的焊接工藝就可以解決16Mn中由于部分原因?qū)附訋淼牟焕绊憽?）坡口加工采用熱切割時(shí)應(yīng)注意防止母材邊緣會(huì)形成一定深度的淬硬層，這種低塑性的淬硬層往往成為冷加工的開裂源。② 焊接線能量的選擇線能量的參數(shù)是指焊接電流、電弧電壓和焊接速度。熱能是由電弧提供，和MIG焊一樣，電極為自耗電極。然而，在采用這些類型的焊條時(shí)，需要特別小心，因?yàn)樗酗w濺都具有軟鋼性質(zhì)，在使用過程中焊縫會(huì)銹蝕。由于電弧是在氬氣中進(jìn)行燃燒，因此具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：1）氬氣具有極好的保護(hù)作用，能有效的隔絕周圍空氣。4）由于填充焊絲不通過電流，故不產(chǎn)生飛濺，焊縫成型美觀。7）采用氬氣較貴，熔敷率低，且氬弧焊機(jī)有較復(fù)雜，和其他焊接方法（如焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊）比較，生產(chǎn)成本較高。熔化極氣體保護(hù)電弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)是可以方便的進(jìn)行各種位置的焊接，同時(shí)也具有焊接速度較快，熔敷率較高的優(yōu)點(diǎn)。利用這種焊接方法還可以進(jìn)行電弧點(diǎn)焊。在應(yīng)用方面操作簡(jiǎn)單，適合自動(dòng)焊和全方位焊接。在摩托車車架頭部的焊接生產(chǎn)中，對(duì)其焊縫外觀及表面質(zhì)量的要求不高，所以在選擇焊接方法時(shí)，主要考慮經(jīng)濟(jì)高效生產(chǎn)的原則。假設(shè)基本金屬的熱物理性能、坡口角度及尺寸為定值時(shí),熔池存在的時(shí)間和熔池的幾何形狀可以用下式表示：t=M/v =UIJS/v式中：t—熔池存在的時(shí)間, s；S—散熱系數(shù)；v—焊接速度,mm / s；U—電弧電壓,V。 CO2氣體保護(hù)焊電流密度較大,可以達(dá)到足夠的熔深,由于熔池體積較小,焊接速度快,在CO2氣流的冷卻作用下,熔池停留的時(shí)間短,因此既有利于控制熔池不下墜,又可以焊透。組成車架頭部的五個(gè)零件都是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、綜合機(jī)械性能良好、焊接性優(yōu)越的16Mn鋼材料。如圖1中摩托車車架頭部結(jié)構(gòu)，可知加強(qiáng)塊與吊塊的位置是由立管與主梁管的位置關(guān)系決定，所以在裝配時(shí)，首先固定立管，再根據(jù)主管與主梁管的位置關(guān)系確定主梁管的安裝位置，然后再依次裝配加強(qiáng)塊與吊塊。② 坡口形式坡口是根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝的需要，在焊件的待焊部位加工出的一定幾何形狀的溝槽。對(duì)提高坡口精度以及焊接質(zhì)量，起到了很好的作用。焊接電壓過低時(shí)，焊絲將插入熔池，電弧變得不穩(wěn)定。36可知，當(dāng)焊接電流為85～100 A時(shí)，選擇焊接電壓為19V較為合適。④ 焊絲伸出長(zhǎng)度一般焊絲的伸出長(zhǎng)度約為焊絲直徑的10倍左右，因此此次焊絲伸出長(zhǎng)度選擇12 mm較為合理。焊接工裝設(shè)計(jì)是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容之一，也是焊接生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一，對(duì)于汽車、摩托車和飛機(jī)等制造業(yè)，可以毫不夸張地說，沒有焊接工裝就沒有產(chǎn)品。如果設(shè)計(jì)者對(duì)焊接工藝過程生疏，往往設(shè)計(jì)的工裝夾具適用性較差，甚至不能滿足生產(chǎn)要求。尤其是批量生產(chǎn)時(shí)，可以穩(wěn)定焊接質(zhì)量，減少焊件尺寸偏差，保證產(chǎn)品的互換性。在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，由于焊件的復(fù)雜程度不同，純焊接時(shí)間僅占產(chǎn)品全部加工時(shí)間的10%～30%，其余為備料、裝配及輔助工作等時(shí)間。 采用焊接工裝還可以降低制造成本。這些效果導(dǎo)致產(chǎn)品成本大幅度降低，制造工裝設(shè)備的投入將遠(yuǎn)小于產(chǎn)出。為了適應(yīng)技術(shù)管理工作的需要，便于掌握各類工裝的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)基本方法，有必要就目前已有的焊接工裝進(jìn)行分類。例如，移動(dòng)焊機(jī)的龍門式、懸臂式、可伸縮懸臂式、平臺(tái)式、爬行式等焊接機(jī)；移動(dòng)焊工的升降臺(tái)等。② 按應(yīng)用范圍分類1）通用焊接工裝指已標(biāo)準(zhǔn)化且有較大適用范圍的工裝。柔性概念沒有明確的界限，可以是廣義的，即工件變化可以在大范圍，形狀完全不同，尺寸變化也很大，如組合夾具；也可以是狹義的，工件變化只在小范圍，即在相似的形狀和尺寸變動(dòng)不大的范圍內(nèi)，如可調(diào)整夾具。與機(jī)床夾具比較其特點(diǎn)是：1）在焊接工藝裝備中進(jìn)行裝配和焊接的零件有多個(gè)，它們的裝配和焊接按一定的順序逐步進(jìn)行，其定位和夾緊也都是分別的單獨(dú)的或是一批批聯(lián)動(dòng)地進(jìn)行，其動(dòng)作次序和功能要與制造工藝過程相符合。有些零件僅利用定位裝置定位即可，而不夾緊。例如，在設(shè)計(jì)電阻焊用的夾具時(shí)，如果絕緣處理不當(dāng)，將引起分流，使焊接接頭強(qiáng)度降低。薄板鎢極氬弧焊要求在夾具上設(shè)置銅墊，埋弧焊可在夾具上設(shè)置焊劑墊；焊接鈦合金、鋯合金等活性材料，可以考慮背面充氬氣保護(hù)；焊接高強(qiáng)鋼為防止裂紋需要焊前預(yù)熱或焊后緩冷的，可以考慮在夾具上設(shè)置加熱裝置；再如，為了避免直流電弧的磁偏吹現(xiàn)象，焊縫兩側(cè)的壓塊不用磁性材料制作；真空電子束焊所使用的夾具也要考慮磁性材料對(duì)電子束聚焦的影響。此次設(shè)計(jì)選擇CAD繪制產(chǎn)品圖、裝配圖、零件圖等。CAD 能夠減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。圖2 摩托車車架頭部焊接夾具主視圖圖3 摩托車車架頭部焊接夾具俯視圖1支撐軸；2軸套；3支承板；4底板；5底板支撐；6擋銷；7立管銷支承座；8立管銷；9頂桿；10第三類夾緊器；11夾緊器支承座；12夾緊器支承座；13第三類夾緊器；14頂桿；15夾緊器支承座；16第三類夾緊器；17頂桿；18定位插銷；19定位插銷；20主梁管支承座；21壓板；22第一類夾緊器；23夾緊器支承座；24主梁管支承座；25立管銷支承座；26第三類夾緊器；27立管銷。此夾緊器類似于型號(hào)為GH13005的夾緊器，其夾緊杠桿轉(zhuǎn)角為90176。此類夾緊器質(zhì)量較輕，能在工裝夾具中快速方便地安裝與卸載。對(duì)于階梯平面，通過刨削就可以達(dá)到要求；對(duì)于沉孔與小孔，通過沖孔即可達(dá)到要求；加工直徑39mm孔時(shí)，先沖孔，再一次擴(kuò)孔。對(duì)于階梯平面，通過刨削就可以達(dá)到要求；沉孔與小孔，通過沖孔即可達(dá)到要求；加工直徑為39 mm孔時(shí)，先沖孔，再一次擴(kuò)孔；最后再攻螺紋即可完成此零件的加工。零件圖如下所示：圖10 主梁管支承座零件圖⑥ 第一類夾緊器支承座此支承座在夾緊主梁管時(shí)與夾緊器和壓板配合使用，使其能夠到產(chǎn)品位置的高度。此類支承座在摩托車車架頭部焊接夾具中被多處使用，其與夾緊器、頂桿配合使用，固定堅(jiān)強(qiáng)快與吊塊的位置。其材料為20鋼，～ mm，55～60HRC的熱處理。如下圖：圖15