【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位置關系后，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 非標工藝裝備 ，是根據(jù)實際的產(chǎn)品結構特點、生產(chǎn)條件和成本預算來設計 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先在夾具上設置反變形部分 ， 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、 焊裝夾具設計原理、步驟、方法以及夾具功能。并對夾具的設計作了深入地分析。叉車座椅懸架基座是由 具有復雜型面的零件組成，它由薄板沖壓后，通過裝焊而構成一個焊接組件。 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 操作的準確性、沖壓件的精度以及夾具的裝配精度 。而焊裝夾具的設計 需要考慮沖壓件的結構特性、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 夾具設計的 好壞的影響，而其設計又與眾多 因素有關，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本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設計 3 和要求下 ，利用 SOLIDWORKS 進行三維建模并虛擬裝配，設計一套滿足產(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 本章介紹了設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。 上海交通大學本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設計 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)品圖中重要的技術要點分析以及零部件的結構分析。 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 ”。 上海交通大學本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設計 5 焊接要求分析 （ 1） U 型支架側邊與底座之間有兩處角焊縫。 （ 2）外殼的內(nèi)側邊與底座之間有 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。 零部件的結構分析 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 對焊接夾具設計來說，有以下特點： （ 1） 、結構形狀 比較 復雜， 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 結構形狀較為復雜。 （ 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 上海交通大學本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設計 6 焊接部件的焊接工藝方法的確定 部件的焊接工藝分析 該組件的焊接結構，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)生結構變形。 在該組件的焊接中，焊接方法選擇應該依據(jù)材料的焊接性、工件厚度、生產(chǎn)綱領、焊接質(zhì)量以及各種焊接方法的使用范圍和現(xiàn)場設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， 焊前不需預熱。在 該組件的焊 接中，可能出現(xiàn)的缺陷是由于焊接應力，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重，應當避免。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)生的焊接應力也大，變形嚴重，故在背側 設置銅板導 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 上海交通大學本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設計 7 焊機性價比 1~3 焊接材料 酸性 焊條 焊道外觀 良 受風的影響 小 受焊工操作技術的影響 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 受風的影響 大 受焊工操作技術的影響 小 焊接輔 具 導電嘴、噴嘴 由以上兩個表格對比可知 ：手工電弧焊所用設備比較簡單， 操作靈活 ， 焊接質(zhì)量對焊工技術依賴性很大 。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 ，不用清理焊渣等特點， 鑒于該組件 的批量、廠內(nèi)現(xiàn)有設備以及產(chǎn)品要求，適宜選擇 半自動 C02 氣體保護焊。 上海交通大學本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設計 8 生產(chǎn)綱領對焊接夾具的影響 生產(chǎn)綱領決定了夾具的設計節(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： 2 萬臺 /年 生產(chǎn)節(jié)拍： T=11 分 /臺 （ T=246 天 *2 班 *8 小時 *60 分 /20xx0 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 決定 ，而 生產(chǎn)綱領又與夾具的自動化程度有很大關聯(lián) 。所以 我們在進行夾具設計時， 必須考慮到生產(chǎn)綱領，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 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要點分析 、 結構分析 以及工藝方法的確定，也講述了生產(chǎn)綱領對后續(xù)夾具設計的影響， 部件工藝性的好壞將直接影響后續(xù)焊接夾具的結構的復雜程度 ，所以 進行 詳細的分析尤為重要 。 上海交通大學本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設計 9 第 三 章 叉車座椅焊接 夾具方案設計 焊接夾具的設計原則與方法 定位部件設計原則 定位部件的設計原則， 主要是 要符合主定位點原理 即 從產(chǎn)品設計、工藝制定、工裝設計到制造 、裝配、檢驗 、調(diào)試 等 各環(huán)節(jié)基準的高度統(tǒng)一。 避免基準傳遞紊亂， 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時， 原則如下 ： （ 1） 基準統(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，必須采用基準統(tǒng)一 原則。 （ 2） 定位基準 的選擇 在確定 定位基準時， 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。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時，盡量選擇平面，避免選擇曲面。因為定位平面的定位塊結構簡單、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 。 夾緊部件設計原則 焊接時，為了 保證沖壓件與定位基準緊密貼合，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。在設計夾緊 機構時一般需要考慮其大小、方向以及作用點。具體設計要求 如下： （ 1） 夾緊力 的 作用點 確定 選擇定位基準面、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，與支撐點形成力偶，破壞原有的定位關系。 （ 2） 夾 緊力的作用方向 確定 上海交通大學本科畢業(yè)論文 叉車座椅焊接夾具設計 10 夾緊力的作用方向應指向被夾緊件，