【文章內(nèi)容簡介】 裝夾具的整個生命周期，包括虛擬化設(shè)計、加工、裝配、調(diào)試以及后續(xù)改型階段缺乏系統(tǒng)而有效的計算機輔助手段，缺少焊裝夾具對工件組焊時偏差影響規(guī)律的定量研究，以及根據(jù)研究結(jié)果而得出可以指導(dǎo)焊裝夾具設(shè)計的原則和方法。一個國家的制造業(yè)的國際競爭力取決于裝備的先進性和經(jīng)濟性，夾具是機械加工制造不可缺少的工藝裝備，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)也正朝著高精度、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展，隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，對其焊接夾具的需求將會越來越大。 裝焊夾具概述 裝焊夾具的定義及組成將零件按一定順序放入夾具內(nèi)定位夾緊，使各零件間保持正確的相對位置關(guān)系后，進行焊接的過程稱為裝焊過程。而用來裝夾其零件的夾具稱為裝焊夾具。裝焊夾具屬于非標(biāo)工藝裝備，是根據(jù)實際的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點、生產(chǎn)條件和成本預(yù)算來設(shè)計的。一般的裝焊夾具由定位部分、夾緊部分以及夾具體組成。 裝焊夾具的作用（1）采用了裝焊夾具，零件可以通過定位銷、定位塊等快速定位，可以不用測量就能得到準(zhǔn)確的裝配位置，加快了裝配作業(yè)的進程。（2）采用了裝焊夾具，裝配和焊接可以在同一工位上完成，可減少制造工序，提高生產(chǎn)效率。（3）由于裝焊夾具能強行夾緊焊件并且可以預(yù)先在夾具上設(shè)置反變形部分，故能有效控制或消除焊接變形，提高焊接質(zhì)量。（4）采用裝焊夾具后，由于保證了裝配精度，控制了焊接變形，所以可提高焊件的互換性能； 本文設(shè)計與研究內(nèi)容本文研究的主要內(nèi)容是闡述焊接夾具的發(fā)展現(xiàn)狀、焊裝夾具設(shè)計原理、步驟、方法以及夾具功能。并對夾具的設(shè)計作了深入地分析。叉車座椅懸架基座是由具有復(fù)雜型面的零件組成，它由薄板沖壓后，通過裝焊而構(gòu)成一個焊接組件。其中裝焊質(zhì)量的好壞將直接影響座椅的質(zhì)量、生產(chǎn)率、經(jīng)濟性以及安全性。而裝焊的質(zhì)量取決于焊工操作的準(zhǔn)確性、沖壓件的精度以及夾具的裝配精度。而焊裝夾具的設(shè)計需要考慮沖壓件的結(jié)構(gòu)特性、焊接的先后順序、焊點的位置分布以及焊接工藝性等，它是以座椅懸架基座產(chǎn)品圖紙為主要依據(jù)的。裝焊生產(chǎn)的效率和質(zhì)量直接受夾具設(shè)上海交通大學(xué)本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設(shè)計3計的好壞的影響，而其設(shè)計又與眾多因素有關(guān)，所以本文研究的主要內(nèi)容就是在給出的各種約束和要求下，利用 SOLIDWORKS 進行三維建模并虛擬裝配，設(shè)計一套滿足產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求和圖紙要求的夾具，并盡量使其性價比最高。 本章小結(jié)本章介紹了設(shè)計此套裝焊夾具的背景及意義，并闡述了焊接夾具的發(fā)展現(xiàn)狀以及裝焊夾具的定義、組成與作用。隨著汽車行業(yè)的大力發(fā)展，焊接夾具的應(yīng)用也會越來越多，其自動化水平也會有很大程度地提高。上海交通大學(xué)本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設(shè)計4第二章 叉車座椅懸架基座焊接的工藝分析焊接部件的工藝性的好壞直接影響焊接的設(shè)計以及后續(xù)焊接的可行性及經(jīng)濟性，所以焊接部件的工藝分析尤為必要。焊接部件的工藝分析一般包括對部件產(chǎn)品圖中重要的技術(shù)要點分析以及零部件的結(jié)構(gòu)分析。 座椅懸架基座焊接部件的產(chǎn)品圖圖 21 座椅懸架基座焊接部件的產(chǎn)品圖懸架基座焊接組件由底座、外殼、U 型支架、阻尼器安裝支架以及臺階銷組成。底座的材料是 10 號鋼，外殼的材料 10 號鋼，U 型支架的材料是 08鋼，阻尼器安裝支架的材料是 08鋼，臺階銷的材料是 Y15，懸架基座焊接的總體尺寸是 364 x x （mm） 。 焊接部件的重要技術(shù)要點分析 尺寸公差和形位公差要求(1) 阻尼器安裝支架圓孔與底座方孔距離為 ”177?！?。(2) 阻尼器安裝支架上兩孔中心線與底座底面的平行度要求 ”。(3) 外殼上的圓形孔中心線以及底座底面對底座方形孔中的位置度要求為 ”。上海交通大學(xué)本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設(shè)計5 焊接要求分析 （1）U 型支架側(cè)邊與底座之間有兩處角焊縫。（2）外殼的內(nèi)側(cè)邊與底座之間有 3 處角焊縫,1 處對接焊縫。（3）阻尼器安裝支架與外殼之間有 2 處角焊縫（4）臺階銷與外殼內(nèi)側(cè)邊之間有 2 處角焊縫。（5）所有焊接工藝必須符合 規(guī)程。 零部件的結(jié)構(gòu)分析叉車懸架基座由底座、外殼、支架等零件組成，其底座和外殼的鋼板厚均為 3mm，都為薄板件。其對焊接夾具設(shè)計來說，有以下特點：（1） 、結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，三維造型困難座椅懸架基座主要由薄板沖壓件裝焊而成的構(gòu)件，為了造型美觀和整體具有一定的強度，往往通過形變強化來增加其強度，所以結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜。（2） 、剛性相對機加件較差且容易變形 單個沖壓件與機加件相比剛性比較差，容易變形，只有通過與其他沖壓件組焊后，整體才具有較強的剛性。該部件由 5 個零件組焊而成分別是底座、外殼、U 型支架、阻尼器安裝支架、臺階銷。組件中各個零件的三維圖如圖 所示。 （a ）底座 （b）外殼 （c）U 型支架 （d）阻尼器安裝支架 （e）臺階銷圖 22 座椅懸架基座上海交通大學(xué)本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設(shè)計6 焊接部件的焊接工藝方法的確定 部件的焊接工藝分析該組件的焊接結(jié)構(gòu)，尺寸不大，零件數(shù)量也不多，而且組焊各零件時也不會產(chǎn)生干涉，故設(shè)計時可考慮將其放在同一夾具中裝配好，然后進行組焊。由于該組件都是由薄材沖壓而成，容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形。在該組件的焊接中，焊接方法選擇應(yīng)該依據(jù)材料的焊接性、工件厚度、生產(chǎn)綱領(lǐng)、焊接質(zhì)量以及各種焊接方法的使用范圍和現(xiàn)場設(shè)備條件等綜合考慮決定。現(xiàn)主要考慮材料的焊接性、零件厚度和各種焊接方法的適用范圍三方面考慮。由于該組件底座和外殼材料均為 10 號鋼，U 型支架和阻尼器支架均為 08 號鋼，臺階銷為 Y15 鋼，都屬于低碳鋼。一般低碳鋼的焊接性適用于各種焊接方法。各沖壓件厚度均為 3mm,為薄板厚度，可以采用手工電弧焊、氬弧焊、 CO2 氣體保護焊均可施焊，其中氬弧焊成本較高，沒有特殊的質(zhì)量要求，一般情況下不需采用氬弧焊。在幾種焊接方法中，就單件、小批量而言，手工電弧焊成本較低。在焊接中，影響鋼材焊接性的主要因素是化學(xué)成分。而對于鐵基金屬碳含量是評估鋼材可焊性最直接的方法。而含碳量的高低與鋼材的可焊性成反比。該組件的金屬材料碳含量普遍都小于%，屬于低碳鋼，焊接性良好，焊前不需預(yù)熱。在該組件的焊接中，可能出現(xiàn)的缺陷是由于焊接應(yīng)力，產(chǎn)生過大的變形。從而引起焊件的精度不夠，影響后續(xù)的正常裝配。因此這種危害性比較嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)避免。此組件在生產(chǎn)中采用焊接夾具強行固定，由于外殼背面與底座焊接時懸空，局部受熱集中，產(chǎn)生的焊接應(yīng)力也大，變形嚴(yán)重，故在背側(cè)設(shè)置銅板導(dǎo)熱以帶走一部分熱量并控制其變形程度。經(jīng)過這樣的處理，可減少零件在焊接中的變形，從而達到預(yù)期的焊后精度要求。 組件的焊接工藝確定由于本公司現(xiàn)有設(shè)備只能進行手工電弧焊和 CO2 氣體保護焊，為獲得最佳的焊接工藝，故進行對比如下：工藝路線方案一若此組件焊接方法選用手工電弧焊，其焊接特點如表 21 所示：表 21 手工電弧焊特點焊接方法 手工電弧焊焊接設(shè)備 交流電弧焊機焊件材質(zhì) 低碳鋼 10，08，Y15焊接位置 平、立、橫、仰板厚(mm) 焊接電流（A） 100焊接速度（mm/s） 5~7操作范圍 焊鉗和焊機間距 50m 以下上海交通大學(xué)本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設(shè)計7焊機性價比 1~3 焊接材料 酸性焊條焊道外觀 良受風(fēng)的影響 小受焊工操作技術(shù)的影響 大焊接輔具 焊鉗工藝路線方案二若此組件用 CO2 氣體保護焊，其焊接特點如下表 ：表 22 CO2 氣體保護焊特點焊接方法 CO2 氣體保護焊焊接設(shè)備 CO2 半自動焊機焊件材質(zhì) 低碳鋼 10，08，Y15焊接位置 平、立、橫、仰板厚(mm) 焊接電流（A） 150焊接速度（mm/s） ~操作范圍 焊具與送絲裝置間距 3m；送絲裝置與焊機間距 25m 以下焊機性價比 5～7焊接材料 CO2 焊用焊絲 ，CO2 氣 15 L/min焊道外觀 稍差受風(fēng)的影響 大受焊工操作技術(shù)的影響 小焊接輔具 導(dǎo)電嘴、噴嘴由以上兩個表格對比可知：手工電弧焊所用設(shè)備比較簡單，操作靈活，焊接質(zhì)量對焊工技術(shù)依賴性很大。此外，手工電弧焊時勞動環(huán)境差，生產(chǎn)率低。因此手弧焊適用于焊接單件或小批量產(chǎn)品。而 CO2 氣體保護焊對焊工操作技術(shù)要求不高，減少了焊接的不確定因數(shù)，提高了焊接質(zhì)量。CO2 氣體及焊絲價格便宜，焊件能耗低，因此其焊接使用成本只有手弧焊的30%~50%。CO2 氣體保護焊的電弧能量集中熔透能力強，熔敷速度快，生產(chǎn)效率比手弧焊高 1~2倍。CO2 氣體保護焊由于使用較大的電流密度，因此熔深比手弧焊深，同時焊絲熔化快，不用清上海交通大學(xué)本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設(shè)計8理焊渣等特點，鑒于該組件的批量、廠內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備以及產(chǎn)品要求，適宜選擇半自動 C02 氣體保護焊。 生產(chǎn)綱領(lǐng)對焊接夾具的影響生產(chǎn)綱領(lǐng)決定了夾具的設(shè)計節(jié)拍，是由生產(chǎn)節(jié)拍體現(xiàn)的。焊接產(chǎn)品工位的生產(chǎn)節(jié)拍一般由夾具動作時間、裝配時間、焊接時間、包裝時間、搬運時間等組成。以某叉車焊裝生產(chǎn)線為例：工作制度：兩班制，全年工作 246 天，每班工作時間 8 小時。生產(chǎn)綱領(lǐng)：2 萬臺/年生產(chǎn)節(jié)拍： T=11 分/臺（T=246 天*2 班*8 小時*60 分 /20220 輛*≈11 min）生產(chǎn)節(jié)拍：T=夾具動作時間+裝配時間+焊接時間+搬運時間+包裝時間由上我們可以看出生產(chǎn)節(jié)拍主要由生產(chǎn)綱領(lǐng)決定，而生產(chǎn)綱領(lǐng)又與夾具的自動化程度有很大關(guān)聯(lián)。所以我們在進行夾具設(shè)計時，必須考慮到生產(chǎn)綱領(lǐng)，以保證將夾具上所有作業(yè)內(nèi)容能在規(guī)定的生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)完成。 本章小結(jié)本章主要闡述了叉車座椅焊接部件的工藝分析，其中包括焊接部件的重要技術(shù)要點分析、結(jié)構(gòu)分析以及工藝方法的確定，也講述了生產(chǎn)綱領(lǐng)對后續(xù)夾具設(shè)計的影響，部件工藝性的好壞將直接影響后續(xù)焊接夾具的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，所以進行詳細的分析尤為重要。上海交通大學(xué)本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設(shè)計9第三章 叉車座椅焊接夾具方案設(shè)計 焊接夾具的設(shè)計原則與方法 定位部件設(shè)計原則定位部件的設(shè)計原則，主要是要符合主定位點原理即從產(chǎn)品設(shè)計、工藝制定、工裝設(shè)計到制造、裝配、檢驗、調(diào)試等各環(huán)節(jié)基準(zhǔn)的高度統(tǒng)一。避免基準(zhǔn)傳遞紊亂，從而減少累積誤差和人為疏忽，保證生產(chǎn)出符合產(chǎn)品要求的具有互換性的焊接總成。在具體確定夾具定位基準(zhǔn)時，原則如下：（1）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則在進行焊件生產(chǎn)中，每個零部件可能不止一個焊接工序，而且焊好的組件后續(xù)可能還需要進行裝配，每次焊接、裝配時都需要定位夾緊，所以為了減少累積誤差，必須采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。（2）定位基準(zhǔn)的選擇在確定定位基準(zhǔn)時，選擇沖壓件上重要的配合孔、配合面、重要的型面以及有位置度要求的工藝孔等作為定位基準(zhǔn)。在以孔定位時，盡量選擇其沖壓工藝中能保證的最穩(wěn)定的加工孔或工藝孔。如果需要選擇面做定位基準(zhǔn)時，盡量選擇平面，避免選擇曲面。因為定位平面的定位塊結(jié)構(gòu)簡單、易加工而且定位穩(wěn)定可靠。（3）定位點數(shù)量的確定 在設(shè)計中仍以一個自由物體有六個自由度的基本原則來確定定位點。但由于是薄板沖壓件，為克服薄板剛性不足，容易彈性變形，保證組件有足夠的定位剛度，允許出現(xiàn)過定位。（4）定位點的位置的確定首先將定位基準(zhǔn)的孔和型面確定為定位點；其次將兩個制件搭接處需要焊接的部位確定為定位點；另外將易變形處確定為定位點支撐。 夾緊部件設(shè)計原則焊接時，為了保證沖壓件與定位基準(zhǔn)緊密貼合，必須依靠夾緊器對零件施加合適的夾緊力進行夾固，以保持其正確的裝配位置。在設(shè)計夾緊機構(gòu)時一般需要考慮其大小、方向以及作用點。具體設(shè)計要求如下：（1）夾緊力的作用點確定選擇定位基準(zhǔn)面、容易變形處以及兩零件搭接處的定位支撐點確定為夾緊點。避免在懸空處布置夾緊機構(gòu)，與支撐點形成力偶，破壞原有的定位關(guān)系。（2）夾緊力的作用方向確定上海交通大學(xué)本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設(shè)計10夾緊力的作用方向應(yīng)指向被夾緊件，通過其產(chǎn)生的反作用力而使沖壓件表面與支撐塊緊密貼合。（3）夾緊力的大小確定夾緊力的大小應(yīng)以克服沖壓件的彈性變形保證定位可靠為宜。具體的合適的夾緊力可以通過實驗法獲得。夾緊力過大或過小都將影響組件焊后的尺寸精度。（4）夾緊部件結(jié)構(gòu)功能滿足使用要求1）夾緊部件夾緊力的大小應(yīng)能適當(dāng)調(diào)整。以便在實際使用中獲得最佳的夾緊狀態(tài)。2）手動夾緊部件夾固焊件時應(yīng)能自鎖，以保證手離開時，工件與定位面貼合。松開時活動自如、力量均勻。3）夾緊部件應(yīng)動作靈活可靠、操作安全、方便、占用空間小、且有足夠的夾緊行程；最好采用標(biāo)準(zhǔn)件，以方便其采購與維修。4）氣動夾緊一定要預(yù)留有適當(dāng)?shù)膴A緊行程量。以便調(diào)節(jié)夾緊力的大小。 夾具體設(shè)計原則1）夾具體是夾具的基礎(chǔ)部件也是重要的測