冷渣管焊接夹具设计课程设计说明书穆世玉.docx
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冷渣管焊接夹具设计课程设计说明书穆世玉
重庆理工大学
焊接夹具课程设计说明书
题目：
冷渣管焊接夹具设计
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：
目录
1夹具设计的目的意义及要求3
2焊接结构件的分析4
2.1焊接结构件组成及分析4
2.2焊接结构件成分及焊接性分析4
3制订焊接结构件的焊接工艺5
3.1焊接方法及焊接规范5
3.2焊接材料的选择5
3.3焊接工序的确定6
3.4焊接质量的保证措施6
4焊接夹具的设计7
4.1各构件组成及成分7
4.2焊接夹具设计方案7
4.2.1定位器的设计7
4.2.2夹具体的设计8
4.2.3夹紧装置的设计9
4.2.4夹具材料的设计10
4.2.5夹具尺寸公差及粗糙度10
4.2.6国家标准件的选择11
4.3绘制夹具草图11
4.4绘制正式装配图12
4.5绘制零件图12
5夹具使用说明15
5.1夹具体的安装说明15
5.2夹具体的使用说明15
5.3夹具体的实用性说明16
6参考文献16
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，结构由筒身1，圆盘2，筒身3所组成。
筒身、圆盘都是20钢。
筒身1与圆盘外径相同且垂直紧密贴合；筒身3外径与圆盘内径相同且垂直紧密贴合。
要求焊接将着三部分焊接起来。
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。
此次焊接加工时20钢。
强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。
冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工电弧焊和接触的焊接性较好气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。
切削加工性能正火状态较退火好、一般用于受力不大而韧要求的零件。
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。
能适应各种焊接方法。
采用大热输入的手工电弧焊，采用超低氢焊条。
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
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手工电弧焊。
焊接规范：
AX-320直流电弧焊机。
选择焊接电流310-320A，焊接电压26-27V，采用直流反接。
焊件厚度较小焊前不需要处理；尽量采用相对小的热输入，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，焊接位置分布在外圆周上，有平焊、立焊、仰焊。
要保持良好的结合性，因此焊丝选用J507（E5015），它有较高的韧性和冲击韧度值，具有良好的工艺性能、力学性能。
3.3焊接工序的确定
构件的焊接顺序：
按如图2-2讲焊件加紧，先焊接焊缝2，焊接完成后，松开半圆套转动两边的螺旋加紧器，使焊缝1向右移动方便焊接。
图2-2焊接工序
3.4焊接质量的保证措施
1）焊前要进行机械清理，以去焊件表面的污物及氧化膜。
。
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，常采用挡板、半圆套进行定位。
2、工件以筒身内表面为基准进行定位时常采用挡板加紧定位。
3、工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用半圆套定位器。
4、利用以定位工件的轮廓对被定位工件进行定位可采用底板定位器。
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4-2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4-3螺旋加紧机构图图4-4半圆套加紧机构
本焊接工装夹具，两边采用螺旋加紧装置如图4-3，可以加紧整体。
采用两个挡板采用内螺纹契合在螺杆上，保证在使用过程中不会滑动；转动手柄采用标准件已加大转动螺杆的力。
中间圆环与筒身靠半圆套如图4-4加紧。
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HT200钢和45钢。
因为HT200钢有好的硬度、强度，所以用它制作挡板、螺纹推杆支撑架、底板等零件，45钢是中碳调质钢，综合力学性能好，用它制作螺纹推杆，半圆套等。
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M16X60GB2239
（2）-80
16
平垫圈18
16
六角螺母-C级（GB/T41-2000）
16
焊接手柄A型M32
4
六角螺母-C级（GB/T41-2000）
2
平垫圈-A级（GB/T97.1-2002）
2
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AutoCAD2007。
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4-5）详见装配图纸。
图4-5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4-6，详细尺寸请见零件图纸。
（a）底板（b）圆盘（c）图4-12螺纹推杆
（d）螺纹推杆支撑架（e）下半圆套（f）上半圆套
图4-6零件图
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，其中定位螺旋加紧器、半圆套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，第一先放置长筒身然后用半圆套将半圆套和圆盘一并加紧。
第二旋紧左螺旋夹紧器，但不要推出工件第三将短筒身套在推杆上与圆盘顶紧。
这样就能保证整个装置夹紧。
拆卸时，将夹紧装置完全松开，垂直上提工件提出。
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
[1] 陈祝年，焊接简明设计手册，机械工业出版社，1999年
[2]王健石，机床夹具和辅具速查手册，机械工业出版社，2007年
[3]东北重型机械学院，机床夹具设计手册，上海科学技术出版社，1990年
[4] 陈焕明，焊接工装设计基础，航空工业出版社，2004年
[5]杨裕根，现代工程图学，北京邮电大学出版社，2008年
[6]王政，焊接工装夹具及变位机械，机械工业出版社，2001年
[7]李亚江，焊接冶金学-材料的连接性，机械工业出版社，2006年
[8]王宗杰，熔焊方法及设备，机械工业出版社，2006年
[9]张秀娟，互换性与测量技术基础，北京大学出版社，2013年
[10]石晓辉，田培棠，米林，夹具结构设计手册，国防工业出版社，2010年
[11]机床夹具零件及部件标准汇总
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