【文章內(nèi)容簡介】 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(duì)位置關(guān)系后，進(jìn)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(shí)際的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和成本預(yù)算來設(shè)計(jì) 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(cè)量就 能 得到準(zhǔn)確的裝配位置，加快了裝配作業(yè)的進(jìn)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(qiáng)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(jì)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(jì)原理、步驟、方法以及夾具功能。并對(duì)夾具的設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)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(jì) 需要考慮沖壓件的結(jié)構(gòu)特性、焊接的先 后順序、焊點(diǎn)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)計(jì)的 好壞的影響，而其設(shè)計(jì)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(jì) 3 和要求下 ，利用 SOLIDWORKS 進(jìn)行三維建模并虛擬裝配，設(shè)計(jì)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(jià)比最高。 本章小結(jié) 本章介紹了設(shè)計(jì)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(huì)越來越多，其自動(dòng)化水平也會(huì)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(jì) 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(jì)以及后續(xù)焊接 的可行性及經(jīng)濟(jì)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(duì)部件產(chǎn)品圖中重要的技術(shù)要點(diǎn)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(tái)階銷組成。底座的材料是 10 號(hào)鋼，外殼的材料 10 號(hào)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(tái)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(diǎn)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(duì)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(jì) 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(duì)接焊縫。 （ 3） 阻尼器安裝支架與外殼之間有 2 處角焊縫 （ 4）臺(tái)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(duì)焊接夾具設(shè)計(jì)來說，有以下特點(diǎn)： （ 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(qiáng)度 ， 往往通過形變強(qiáng)化來增加其強(qiáng)度，所以 結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜。 （ 2） 、剛性 相對(duì)機(jī)加件較差且容易變形 單個(gè)沖壓件與 機(jī)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(qiáng)的剛性。 該部件由 5 個(gè)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(tái)階銷。 組件中各個(gè)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(tái)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(jì) 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(shí)也不會(huì)產(chǎn)生干涉，故 設(shè)計(jì)時(shí)可考慮將其放在同一夾具中裝配好，然后進(jìn)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(chǎng)設(shè)備條件等綜合考慮決定?，F(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(hào)鋼， U 型支架和阻尼器支架均 為 08 號(hào)鋼，臺(tái)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(hù)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(duì)于鐵基金屬碳含量是評(píng)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(qiáng)行固定，由于外殼 背面 與底座焊接時(shí)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(dá)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(jìn)行手工電弧焊和 CO2 氣體保護(hù)焊，為獲得最佳的焊接工藝，故進(jìn)行對(duì)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(diǎn)如表 21 所示 ： 表 21 手工電弧焊特點(diǎn) 焊接方法 手工電弧焊 焊接設(shè)備 交流電弧焊機(jī) 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(jī)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(jì) 7 焊機(jī)性價(jià)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(hù)焊， 其焊接特點(diǎn)如下表 ： 表 22 CO2 氣體保護(hù)焊特點(diǎn) 焊接方法 CO2 氣體保護(hù)焊 焊接設(shè)備 CO2 半自動(dòng)焊機(jī) 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(jī)間距 25m 以下 焊機(jī)性價(jià)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(gè)表格對(duì)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(duì)焊工技術(shù)依賴性很大 。此外，手工電弧焊時(shí) 勞動(dòng)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(hù)焊對(duì)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(jià)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(hù)焊的電弧能量集中熔透能力強(qiáng)，熔敷速度快，生產(chǎn)效率比手弧焊高 1~2 倍。 CO2 氣體保護(hù)焊由于 使用較大的 電流密度， 因此熔深比手弧焊深，同時(shí)焊絲熔化 快 ，不用清理焊渣等特點(diǎn)， 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(dòng) C02 氣體保護(hù)焊。 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(jì) 8 生產(chǎn)綱領(lǐng)對(duì)焊接夾具的影響 生產(chǎn)綱領(lǐng)決定了夾具的設(shè)計(jì)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(dòng) 作時(shí)間、裝配時(shí)間、焊接時(shí)間、 包裝時(shí)間、搬運(yùn)時(shí)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(shí)間 8 小時(shí)。 生產(chǎn)綱領(lǐng)： 2 萬臺(tái) /年 生產(chǎn)節(jié)拍： T=11 分 /臺(tái) （ T=246 天 *2 班 *8 小時(shí) *60 分 /20xx0 輛 *≈ 11 min） 生產(chǎn)節(jié)拍： T=夾具動(dòng)作 時(shí)間 +裝配時(shí)間 +焊接時(shí)間 +搬運(yùn)時(shí)間 +包裝時(shí)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(dòng)化程度有很大關(guān)聯(lián) 。所以 我們?cè)谶M(jìn)行夾具設(shè)計(jì)時(shí)， 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(diǎn)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(duì)后續(xù)夾具設(shè)計(jì)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(jìn)行 詳細(xì)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(jì) 9 第 三 章 叉車座椅焊接 夾具方案設(shè)計(jì) 焊接夾具的設(shè)計(jì)原則與方法 定位部件設(shè)計(jì)原則 定位部件的設(shè)計(jì)原則， 主要是 要符合主定位點(diǎn)原理 即 從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝制定、工裝設(shè)計(jì)到制造 、裝配、檢驗(yàn) 、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(shí)， 原則如下 ： （ 1） 基準(zhǔn)統(tǒng)一 原則 在 進(jìn)行 焊件生產(chǎn) 中， 每個(gè)零部件可能不止一個(gè)焊接工序，而且焊好的組件后續(xù)可能還需要進(jìn)行裝配，每次焊接、裝配時(shí)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(shí)， 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(shí)，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(shí)，盡量選擇平面，避免選擇曲面。因?yàn)槎ㄎ黄矫娴亩ㄎ粔K結(jié)構(gòu)簡單、易加工而且定位穩(wěn)定可靠。 （ 3） 定位點(diǎn)數(shù)量 的確定 在設(shè)計(jì)中仍以一個(gè)自由物體有六個(gè)自由度的基本原則來確定定位點(diǎn) 。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(diǎn)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(diǎn)；其次將兩個(gè)制件搭 接處需要焊接的部位確定為定位點(diǎn)；另外將易變形處確定為定位點(diǎn)支撐 。 夾緊部件設(shè)計(jì)原則 焊接時(shí)，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(duì)零件施加合適的夾緊力進(jìn)行夾固，以保持其正確的裝配位置。在設(shè)計(jì)夾緊 機(jī)構(gòu)時(shí)一般需要考慮其大小、方向以及作用點(diǎn)。具體設(shè)計(jì)要求 如下： （ 1） 夾緊力 的 作用點(diǎn) 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(diǎn)確定為夾緊點(diǎn)。避免在懸空處布置夾緊機(jī)構(gòu)，與支撐點(diǎn)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(jì) 10 夾緊力的作用方向應(yīng)指向被夾緊件，