非標(biāo)零件焊接工裝夾具的設(shè)計

□ 楊富強(qiáng)

中國人民解放軍某部

1 設(shè)計背景

在生產(chǎn)過程中,如何保證焊接質(zhì)量,提高焊接效率,降低返修率，降低施焊成本,是大型技改和生產(chǎn)任務(wù)高效完成的關(guān)鍵，其中，焊接工裝夾具直接影響焊接的質(zhì)量和效率。設(shè)計和制作新型焊接工裝夾具,對提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短技改時間、降低勞動強(qiáng)度、加快焊接連接、實現(xiàn)機(jī)械化和自動化等起非常重要的作用。為改善焊接非標(biāo)零件90°組合件的質(zhì)量,提高工作效率,筆者設(shè)計了一款專門針對這一組合件的非標(biāo)零件焊接工裝夾具。

2 結(jié)構(gòu)及特點

筆者設(shè)計的非標(biāo)零件焊接工裝夾具結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由擋板、活動鉗口部分、固定板、M12進(jìn)給螺栓、定位銷、旋轉(zhuǎn)軸組成。這款非標(biāo)零件焊接工裝夾具具有以下特點:① 可使零件處于準(zhǔn)確的裝配位置,保證裝配精度,加快裝配作業(yè)的進(jìn)程,提高效率,縮短零件的焊接周期;② 可控制或消除焊接變形,提高零件的互換性能。根據(jù)這一非標(biāo)零件焊接工裝夾具的定位原理,組合件在夾具中的位置需按照一定的要求確定,并對組合件的自由度一一進(jìn)行限制。需要焊接的組合件為方管組合件,通過固定板和擋板進(jìn)行裝夾固定后,自由度為零,即組合件被裝夾定位。

▲圖1 非標(biāo)零件焊接工裝夾具結(jié)構(gòu)

3 制作

這一非標(biāo)零件焊接工裝夾具的固定板、擋板、活動鉗口部分均采用Q235-A鋼材料,由厚度為10 mm的鋼板和厚度為5 mm的型材拼焊而成。擋板設(shè)計為Y形結(jié)構(gòu),固定板與擋板的夾角為90°,主要起定位約束和支撐的作用。制作時,以設(shè)計尺寸為依據(jù),盡量減小加工余量。活動鉗口部分設(shè)計為三角形結(jié)構(gòu),具有夾緊和調(diào)整尺寸的作用。焊接前,應(yīng)先將固定板及活動鉗口部分校平,焊后再進(jìn)行焊接退火處理,消除焊接應(yīng)力,最后進(jìn)行精加工。精加工完成后,要對固定板上表面進(jìn)行涂油處理。由于定位銷要垂直插入螺紋孔,因此在設(shè)計時應(yīng)充分考慮其長度能夠完全插入螺紋孔。為保證焊接定位時的精確度,擋板和固定板需配合制作,表面粗糙度絕對值不得大于±1.6 μm,還需進(jìn)行淬火處理,且表面洛氏硬度(HRC)要大于35。這一非標(biāo)零件焊接工裝夾具各部位的焊縫高度不得小于5 mm，不允許有虛焊、脫焊現(xiàn)象,重要部位要采用連續(xù)焊縫。

4 有限元分析

為校核這一非標(biāo)零件焊接工裝夾具的應(yīng)力和變形情況,應(yīng)用ANSYS軟件對其進(jìn)行仿真分析。對載荷量為1 000 N的非標(biāo)零件焊接工裝夾具夾持受力部位固定板和活動鉗口部分進(jìn)行載荷試驗，測得其彈性模量為200 GPa,泊松比為0.3,變形云圖如圖2所示。

▲圖2 非標(biāo)零件焊接工裝夾具變形云圖

由圖2可知,這一非標(biāo)零件焊接工裝夾具的最大變形量為0.047 mm,變形量非常小,可以忽略不計,滿足要求。這一非標(biāo)零件焊接工裝夾具的等效應(yīng)力云圖如圖3所示，最大等效應(yīng)力為162.63 MPa,遠(yuǎn)小于材料屈服強(qiáng)度,夾載能力足夠,符合使用要求。

5 結(jié)束語

大多數(shù)非標(biāo)零件在制作時,通過直角尺進(jìn)行焊接,存在誤差大、精度低等問題。筆者設(shè)計了一款非標(biāo)零件焊接工裝夾具，用于焊接90°組合件,實用性強(qiáng),經(jīng)濟(jì)，可靠,可以縮短裝配時間,保證焊接尺寸精度,使焊接過程快速穩(wěn)定。

▲圖3 非標(biāo)零件焊接工裝夾具等效應(yīng)力云圖