電子驅動器座板焊接夾具的設計與應用

郎超男 陳本茁 楊東

摘 要

為滿足礦用隔爆燈具的電子驅動器座板焊接的工藝要求，保證焊接質量，設計一種手工電弧焊焊接夾具。主要對焊接夾具的結構、性能設計及其具體實際應用等方面進行研究。夾具設計簡單合理，使用方便、解決了電子驅動器座板手工電弧焊焊接加工的工藝難題并保證了焊接質量，有效提高了生產效率。

關鍵詞

礦用隔爆燈;電子驅動器;手工電弧焊;焊接夾具

中圖分類號： TH703 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.022

Abstract

In order to meet the welding process requirements of electronic driver plate of mine flameproof lamp and ensure the welding quality，a manual arc welding jig was designed.It mainly studies the structure，performance design and practical application of welding jig.The design of jig is simple and reasonable，and easy to use，and solve the problem of manual arc welding process of electronic driver seat plate and ensure the welding quality， effectively improve the production efficiency.

Key Words

Flameproof lamp;Electronic driver;Manual arc;Welding jig

0 引言

焊接夾具是為某種焊接組合件的裝配焊接工藝而專門設計的，屬于非標準裝置，往往需要根據企業的產品結構特點、生產條件和實際需要自行設計制造或者外協定做[1-2]。

在焊接過程中，焊件往往會產生變形，尤其是復雜的結構，其變形有時會達到無法消除的程度，就會影響到總裝配工序，甚至造成產品報廢。采用焊接夾具，不僅可以保證裝配定位焊時各零件正確的相對位置，而且可以防止或減少工件的焊接變形。尤其是批量生產時，可以穩定焊接質量，減少焊件尺寸偏差，保證產品的互換性。

尤其焊接件為薄板沖壓件時，其剛性比較差，實施焊接時易發生變形而影響定位精度。此外，薄板焊接主要產生波浪變形，為了防止變形，通常采用比較多的輔助定位點和輔助夾緊點以及依賴于沖壓件外形定位。因此，薄板焊接夾具與機床夾具有顯著的差別，不僅要滿足精確定位的共性要求，還要充分考慮薄板沖壓件的易變形和制造尺寸偏差較大的特征[3]。

1 夾具的設計背景

電子驅動器座板是礦用隔爆燈具系列產品上用來固定安裝電子驅動器位置的重要元件，由螺孔、底板、工藝孔、焊點和方軸組成。底板是材質為Q235、厚度2㎜的薄板沖裁件。座板的右端是一對邊長為8mm的方軸，其材質也為Q235。需要把底板與方軸兩個獨立的零件通過單面焊接的方式連接起來，由于此座板在礦用隔爆燈具的結構上具有驅動器定位及傳遞扭矩的作用[4]，要求有較高的定位位置精度并承受一定的扭力，因此要求座板及其焊接連接點具有較高的抗拉強度[5]

若采用點焊機點焊工藝或鉚接連接的形式加工此座板很難保證其形位公差和強度要求，其他常規的加工方法也無法保證其質量要求，生產加工效率也很難提高。手工電弧焊具有操作簡單方便、焊接質量好，焊點強度高的特點[6]，因此采用手工電弧焊焊接座板是比較恰當的工藝選擇。

綜上所述，要滿足電子驅動器座板的焊接質量和工藝要求必須設計制造專用的手工電弧焊焊接夾具。

2 焊接夾具的設計

根據上述對電子驅動器座板結構圖的分析，電子驅動器座板實際上是由一塊2mm厚度的薄型圓板和方軸通過手工電弧焊焊接在一起組成的。在底板中間位置有一焊接工藝孔和方軸連在一起形成焊接連接點，實施焊接后形成焊點。

設計后的夾具分為主體定位、夾緊機構和退料機構三部分。設計的座板焊接夾具由方軸定位孔、菱形定位銷、夾具主體、底板螺栓、彈簧、座板、緊固螺釘、推板等組成。

2.1 主體結構及工件定位的設計

夾具主體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機構、裝置連接成一個整體，而且還要考慮工件裝卸的方便。因此，夾具主體的形狀和尺寸主要取決于夾具各組成件的分布位置、工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。

焊接夾具的主體設計要具有足夠的強度和剛度，表面要有一定的硬度和精度。在保證強度和剛度前提下結構盡可能簡單緊湊，體積盡量小且便于工件裝卸，并能實現安裝穩定牢靠，同時，結構的工藝性能要好，便于制造、裝配和檢驗尺寸。此外，夾具在生產應用中勢必會在其表面殘留焊渣、飛濺物甚至誤操作遺留的焊瘤等，因此設計的夾具要方便清理。綜合考慮上述諸多因素，座板焊接夾具采用QT400合金鑄鐵鑄造;表面熱處理HB180硬度值。

在設計夾具時首先要考慮到薄板焊接容易變形，尺寸定位勢必會發生位移和改變，合理避免此問題的措施是首先設計其定位裝置。定位的作用是要使工件在夾具中具有準確和確定不變的位置，在保證加工要求的情況下依據六點定位原理，對工件的X、Y、Z方向的空間自由度進行合理限制。按工件的要求，把焊件中各零件或部件的相互位置準確地固定下來，工件座板是由底板和方軸兩個獨立的零件組成，因此定位機構的設計分別涉及底板和方軸的定位。

其定位結構是由一個與底板外圓尺寸配合的止口，在止口端面上有兩個定位菱形銷，止口的中心設置一個方軸定位孔，其尺寸形狀與方軸間隙配合。考慮到工件焊接中受熱后會產生尺寸變大現象，因此方軸定位孔采用了8.3～8.5mm的過渡配合間隙確保焊接后輕松取件。

以工件底板的外圓直徑作為定位基準是控制其X方向、Y方向和Z方向的各個自由度，兩個菱形定位銷控制其Z方向的旋轉自由度。采用菱形銷的目的是有效防止不利的過定位現象，使工件安裝方便。電子座板夾具方軸定位孔是對方軸的定位約束;夾具主體右端端面上按照底板的外圓直徑尺寸加工一止口，作為底板與夾具的定位。

2.2 夾緊機構的設計

使用焊接夾具焊接工件相比較機加工零件在機床夾具中的夾持力要小得多，而且不同零件、不同部件的夾持力也不相同。在焊接過程中，當零件因焊件受熱造成變形、伸長或冷卻后而縮短時，為了減少或消除焊接變形，要求對零件給予反變形或作剛性固定。但有時為了減少焊接應力，又允許某些零件在某一方向是自由的。

因此，在焊接夾具中不是對所有的零件都作剛性的固定。座板焊接夾具在設計時依據工件的結構特點，在夾具主體上端面左右方向設置兩個緊固螺釘，把工件固定在夾具上進行夾緊。緊固螺釘的螺紋部分采用左旋螺紋，方軸插入方軸定位孔內并放置好底板后分別旋轉兩個緊固螺釘使之與底板緊固。

2.3 退料機構的設計

在夾具主體左端設置退料裝置，該裝置由座板、彈簧、推板組成。退料裝置作用是焊接完成卸掉夾緊力后在彈簧作用力下使工件脫離，實現輕松取件。彈簧采用國標圓柱形壓縮彈簧，彈簧絲φ1.5mm確保足夠的頂出力。推板采用隔熱、絕緣、耐高溫、阻燃且不易變形的膠木材料加工而成，確保彈簧部分不因受熱失效。

3 焊接夾具的實際應用

夾具在實際生產應用中的具體操作過程如下：將夾具放置在焊接工作臺上，把方軸插入方軸孔內，左手手持底板并克服彈簧力使底板上的兩個螺釘孔與夾具上的銷釘定位孔對齊放置，右手分別旋動兩個緊固螺釘壓緊工件底板即可對底板上中心的工藝孔部位實施焊接。焊接完畢后，旋動松開兩個緊固螺釘，在彈簧力的作用下使工件脫離焊接夾具。

4 結語

本文通過對電子驅動器座板焊接進行工藝分析，設計出一種手工電弧焊焊接夾具，并對焊接夾具的結構、性能設計等方面進行研究分析。設計的焊接夾具有以下顯著特點：

1）夾具采用QT400合金鑄鐵鑄造夾具主體且表面經過熱處理，硬度高;表面不易產生焊接飛濺殘渣，易于清理;

2）自動頂出退料裝置的設計，簡化了工件的取件過程;

3）夾具整體結構簡單合理、操作方便，工件定位準確、夾緊穩固工件不易變形，有效保證了工件生產加工工藝及性能要求，提高了生產效率。

參考文獻

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