XX 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 168 摩托車車架頭部焊接生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì) ?；?學(xué) 生： X X X 學(xué) 號(hào)： 20XXXXXX 指導(dǎo)教師： X X X 專 業(yè)： XXXXXXXX XX 大學(xué) XX 學(xué)院 二 OXX 年 X 月 Graduation Design (Thesis) of XX University The Welding Technology Design of the Head of the 168 Motorcycle Frame Undergraduate: XXX Supervisor: XXX Major: XXXX XXX XXXX XX 20XX XX 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 摘要 摘 要 本文主要是 對(duì) 摩托車車架頭部 進(jìn)行焊接工裝夾具設(shè)計(jì)和焊接工藝設(shè)計(jì)。而正確地設(shè)計(jì)、選用各種工裝夾具，可以縮短裝配、焊接時(shí)間，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品的裝配精度和焊接質(zhì)量，還可以充分發(fā)揮焊接設(shè)備的潛力，擴(kuò)大其使用范圍，并有利于實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè)的綜合機(jī)械化和自動(dòng)化。焊接夾具是焊接工藝能否順利、正確執(zhí)行的保證，而工藝過(guò)程是否合理也影響夾具的設(shè)計(jì)和使用效果。所以 兼顧工裝夾具和焊接工藝，設(shè)計(jì)出合理的夾具及工藝，是很重要的。 本課題 通過(guò) 對(duì)產(chǎn)品材料的焊接性分析以及焊接工藝性分析，選擇出合理的焊接方法與焊接工藝參數(shù)，并制定可行的焊接工藝方案，同時(shí) 優(yōu)化出較好的 焊接工裝夾具 。 最后，繪制出工裝夾具的裝配圖與零件圖，詳細(xì)具體地闡述摩托車車架頭部的焊接加工過(guò)程。 關(guān)鍵字： 摩托車 ， 車架頭部，焊接，夾具設(shè)計(jì) XX 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACT ABSTRACT This paper mainly presents fixture design and welding technology design of the head of the motorcycle frame welding. Proper design and selection of various fixture can not only shorten the assembly and welding time, reduce labor intensity of workers, raising labor productivity, and ensure accuracy of product assembly and welding quality, but also can give full play to the potential of welding equipment, expand the scope of its application, and will be conducive to the realization of the comprehensive mechanization and automation. Welding fixture is the guarantee of the smooth and correct implementation of welding process. Moreover, the process whether it is reasonable also affects the design and effect of the use of fixture. So in the view of fixture and welding technology, it is very important to design a reasonable fixture and welding technology. The subject by the welding material analysis and welding process analysis of product, to choice a reasonable selection of welding methods and the welding process parameters, and develop practical welding technology scheme. At the same time， the subject presents the fixture design. Finally, drawn the assembly drawing and part drawings of the fixture, given a detailed account of the head of the motorcycle frame welding process. Keywords： Motorcycle, Head of the frame, Welding, Fixture design XX 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 目錄 目 錄 摘要 . ABSTRACT . 1 緒論 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 課題目的 . 1 1.3 重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容 . 2 1.3.1 焊接方法 . 2 1.3.2 焊接工藝方案 . 2 1.3.3 焊接工裝夾具 . 2 2 168 摩托車車架 頭部 焊接分析 . 4 2.1 產(chǎn)品材料的焊接性分析 . 4 2.2 產(chǎn)品材料的焊接工藝性分析 . 5 2.3 焊接方法的選擇與分析 . 6 3 168 摩托車車架頭部 焊接工藝方案的制定 . 9 3.1 產(chǎn)品圖分析 . 9 3.2 焊前準(zhǔn)備 . 10 3.3 焊接工藝參數(shù)的選 擇 . 10 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) . 11 4.1 焊接工裝介紹 . 11 4.1.1 焊接工裝的作用 . 11 4.1.2 焊接工裝的分類 . 12 4.1.3 焊接工裝的特點(diǎn) . 13 4.2 開發(fā)工具的選擇 . 14 4.3 總裝圖 . 14 4.4 零部件圖及加工 . 16 4.5 工裝夾具的使用功能 . 27 4.6 夾具優(yōu)化 . 28 4.7 產(chǎn)品焊接具體實(shí)施方式 . 28 5 總結(jié) . 30 參考文獻(xiàn) . 31 XX 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 緒 論 1 1 緒論 1.1 引言 車架是摩托車零部件的安裝基礎(chǔ)，它將發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸掛裝置、轉(zhuǎn)向裝置、車輪等有機(jī)池聯(lián)接起來(lái)，組成一個(gè)完美的整體。車架不僅要承受發(fā)動(dòng)機(jī)、各總成和人的質(zhì)量，而且還要承受來(lái)自路面的沖擊和振動(dòng)。因此，車架必須具有足夠的強(qiáng)度和抗彎抗扭能力，同時(shí)還應(yīng)盡可能地減輕自身質(zhì)量，以提高其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。故車架的焊接亦應(yīng)質(zhì)量可靠、熔數(shù)金屬少、生產(chǎn)率高、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 摩托車車架大多采用復(fù)雜管和板式焊接結(jié)構(gòu)，車架焊接后往往會(huì)出現(xiàn)焊接變形、內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力等，不但直接 影響整車裝配及整車性能，還會(huì)降低車架結(jié)構(gòu)的承載能力，降低焊接接頭和車架的疲勞強(qiáng)度而引發(fā)事故。 如何保證摩托車車架的結(jié)構(gòu)尺寸，形狀精度及強(qiáng)度是車架生產(chǎn)中最大的 問(wèn)題 。 本次設(shè)計(jì)車架為管式結(jié)構(gòu)， 管式車架由圓管或方管經(jīng)過(guò)機(jī)械加工、彎形、焊接、噴漆等工藝過(guò)程而制成，焊接生產(chǎn)則是管式車架制造中關(guān)鍵的一環(huán)，管式車架以其形狀復(fù)雜、精度要求高、焊接量大等特點(diǎn)決定了焊接工藝所要解決的主要問(wèn)題是在焊縫強(qiáng)度足夠的前提下，如何保證相關(guān)尺寸精度，減小焊接變形量和提高焊接生產(chǎn)率。因此，在生產(chǎn)中，焊接方法的選擇、焊接夾具的合理設(shè)計(jì)以及焊接工藝 的制定等起著非常重要的作用 1-4。 摩托車車架頭部作為車架的主要組成部位，其材料強(qiáng)度與焊縫的質(zhì)量對(duì)整車同時(shí)起著至關(guān)重要的作用。本次設(shè)計(jì)選擇壁厚為 16Mn鋼管作為摩托車車架頭部的材料， 16Mn鋼屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼中的熱軋鋼，這類鋼的價(jià)格便宜，而且具有滿意的綜合力學(xué)性能和加工工藝性能。其碳的含量在 0.16%左右，屈服點(diǎn)等于 343MPa（強(qiáng)度級(jí)別屬于 343MPa級(jí)）， 16Mn鋼的合金含量較少，焊接性良好，焊前一般不必預(yù)熱。 1.2 課題目的 本課題針對(duì)目前摩托車 車架頭部 生產(chǎn)布局不合理 、 生產(chǎn)效率低 、 產(chǎn)品一次合格率 不高 等 問(wèn)題 。 在充分了解和掌握 168 摩托車 車架頭部焊接 制造技術(shù)要求的基礎(chǔ)上 ， 分析研究生產(chǎn)效率低 ， 產(chǎn)品一次合格率不高的原因 ， 提出解決辦法 。 特別是 自動(dòng) 焊接方法、焊接工藝 、焊接工裝夾具 等因素對(duì)焊接加工的影響規(guī)律，從而優(yōu)化出較好的焊接加工過(guò)程 和焊接工裝夾具 。 XX 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 緒 論 2 1.3 重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容 1.3.1 焊接方法 不同的焊接方法將產(chǎn)生不同的溫度場(chǎng)，形成的熱變形也不相同。一般來(lái)說(shuō)自動(dòng)焊比手工焊加熱集中，受熱區(qū)窄，變形較??； CO2氣體保護(hù)焊焊絲細(xì)，電流密度大，加熱集中，變形小，比手工焊更適合于 摩托車車架 焊接。 摩托車車架頭部的主要加 工工藝是焊接，原則上，手工電弧焊、埋弧焊、 鎢極氬弧焊 和 CO2氣體保護(hù)焊 等均可選用，應(yīng)根據(jù)施工條件、結(jié)構(gòu)形式、效率與成本核算、焊接質(zhì)量的水平綜合考慮。選擇原則應(yīng)為：在好的勞動(dòng)條件下，低成本地完成高質(zhì)量的焊縫。此論文主要通過(guò)對(duì)手工電弧焊、鎢極氬弧焊（ TIG）、熔化極氣體保護(hù)電弧焊（ MAG、 MIG）以及 CO2氣體保護(hù)焊等焊接方法特點(diǎn)的比較，選擇更為符合此次摩托車車架頭部焊接生產(chǎn)的焊接方法 5-7。 1.3.2 焊接工藝方案 根據(jù)產(chǎn)品圖及相關(guān)資料，確定車架頭部各零部件的裝配順序、焊縫的位置、焊接順序等，擬定車架的 工藝方案，包括焊接工藝規(guī)程、工程計(jì)劃表和結(jié)構(gòu)草圖等。再根據(jù)車架零部件的裝配順序、焊接方法、焊縫的位置及質(zhì)量要求、生產(chǎn)節(jié)拍和各工序工時(shí)的均衡來(lái)規(guī)定生產(chǎn)組織形式和工藝路線的安排，包括劃分車架零部件組焊的工序和所需焊接工裝的數(shù)量。確定各工序所需工裝的基本構(gòu)成、車架零部件的定位、夾緊位置和總體布局，主要零部件的基本結(jié)構(gòu) 8-9。 1.3.3 焊接工裝夾具 正確地設(shè)計(jì)、選用各種焊接工裝夾具，可縮短裝配、焊接的時(shí)間，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品的裝配精度和焊接質(zhì)量，還可以充分發(fā)揮焊接設(shè)備的潛力，擴(kuò)大使 用范圍，并有利于實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè)的綜合機(jī)械化和自動(dòng)化 10-14。 焊接工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)滿足 便于操作、安全、可靠及滿足外觀和經(jīng)濟(jì)上的要求，還需 遵循以下原則： 焊件整體組合的制造精度要求及各個(gè)零部件的形狀尺寸要求來(lái)確定夾具的設(shè)計(jì)精度和幾何尺寸。并以之為基礎(chǔ)選擇定位部分的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)焊接變形和焊接應(yīng)力的大小來(lái)確定夾緊力及夾緊機(jī)構(gòu)類型； 應(yīng)盡量統(tǒng)一各道工序的夾具定位基準(zhǔn)和尺寸鏈，減小產(chǎn)品制造的累積誤差； 焊裝作業(yè)應(yīng)在同一夾具上全部完成，否則需設(shè)計(jì)補(bǔ)焊工裝或添置補(bǔ)焊工位； 夾具應(yīng)動(dòng)作迅速、操作方便 。操縱位置應(yīng)處在工人最容易接近、操作的部位。特別是手動(dòng)夾具，操作力不能過(guò)大，操作頻率不能過(guò)高，操作高度應(yīng)設(shè)在工XX 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 緒 論 3 人最易使力的部位。當(dāng)夾具處于夾緊狀態(tài)時(shí)，應(yīng)能自鎖； 夾具應(yīng)有足夠的裝配空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，不妨礙工件的裝卸。所有的定位元件和夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)與焊道保持適當(dāng)?shù)木嚯x，或者布置在工件的下方和側(cè)面。夾緊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件應(yīng)能伸縮或轉(zhuǎn)位； 夾緊可靠、剛性適當(dāng)。夾緊時(shí)不破壞工件的定位位置和幾何形狀，夾緊后既不使工件松動(dòng)滑移，又不使工件拘束度過(guò)大，產(chǎn)生較大應(yīng)力； 夾緊時(shí)不應(yīng)損壞工件的表面質(zhì)量。夾緊 薄件和軟制材料的工件時(shí)，應(yīng)限制夾緊力或者采取壓頭行程限位，加大壓頭接觸面積，加添銅鋁墊片等措施； 接近焊接部位的夾持機(jī)構(gòu)，應(yīng)考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺對(duì)夾具機(jī)構(gòu)和產(chǎn)品的損傷； 夾具的施力點(diǎn)應(yīng)位于工件的支承處或布置在靠近支承的地方。 由于車架焊接結(jié)構(gòu)和焊接工藝的特點(diǎn)，使裝焊的工件在夾具上的定位、夾緊與機(jī)械加工的夾具有所不同，因而給焊接工裝夾具帶來(lái)了如下特點(diǎn)： 由于車架是由許多個(gè)簡(jiǎn)單零件組焊而成，而這些零件的裝配和點(diǎn)定在夾具上又是按順序進(jìn)行的，因此，他們的定位和夾緊是一個(gè)個(gè)單獨(dú)進(jìn)行的。 在 焊接過(guò)程中，為減少或消除焊接變形，要求工裝夾具對(duì)某些零件給予反變形或作剛性?shī)A固。但是，為了減少焊接應(yīng)力和保證工件接頭的吻合，又要允許某些零件在某一方向有移動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)必要對(duì)所有的零件（特別是尺寸精度要求不高的部位）都作剛性?shī)A固。 由于車架焊接多采用于混合氣體保護(hù)焊工藝，夾具工作中主要承受焊接應(yīng)力、夾緊反力以及焊件的重力。 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 168 摩托車車架焊接分析 4 2 168 摩托車車架 頭部 焊接分析 2.1 產(chǎn)品材料的焊接性分析 16Mn鋼是低合金高強(qiáng)度鋼中具有代表性的鋼種，其屈服極限強(qiáng)度達(dá) 350MPa，與一般的低碳鋼相比，提高了 50%左右，結(jié)構(gòu)重量也減輕了 20% 30%，廣泛用于各種大型船舶、橋梁、汽車等焊接結(jié)構(gòu)中。 16Mn鋼能被如此廣泛應(yīng)用，除了其具有良好的綜合機(jī)械性能、冷變形性能外，更主要取決于它具有優(yōu)良的焊接性。首先由以下幾個(gè)方面分析一下這類鋼的焊接性： 裂紋問(wèn)題 1）熱裂紋 熱裂紋是在焊接高溫下產(chǎn)生的，其中危害最嚴(yán)重的是結(jié)晶裂紋，由于結(jié)晶裂紋是在結(jié)晶后期，由低熔點(diǎn)物質(zhì)所形成的液態(tài)膜而引發(fā)的。熱軋鋼一般含碳量較低，而含錳量較高，因此它們 Mn/S比較大，具有良好的抗熱裂性能。正常情況下焊縫中不會(huì)出現(xiàn)熱裂紋，但當(dāng)材料成分不合格 或有嚴(yán)重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出現(xiàn)熱裂紋。錳在鋼種可與硫形成硫化錳，減少了硫的有害影響，增強(qiáng)了鋼的抗熱裂性能。 2）冷裂紋 鋼材冷裂紋主要取決于鋼材的淬硬傾向，而鋼材的淬硬傾向又主要取決于它的化學(xué)成分。熱軋鋼由于含有少量合金元素，其碳當(dāng)量比低碳鋼碳當(dāng)量略高些，所以這種鋼淬硬傾向比低碳鋼要大些，而且隨鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高，合金元素的增加，它的淬硬傾向逐漸增大，應(yīng)根據(jù)接頭形式和鋼材厚度來(lái)調(diào)整線能量、預(yù)熱和后熱溫度，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度，同時(shí)降低焊縫金屬的含氫量等措施，防止冷裂紋的產(chǎn)生。 3）再熱裂紋 再熱裂紋是由于鋼中含有 Cr、 Mo、 V、 Nb等強(qiáng)碳化物形成元素，以及存在一定的殘余應(yīng)力，并在焊后進(jìn)行再次加熱的情況下產(chǎn)生的。從鋼材的化學(xué)成分考慮，由于熱軋鋼中不含強(qiáng)碳化物形成元素，因此對(duì)再熱裂紋不敏感，而且還可以通過(guò)提高預(yù)熱溫度和焊后立即后熱等措施來(lái)防止再熱裂紋的產(chǎn)生。 4）層狀撕裂 層狀撕裂的產(chǎn)生，與鋼材的合金成分沒(méi)有直接關(guān)系，僅與冶煉、軋制工藝及雜質(zhì)的含量與分布有關(guān)。對(duì)于 16Mn來(lái)說(shuō)，其本身的雜質(zhì)與有害元素控制嚴(yán)格，所以只要我們控制其材料厚度與選擇合適焊接工藝，其層狀撕裂是可以減少或避免XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 168 摩托車車架焊接分析 5 的。 脆化問(wèn)題 1）過(guò)熱區(qū)脆化 熱軋鋼焊接時(shí)近縫區(qū)中被加熱到 100以上粗晶區(qū)，易產(chǎn)生晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，是焊接接頭中塑性最差的部位，往往會(huì)承受不住應(yīng)力的作用而破壞。防止過(guò)熱區(qū)脆化的措施是提高冷卻速度，尤其是提高奧氏體最小穩(wěn)定性范圍內(nèi)的冷卻速度，縮短在這一溫度區(qū)間停留時(shí)間，減少或防止奧氏體組織的出現(xiàn)，以提高鋼的沖擊韌度，而且為防止過(guò)熱區(qū)粗晶脆化，也不宜采用過(guò)大線能量。 2）熱應(yīng)變脆化 熱應(yīng)變脆化是由于焊接過(guò)程中熱應(yīng)力產(chǎn)生塑性變形使位錯(cuò)增殖，同時(shí)誘發(fā)氮碳原子快速擴(kuò)散聚集在位錯(cuò)區(qū)，出現(xiàn)熱應(yīng)變脆化。對(duì)于 16Mn鋼來(lái)說(shuō)，其 具有一定得熱應(yīng)變脆化傾向，焊接時(shí)消除熱應(yīng)變脆化的有效措施是焊后退火處理。 綜合以上分析，在裂紋方面， 16Mn 對(duì)熱裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂不敏感，只有當(dāng)材料厚度過(guò)大時(shí)，且冷卻過(guò)快時(shí)對(duì)冷裂紋有一定的敏感性；在脆化方面，16Mn 有一定的熱應(yīng)變脆化現(xiàn)象，對(duì)熱區(qū)脆化不敏感。在實(shí)際生產(chǎn)中，只需通過(guò)一些簡(jiǎn)單的焊接工藝就可以解決 16Mn中由于部分原因?qū)附訋?lái)的不利影響。因此，總的來(lái)說(shuō)， 16Mn 具有優(yōu)良的焊接性。 2.2 產(chǎn)品材料的焊接工藝性分析 熱軋鋼焊接時(shí)，焊接方法的選擇不是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，它對(duì)焊接方法無(wú)特需要求，像手弧 焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊等一些常用的焊接方法都能采用，它主要根據(jù)材料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及施工條件來(lái)確定。在此，主要由以下幾個(gè)方面對(duì)焊接工藝進(jìn)行分析： 焊前準(zhǔn)備： 1）焊接坡口形式的設(shè)計(jì)應(yīng)避免采用焊不透或局部焊透的坡口，還要盡量減少焊縫的橫截面積，以降低接頭的殘余應(yīng)力，同時(shí)也可減少焊接材料的消耗量。 2）坡口加工采用熱切割時(shí)應(yīng)注意防止母材邊緣會(huì)形成一定深度的淬硬層，這種低塑性的淬硬層往往成為冷加工的開裂源。 3）焊前必須消除焊接區(qū)鋼表面的水分，坡口表面的氧化皮、銹斑、油脂以及其他污物。 4）焊接材料在使用前應(yīng)按生 產(chǎn)廠推薦的規(guī)范進(jìn)行烘干。 5）裝配定位焊縫必須采用與正式焊縫同一類型的焊條、焊絲。 焊接線能量的選擇 線能量的參數(shù)是指焊接電流、電弧電壓和焊接速度。低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接時(shí)，XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 168 摩托車車架焊接分析 6 線能量參數(shù)除要保證接頭的熔透性和焊縫成型外，還要考慮其對(duì)接頭性能的影響。焊接含碳量低的熱軋鋼以及含碳量偏下限的 16Mn鋼時(shí)，對(duì)焊接線能量沒(méi)有嚴(yán)格的限制，但從提高過(guò)熱區(qū)塑性和韌性考慮還是采用偏小線能量更為有利；當(dāng)焊接含碳量偏高的 16Mn 鋼時(shí)，為降低淬硬傾向，防止冷裂紋產(chǎn)生，焊接時(shí)線能量應(yīng)偏大些。 2.3 焊接方法的選擇與分析 車架頭部的焊接 方法種類眾多，原則上，手工電弧焊、埋弧焊、 鎢極氬弧焊和 CO2氣體保護(hù)焊 等均可選用，為了選擇符合高效焊接生產(chǎn)原則的焊接方法，我們對(duì)以下各種焊接方法進(jìn)行比較： 手工電弧焊 手工電弧焊是利用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。熱能是由電弧提供，和 MIG 焊一樣，電極為自耗電極。金屬電極外由礦物質(zhì)熔劑包覆，熔劑熔化時(shí)形成焊渣蓋住焊接熔池。此外，包覆的熔劑還釋放出氣體保護(hù)焊接熔池，而且，還含有合金元素用來(lái)補(bǔ)償合金熔池的合金損失。在有些情況下，包覆的熔劑內(nèi)含有所有合金元素，中部的焊條僅是碳鋼。然而，在采用這些類型的焊條 時(shí)，需要特別小心，因?yàn)樗酗w濺都具有軟鋼性質(zhì)，在使用過(guò)程中焊縫會(huì)銹蝕。此種焊接的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活方便，能進(jìn)行全位置焊接適合焊接多種材料。但其最大的不足是生產(chǎn)效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此在大批量焊接生產(chǎn)中很少使用。 鎢極氬弧焊（ GTAW 或 TIG） 鎢極氬弧焊是以難熔金屬鎢或其合金棒作為電源一極，采用惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體，利用鎢極與工件之間產(chǎn)生的電弧熱作為熱源，加熱并熔化工件和填充金屬的一種焊接方法。 由于電弧是在氬氣中進(jìn)行燃燒，因此具有以下優(yōu)缺點(diǎn)： 1）氬氣具有極好的保護(hù)作用，能有效的隔絕周圍空氣 。它本身既不與金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶于金屬，使得焊接過(guò)程中的冶金反應(yīng)簡(jiǎn)單易控制，因此獲得較高質(zhì)量的焊縫提供良好條件。 2）鎢極電弧非常穩(wěn)定，即使在很小電流情況下（小于 10A）仍可穩(wěn)定燃燒，特別適用于薄板材料焊接。 3）熱源和填充焊絲可分別控制，因而熱輸入容易調(diào)整所以這種焊接方法可進(jìn)行全方位焊接，也是實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型的理想方法。 4）由于填充焊絲不通過(guò)電流，故不產(chǎn)生飛濺，焊縫成型美觀。 5）交流氬弧焊在焊接過(guò)程中能夠自動(dòng)清除焊件表面的氧化膜作用，因此，可XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 168 摩托車車架焊接分析 7 成功地焊接一些化學(xué)活潑性強(qiáng)的有色金屬，如鋁、鎂及合金。 6）鎢極承載電流能力較差，過(guò)大的電流會(huì)引起鎢極的熔化和蒸發(fā)，其微粒有可能進(jìn)入熔池而引起夾鎢。因此，熔敷速度小、熔深淺、生產(chǎn)率低。 7）采用氬氣較貴，熔敷率低，且氬弧焊機(jī)有較復(fù)雜，和其他焊接方法（如焊條電弧焊、埋弧焊、 CO2氣體保護(hù)焊）比較，生產(chǎn)成本較高。 8）氬弧周圍受氣流影響較大，不易室外工作。 鎢極氬弧焊被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，特別是航空航天等軍工和尖端工業(yè)技術(shù)所用的銅及銅合金、鈦及鈦合金、合金鋼、不銹鋼、鉬等金屬的焊接，但由于其生產(chǎn)率低、生產(chǎn)成本較高等因素的限制，在焊接表面質(zhì)量要求不高的產(chǎn)品時(shí)，此焊接方 法往往不做首選。 熔化極氣體保護(hù)電弧焊（ MIG/MAG） 熔化極氣體保護(hù)電弧焊是利用連續(xù)送進(jìn)的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊嘴噴出的氣體來(lái)保護(hù)電弧進(jìn)行焊接的。熔化極氣體保護(hù)電弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)是可以方便的進(jìn)行各種位置的焊接，同時(shí)也具有焊接速度較快，熔敷率較高的優(yōu)點(diǎn)。以氬氣或氦氣為保護(hù)氣時(shí)稱為熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊（在國(guó)際上簡(jiǎn)稱為 MIG焊）；以惰性氣體與氧化性氣體 (O2,CO2)混合氣為保護(hù)氣體時(shí)，或以 CO2氣體或 CO2 O2混合氣為保護(hù)氣時(shí)，統(tǒng)稱為熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊（在國(guó)際上簡(jiǎn)稱為 MAG焊）。 熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊可適用于大部分主要金屬，包括碳鋼、合金鋼。熔化極惰性氣體保護(hù)焊適用于不銹鋼、鋁、鎂、銅、鈦、鋯及鎳合金。利用這種焊接方法還可以進(jìn)行電弧點(diǎn)焊。 此焊接方法的特點(diǎn)：顯著提高電弧穩(wěn)定性，熔滴細(xì)化，過(guò)渡頻率增加，飛濺大大減少 (飛濺率為 1%-3%，采用射流過(guò)渡時(shí)幾乎無(wú)飛濺 )，焊縫成形美觀。此外，采用混合氣體保護(hù)還可以改善熔深形狀，未焊透和裂紋等缺陷大大減少，并能提高焊縫金屬的性，減少焊后清理工作量，節(jié)能降耗，改善操作環(huán)境。 CO2氣體保護(hù)焊 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是以二氧化碳?xì)鉃楸Ｗo(hù)氣體，進(jìn)行 焊接的方法。在應(yīng)用方面操作簡(jiǎn)單，適合自動(dòng)焊和全方位焊接。 CO2焊接的特點(diǎn)： 1）在焊接電弧高溫作用下 CO2會(huì)分解成 CO、 O2和 O，對(duì)電弧具有叫強(qiáng)烈的壓縮作用，從而導(dǎo)致該焊接方法的電弧形態(tài)具有弧柱直徑較小，弧跟面積小且往往難于覆蓋焊絲端部全部熔滴的特點(diǎn)，因此熔滴受到的過(guò)渡阻力（斑點(diǎn)力）較大而使熔滴粗化，過(guò)渡路徑軸向性變差，飛濺率大； 2）對(duì)焊接區(qū)保護(hù)良好， CO2的密度是常用保護(hù)氣體中最大的，加上 CO2氣體受熱分解后，體積增大，因此保護(hù)較好； 3）能量相對(duì)集中，焊透能力較大； XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 168 摩托車車架焊接分析 8 4）生產(chǎn)成本低，節(jié)約電能； 5）工 藝和技術(shù)上還具有焊接區(qū)可見度好，便于觀察、操作；焊接熱影響區(qū)和焊接變形較??；熔池體積較小結(jié)晶速度較快，全位置焊接性能良好；對(duì)銹污敏感度低的優(yōu)點(diǎn)。 適用范圍： 目前 CO2氣體保護(hù)焊廣泛應(yīng)用于機(jī)車制造、船舶制造、汽車制造、采煤機(jī)械制造等領(lǐng)域。適用于焊接低碳鋼、低合金鋼、低合金高強(qiáng)鋼，但是不適合于焊接有色金屬、不銹鋼。 在摩托車車架頭部的焊接生產(chǎn)中，對(duì)其焊縫外觀及表面質(zhì)量的要求不高，所以在選擇焊接方法時(shí)，主要考慮經(jīng)濟(jì)高效生產(chǎn)的原則。通過(guò)對(duì)以上幾種焊接方法的比較，此次焊接生產(chǎn)選擇 CO2氣體保護(hù)焊。反觀其他幾種焊接方法 ，由于手工電弧焊的生產(chǎn)效率低，在大批量的焊接生產(chǎn)中，往往不予考慮；而由于 TIG焊 生產(chǎn)率低、生產(chǎn)成本較高等因素的限制，也不做考慮；熔化極氣體保護(hù)電弧焊往往用于產(chǎn)品質(zhì)量較高的焊接生產(chǎn)中，其成本也相對(duì)較高，在此次車架焊接生產(chǎn)中不做首選。 另外由工藝特點(diǎn)上比較，影響熔池存在時(shí)間和熔池幾何形狀的主要因素是被焊金屬的熱物理性能、坡口角度、尺寸、焊接方法以及焊接規(guī)范等。假設(shè)基本金屬的熱物理性能、坡口角度及尺寸為定值時(shí) ,熔池存在的時(shí)間和熔池的幾何形狀可以用下式表示： t=M/v =UIJS/v 式中： t 熔池存在的時(shí)間 , s； S 散熱系數(shù) ； v 焊接速度 ,mm / s； U 電弧電壓 ,V；I 焊接電流 ,A； J 熔池幾何形狀系數(shù) ,mm； M 熔池幾何形狀當(dāng)量外徑 ,mm。 由上式可以看出， CO2 氣體保護(hù)焊具有單面焊雙面成形的有利條件。 CO2氣體保護(hù)焊的電弧熱量集中 ， 加熱面積小 ,液體熔池小 ,熔池幾何形狀比手工電弧焊、埋弧焊較小 ,有利于熔池的控制。 CO2 氣體保護(hù)焊電流密度較大 ,可以達(dá)到足夠的熔深 ,由于熔池體積較小 ,焊接速度快 ,在 CO2 氣流的冷卻作用下 ,熔池停留的時(shí)間短 ,因此既有利于控制熔池不下墜 ,又可以 焊透。 CO2 氣體保護(hù)焊熔渣較少 ,熔池的可見度較好 ,便于直接觀察熔池的形狀 ,焊工可以依據(jù)熔孔的大小來(lái)控制焊接速度和擺動(dòng)以保證焊縫成形 ,易操作且效率高 。 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 168 摩托車 車架頭部焊接工藝方案的制定 9 3 168 摩托車車架頭部焊接工藝方案的制定 3.1 產(chǎn)品圖分析 圖 1 摩托車車架頭部及焊縫位置示意圖 如圖 1所示，摩托車車架頭部主要由立管、主梁管、加強(qiáng)塊以及吊塊組成， 1、2、 3、 4、 5 分別為連接零件的五處焊縫。立管通過(guò)焊縫 1 與主管連接；加強(qiáng)塊通過(guò)焊縫 2、焊縫 3 分別與立管、主管連接，其主要作用是減少焊縫 1處的受力情況，避 免車架頭部斷裂；吊塊 1、吊塊 2也分別通過(guò)焊縫連接在主管尾部，起著懸掛摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。組成車架頭部的五個(gè)零件都是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、綜合機(jī)械性能良好、焊接性優(yōu)越的 16Mn 鋼材料。立管、主管都是壁厚 3mm、直徑 45mm 的 16Mn 鋼管，其中立管是長(zhǎng) 170mm 的圓柱狀，主管是經(jīng)過(guò)彎曲加工的，帶有一定弧度的彎管。加強(qiáng)塊、吊塊 1和吊塊 2都是由 16Mn鋼制成的殼體，吊塊 1分為左右兩塊，分別焊接在主管的兩側(cè)。 此產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)過(guò)程中，主要是針對(duì)圓管的焊接，因此 選用 100%CO2氣體保護(hù)焊，熔深好，焊縫成形美觀，便于單面焊雙面成形 。如 圖 1 中摩托車車架頭部結(jié)構(gòu)，可知加強(qiáng)塊與吊塊的位置是由立管與主梁管的位置關(guān)系決定，所以在裝配時(shí)，首先固定立管，再根據(jù)主管與主梁管的位置關(guān)系確定主梁管的安裝位置，然后再依次裝配加強(qiáng)塊與吊塊。焊接時(shí)，先焊 1 處，固定立管與主梁管的位置，再分別對(duì)加強(qiáng)塊與立管和主梁管的接觸位置進(jìn)行焊接，對(duì)此產(chǎn)品可產(chǎn)用的焊接順序?yàn)椋?1-2-3-4-5或 1-2-3-5-4。 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 168 摩托車 車架頭部焊接工藝方案的制定 10 3.2 焊前準(zhǔn)備 焊接設(shè)備的選擇 選用推絲式半自動(dòng) CO2氣體保護(hù)焊機(jī)，型號(hào)為 JC-350，可適用于厚度為 2 8mm材料的全位置焊接。采用直徑為 1.2 mm的 H08Mn2Si焊 絲 ，單面焊雙面成形焊縫的熔滴過(guò)渡形式為短路過(guò)渡。 坡口形式 坡口是根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝的需要，在焊件的待焊部位加工出的一定幾何形狀的溝槽。 CO2 氣體保護(hù)焊對(duì)坡口形式的要求較為嚴(yán)格，坡口角度依據(jù) GB985 88手弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基本形式與尺寸的標(biāo)準(zhǔn)要求采用單邊 V形坡口，坡口角度在 45 5，對(duì)提高坡口精度以及焊接質(zhì)量，起到了很好的作用。 3.3 焊接工藝參數(shù)的選擇 焊接電流的選 擇 焊接電流是確定熔深的主要因素，當(dāng)焊接電流太大時(shí) ,則焊縫背面容易燒穿、出現(xiàn)咬邊、焊瘤，甚至產(chǎn)生嚴(yán) 重的飛濺和氣孔等缺陷；電流過(guò)小時(shí)，容易出現(xiàn)未熔合、未焊透、夾渣和成形不好等缺陷。試驗(yàn)表明：當(dāng)選用直徑為 1.2 mm焊絲時(shí)，單面焊雙面成形的封底焊接電流為 85 100 A 較為合適。 焊接電壓的選擇 在短路過(guò)渡的情況下，焊接電壓增加則弧長(zhǎng)增加。焊接電壓過(guò)低時(shí)，焊絲將插入熔池，電弧變得不穩(wěn)定。所以焊接電壓一定要選擇合適，通常焊接電流小，則焊接電壓低；電流大，則焊接電壓高。焊接電流與電弧電壓如表 1所示。查焊工使用技術(shù)手冊(cè)中表 4 3-6可知，當(dāng)焊接電流為 85 100 A時(shí)，選擇焊接電壓為 19V較為合適 。 焊接速度的選擇 當(dāng)焊絲直徑、焊接電流和電壓為定值時(shí)，熔深、熔寬及余高隨著焊接速度的增大而減小。如果焊接速度過(guò)快，容易使氣體的保護(hù)作用受到破壞，焊縫冷卻的速度太快，焊縫成形不好；焊接速度太慢，焊縫的寬度顯著增大，熔池的熱量過(guò)分集中，容易燒穿或產(chǎn)生焊瘤。半自動(dòng)焊時(shí)，熟練焊工的焊接速度為 18m/h 36m/h。 焊絲伸出長(zhǎng)度 一般焊絲的伸出長(zhǎng)度約為焊絲直徑的 10倍左右，因此此次焊絲伸出長(zhǎng)度選擇12 mm較為合理。 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 11 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 4.1 焊接工裝介紹 在機(jī)械加工 、產(chǎn)品檢驗(yàn)、裝配和焊接等工藝過(guò)程中，使用著大量的工藝裝備，簡(jiǎn)稱工裝，用以安裝加工對(duì)象，使之占有正確的位置，以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率。焊接工藝裝備就是在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的裝配與焊接過(guò)程其配合及其輔助作用的夾具、機(jī)械裝置或設(shè)備的總稱，簡(jiǎn)稱焊接工裝。 大多數(shù)焊接工裝是為某種焊接組合件的裝配焊接工藝而專門設(shè)計(jì)的，屬于非標(biāo)準(zhǔn)裝置，往往需要各制造廠根據(jù)本廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)制造或者外協(xié)定做。焊接工裝設(shè)計(jì)是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容之一，也是焊接生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一，對(duì)于汽車、摩托車和 飛機(jī)等制造業(yè)，可以毫不夸張地說(shuō)，沒(méi)有焊接工裝就沒(méi)有產(chǎn)品。因此，焊接工藝人員應(yīng)掌握有關(guān)工裝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)。通常在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，提出所需要的工裝類型、結(jié)構(gòu)草圖和簡(jiǎn)要說(shuō)明（例如裝配焊接順序、焊接變形預(yù)防或減小措施、焊接速度和焊接電流回路等）。在此基礎(chǔ)上由工裝設(shè)計(jì)人員完成詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計(jì)及全部圖樣。如果設(shè)計(jì)者對(duì)焊接工藝過(guò)程生疏，往往設(shè)計(jì)的工裝夾具適用性較差，甚至不能滿足生產(chǎn)要求。 4.1.1 焊接工裝的作用 提高焊接制品的精度，保證其互換性 在裝配定位焊時(shí)，如果不使用工裝夾具，即使組合件是由幾個(gè)零件組 成的，欲保證各零件精確的相對(duì)位置，也是不可能的。此外，在焊接過(guò)程中，焊件往往會(huì)產(chǎn)生變形，尤其是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其變形有時(shí)會(huì)達(dá)到無(wú)法消除的程度，就會(huì)影響到后面總裝配工作，甚至造成產(chǎn)品報(bào)廢。采用工裝夾具，不僅可以保證裝配定位焊時(shí)，各零件正確的相對(duì)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(chǎn)時(shí)，可以穩(wěn)定焊接質(zhì)量，減少焊件尺寸偏差，保證產(chǎn)品的互換性。 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低制造成本 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程一般包括：準(zhǔn)備（焊接材料的清洗、烘干、工件開坡口等），裝配（對(duì)正、定位、夾緊或點(diǎn)固焊等），焊接，清理（ 從工裝夾具上卸除工件，清除焊渣等），檢驗(yàn)，焊后熱處理及矯正，最后檢驗(yàn)等工序。焊前和焊后各項(xiàng)輔助工序的勞動(dòng)量往往超過(guò)焊接工序本身。因此，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率最有效的措施是減少輔助工序的時(shí)間。在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，由于焊件的復(fù)雜程度不同，純焊接時(shí)間僅占產(chǎn)品全部加工時(shí)間的 10% 30%，其余為備料、裝配及輔助工作等時(shí)間。對(duì)于梁柱結(jié)構(gòu)，裝配與翻轉(zhuǎn)工作時(shí)間占總生產(chǎn)工時(shí)的 30% 50%；對(duì)于圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 12 16mm、長(zhǎng)度 1.5m 的縱縫自動(dòng)埋弧焊的焊接時(shí)間為 8min，而其輔助時(shí)間為 40min，即焊接時(shí)間只占裝焊總工時(shí)的 17%，在這 種情況下，即使把焊接速度提高 1倍（一般很難辦到），也只能提高生產(chǎn)率約 10%。如果采用高效率的焊接工裝夾具，使輔助時(shí)間減少到 20min，那么勞動(dòng)生產(chǎn)率就可以提高 40%。顯然，欲縮短生產(chǎn)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，除了采用自動(dòng)化焊接工藝外，還要采用先進(jìn)的裝配工藝，采用機(jī)械化和自動(dòng)化程度高的工裝夾具。 采用焊接工裝還可以降低制造成本。產(chǎn)品成本一般包括原材料費(fèi)用、燃料動(dòng)力費(fèi)用、廠房設(shè)備折舊費(fèi)、工資、管理費(fèi)等。制造焊接工裝雖然要增加產(chǎn)品的成本，但是各種工裝和設(shè)備投資以及管理費(fèi)等，僅僅是分?jǐn)偟矫總€(gè)產(chǎn)品上的一部分。一旦 焊接工裝發(fā)揮作用，它就能減少裝配和焊接工時(shí)的消耗，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；降低對(duì)裝配、焊接工人的技術(shù)水平要求；由于焊接質(zhì)量高，可以減免焊后矯正變形或修補(bǔ)工序，簡(jiǎn)化檢驗(yàn)工序等，縮短整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。這些效果導(dǎo)致產(chǎn)品成本大幅度降低，制造工裝設(shè)備的投入將遠(yuǎn)小于產(chǎn)出。另外，采用工裝并不意味著要選用機(jī)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的設(shè)備，許多情況下采用一些簡(jiǎn)單的定位器、夾緊器或?qū)F(xiàn)有設(shè)備稍加改裝，往往也能收到明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障安全生產(chǎn) 采用工裝夾具，工件定位快速，裝夾方便、省力，減輕了焊件裝配定位和夾緊時(shí)的 繁重體力勞動(dòng)；焊件的翻轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，變位迅速，使焊接條件較差的空間位置焊縫變?yōu)楹附訔l件較好的平焊位置焊縫，勞動(dòng)條件大為改善，同時(shí)有利于焊接生產(chǎn)安全管理。 4.1.2 焊接工裝的分類 焊接結(jié)構(gòu)種類繁多，形狀尺寸各異，生產(chǎn)工藝過(guò)程和要求也各不相同，相應(yīng)的工藝裝備在形式、工作原理及技術(shù)要求上也有很大差別。為了適應(yīng)技術(shù)管理工作的需要，便于掌握各類工裝的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)基本方法，有必要就目前已有的焊接工裝進(jìn)行分類。 按用途分類 1）裝配用工藝裝備這類工裝主要任務(wù)是按產(chǎn)品圖樣和工藝上的要求，把焊件中各零件 或部件的相互位置準(zhǔn)確地固定下來(lái)，只進(jìn)行定位焊，而不完成整個(gè)焊接工作。這類工裝通常稱為裝配定位焊夾具，也叫暫焊夾具，它包括各種定位器、壓夾器、推拉裝置、組合夾具和裝配胎架。 2）焊接用工藝裝備這類工裝專門用來(lái)焊接已點(diǎn)固好的工件。例如，移動(dòng)焊機(jī)的龍門式、懸臂式、可伸縮懸臂式、平臺(tái)式、爬行式等焊接機(jī)；移動(dòng)焊工的升降臺(tái)等。 3）裝配焊接工藝裝備在這類工裝上既能完成整個(gè)焊件的裝配又能完成焊縫的XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 13 焊接工作。這類工裝通常是專用焊接機(jī)床或自動(dòng)焊接裝置，或者是裝配焊接的綜合機(jī)械化裝置，如一些自動(dòng)化生產(chǎn)線。應(yīng)該指出，實(shí)際生產(chǎn)中工 藝裝備的功能往往不是單一的，如定位器、夾緊器常與裝配臺(tái)架合在一起，裝配臺(tái)架又與焊件操作機(jī)械合并在一套裝置上；焊件變位機(jī)與移動(dòng)焊機(jī)的焊接操作機(jī)、焊接電源、電氣控制系統(tǒng)等組合，構(gòu)成機(jī)械化自動(dòng)化程度較高的焊接中心。 按應(yīng)用范圍分類 1）通用焊接工裝指已標(biāo)準(zhǔn)化且有較大適用范圍的工裝。這類工裝無(wú)需調(diào)整或稍加調(diào)整，就能適用于不同工件的裝配或焊接工作。 2）專用焊接工裝只適用于某一工件的裝配或焊接，產(chǎn)品變換后，該工裝就不再適用。 3）柔性焊接工裝指用同一工裝系統(tǒng)裝配焊接在形狀與尺寸上有所變化的多種工件。柔性概念沒(méi)有明 確的界限，可以是廣義的，即工件變化可以在大范圍，形狀完全不同，尺寸變化也很大，如組合夾具；也可以是狹義的，工件變化只在小范圍，即在相似的形狀和尺寸變動(dòng)不大的范圍內(nèi)，如可調(diào)整夾具。 按動(dòng)力源分類 可分為手動(dòng)、氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)、磁力、真空等焊接工藝裝備。 按焊接方法分類 可分為電弧焊工裝、電阻焊工裝、釬焊工裝、特種焊工裝等。 4.1.3 焊接工裝的特點(diǎn) 焊接工裝的特點(diǎn)，是由裝配焊接工藝和焊接結(jié)構(gòu)決定的。與機(jī)床夾具比較其特點(diǎn)是： 1）在焊接工藝裝備中進(jìn)行裝配和焊接的零件有多個(gè)，它們的裝配和焊接按一定的順序 逐步進(jìn)行，其定位和夾緊也都是分別的單獨(dú)的或是一批批聯(lián)動(dòng)地進(jìn)行，其動(dòng)作次序和功能要與制造工藝過(guò)程相符合。 2）焊件在工裝中比機(jī)加工零件在機(jī)床夾具中受有較小的夾持力，而且不同零件、不同部件的夾持力也不相同。在焊接過(guò)程中，當(dāng)零件因焊接加熱而伸長(zhǎng)或因冷卻而縮短時(shí)，為了減少或消除焊接變形，要求對(duì)某些零件給予反變形或作剛性固定。但是，為了減少焊接應(yīng)力，又允許某些零件在某一方向是自由的。有些零件僅利用定位裝置定位即可，而不夾緊。因此，在焊接工裝中不是對(duì)所有的零件都作剛性的固定。 3）由于工裝往往是焊接電源二次回路的一個(gè)部 分，有時(shí)為了防止焊接電流流過(guò)機(jī)件而使其燒壞，需要進(jìn)行絕緣。因此絕緣和導(dǎo)電是一個(gè)重要而特殊的問(wèn)題。例如，在設(shè)計(jì)電阻焊用的夾具時(shí)，如果絕緣處理不當(dāng)，將引起分流，使焊接接頭強(qiáng)度降低。在設(shè)計(jì)電弧焊用的變位機(jī)時(shí)，如果導(dǎo)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會(huì)燒壞軸承。 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 14 4）焊接工裝要與焊接方法相適應(yīng)。例如，用于熔化焊的夾具，工作時(shí)主要承受焊接應(yīng)力和夾緊反力以及焊件的重力；用于壓力焊的夾具主要承受頂鍛力。薄板鎢極氬弧焊要求在夾具上設(shè)置銅墊，埋弧焊可在夾具上設(shè)置焊劑墊；焊接鈦合金、鋯合金等活性材料，可以考慮背面充氬氣保護(hù)；焊接高強(qiáng)鋼為防止裂 紋需要焊前預(yù)熱或焊后緩冷的，可以考慮在夾具上設(shè)置加熱裝置；再如，為了避免直流電弧的磁偏吹現(xiàn)象，焊縫兩側(cè)的壓塊不用磁性材料制作；真空電子束焊所使用的夾具也要考慮磁性材料對(duì)電子束聚焦的影響。 5）焊接件為薄板沖壓件時(shí)，其剛性比較差，極易變形，如果仍然按剛體的六點(diǎn)定位原理，即 3-2-1 定位，工件就可能因自重或夾緊力的作用，定位部位發(fā)生變形而影響定位精度。此外，薄板焊接主要產(chǎn)生波浪變形，為了防止變形，通常采用比較多的輔助定位點(diǎn)和輔助夾緊點(diǎn)以及過(guò)多的依賴于沖壓件外形定位。因此，薄板焊接工裝與機(jī)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，在第一基面上的定位點(diǎn)數(shù)目 N允許大于 3，即采用 N-2-1定位原理。 4.2 開發(fā)工具的選擇 此次設(shè)計(jì)選擇 CAD 繪制產(chǎn)品圖、裝配圖、零件圖等。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，簡(jiǎn)稱 CAD。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)的 內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計(jì)人員通常用草圖開始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以快速做出圖形顯示出來(lái)，使設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)做出判斷和修改；利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。 CAD 能夠減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。 4.3 總裝圖 此次設(shè)計(jì)的摩托車車架頭部焊接夾具為一套專用夾具，它只適合此產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)，為手動(dòng)焊接工藝裝備。在這套夾具上既能完成整個(gè)車架頭部的裝配，又能完成焊縫的焊接工作。以 下為 CAD制作的上述摩托車車架頭部焊接夾具示意圖，圖 2為此夾具的主視圖，圖 3為俯視圖。 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 15 圖 2 摩托車車架頭部焊接夾具主視圖 圖 3 摩托車車架頭部焊接夾具俯視圖 1-支撐軸； 2-軸套； 3-支承板； 4-底板； 5-底板支撐； 6-擋銷； 7-立管銷支承座； 8-立管銷； 9-頂桿； 10-第三類夾緊器； 11-夾緊器支承座； 12-夾緊器支承座； 13-第三類夾緊器；XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 16 14-頂桿； 15-夾緊器支承座； 16-第三類夾緊器； 17-頂桿； 18-定位插銷； 19-定位插銷； 20-主梁管支承座； 21-壓板； 22-第一類夾緊器 ； 23-夾緊器支承座； 24-主梁管支承座； 25-立管銷支承座； 26-第三類夾緊器； 27-立管銷。 4.4 零部件圖及加工 第一類鉸鏈 -杠桿夾緊器 圖 3、圖 4所示，為第一類鉸鏈 -杠桿夾緊器的視圖，這一類夾緊器由兩組杠桿（手柄杠桿與夾緊杠桿）通過(guò)與一組連接板的鉸鏈組合而成，連接板位于手柄杠桿與夾緊杠桿中間，手柄杠桿的施力點(diǎn)與夾緊杠桿的受力點(diǎn)通過(guò)連接板的鉸鏈連接在一起，而兩組杠桿的支點(diǎn)都與支座鉸接，支點(diǎn)的位置是固定的。此夾緊器在夾具中的作用是保證主梁管固定在主梁管支承座與壓板之間固定不動(dòng)，確保焊接時(shí)各個(gè)零件的 尺寸位置。此夾緊器質(zhì)量較輕，便于安裝與卸載，且其操作簡(jiǎn)單方便，為裝配零件與取下產(chǎn)品時(shí)節(jié)約了大量時(shí)間，從而間接的提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率。此夾緊器類似于型號(hào)為 GH-13005的夾緊器，其夾緊杠桿轉(zhuǎn)角為 90，手柄杠桿轉(zhuǎn)角為 170。 圖 4 第一類鉸鏈 -杠桿夾緊器俯視圖 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 17 圖 5 第一類鉸鏈 -杠桿夾緊器主視圖 第三類鉸鏈 -杠桿夾緊器 下圖為第三類鉸鏈 -杠桿夾緊器示意圖，此夾緊器新號(hào)為 GH-36010，導(dǎo)軌行程為 41.3mm，手柄杠桿轉(zhuǎn)角為 180，質(zhì)量為 800g，夾緊力 3640N。此類夾緊器質(zhì)量較輕， 能在工裝夾具中快速方便地安裝與卸載。此摩托車車架頭部焊接夾具中使用了四個(gè)此類夾緊器，分別連接在立管銷與頂桿上，用于定位立管、加強(qiáng)塊與吊塊。 圖 6 第三類鉸鏈 -杠桿夾緊器俯視圖 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 18 圖 7 第三類鉸鏈 -杠桿夾緊器主視圖 立管銷支承座 如下圖 8 所示，為立管銷支承座，其主要作用是支承立管銷，使立管銷固定立管的位置，其中支承座上孔的軸線與立管銷的軸線在同一直線上。此支承板的材料為 T8鋼，熱處 理?xiàng)l件為 55 60HRC，其中直徑為 39mm孔的表面粗糙度為 Ra 1.6，其他均為 Ra3.2,查表得其公差等級(jí)為 IT10 IT11。對(duì)于階梯平面，通過(guò)刨削就可以達(dá)到要求；對(duì)于沉孔與小孔，通過(guò)沖孔即可達(dá)到要求；加工直徑 39mm孔時(shí)，先沖孔，再一次擴(kuò)孔。 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 19 圖 8 立管銷支承座零件圖 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 20 帶夾緊器的立管銷支承座 帶夾緊器的立管銷支承座，其材料、作用與零件加工基本與立管銷支承座一樣。其主要作用是支承立管銷與第三類夾緊器，使立管銷固定立管的位置，并保證夾緊器、立管銷與立管的軸線在同一直線上。此支承板的材料為 T8鋼，熱處理?xiàng)l件為 55 60HRC，其中直徑為 39mm孔的表面粗糙度為 Ra1.6，其他均為 Ra3.2,查表得其公差等級(jí) 為 IT10 IT11。對(duì)于階梯平面，通過(guò)刨削就可以達(dá)到要求；沉孔與小孔，通過(guò)沖孔即可達(dá)到要求；加工直徑為 39 mm孔時(shí)，先沖孔，再一次擴(kuò)孔；最后再攻螺紋即可完成此零件的加工。如下圖所示 : 圖 9 帶夾緊器的立管銷支承座零件圖 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 21 主梁管支承座 主梁管支承座的作用是支承主梁管，確定主梁管的位置不變。此零件的材料為 20鋼，熱處理?xiàng)l件為 58 64HRC，滲碳深度為 0.8 1.2 mm。支承座的 V槽與零件直接接觸，因此對(duì)此表面的精度要求較高，其表面粗糙度為 Ra0.8，公差等級(jí)達(dá)到 IT7，對(duì)此 V 槽的加工，主要 是通過(guò)刨床加工出 V型面，再通過(guò)磨削即可；而對(duì)其他表面的精度要求不高，通過(guò)刨削與沖孔即可達(dá)到零件上表面與孔的精度要求。零件圖如下所示： 圖 10 主梁管支承座零件圖 第一類夾緊器支承座 此支承座在夾緊主梁管時(shí)與夾緊器和壓板配合使用，使其能夠到產(chǎn)品位置的XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 22 高度。支承板的材料為 T8 鋼，熱處理?xiàng)l件為 55 60HRC。加工此零件時(shí)，對(duì)其表面精度的要求不高，高為 15 mm 的平面可通過(guò)刨床刨削加工獲得，通過(guò)鉆孔可獲得所需的小孔與沉孔，最后再攻螺紋即可得到此支承座。如下圖所示： 圖 11 夾緊器支承座零件圖 第三類夾緊器支承座 第三類夾緊器支承座與第一類夾緊器支承座的材料、熱處理、加工基本一樣。此類支承座在摩托車車架頭部焊接夾具中被多處使用，其與夾緊器、頂桿配合使XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 23 用，固定堅(jiān)強(qiáng)快與吊塊的位置。表面精度要求不高，通過(guò)鉆孔與攻螺紋即可獲得零件上的沉孔與螺紋孔。零件圖如下所示： 圖 12 夾緊器支承座零件圖 立管銷 圖 13、圖 14 分別為兩立管銷零件圖，后者為連接夾緊器的立管銷。由于兩立管銷直接伸入立管內(nèi)實(shí)現(xiàn)定位，限制立管在 x、 y、 z方向的移動(dòng)。其材料為 20鋼，通過(guò)滲碳深度為 0.8 1.2 mm， 55 60HRC 的熱處理。加工此零件時(shí)，由于其與產(chǎn)品零件直接接觸，因此對(duì)其表面精度要求相對(duì)要高，表面粗糙度為 Ra1.6，對(duì)圓表面通過(guò)一次精車加工即可。如下圖所示： XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 24 圖 13 立管銷零件圖 圖 14 立管銷（連接夾緊器）零件圖 頂桿 此頂桿的材料為 20鋼，通過(guò) 55 60HRC的熱處理。頂桿頭部的加工與主梁管支承座的加工方案一樣，通過(guò)刨床刨削與磨床磨削即可；其尾部主要經(jīng)過(guò)車床車削，再攻螺紋。如下圖： XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 25 圖 15 頂桿零件圖 10定位插銷（吊塊 1處） 此定位插銷主要限制吊塊 1 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，配合頂桿使吊塊固定在主梁管上的相對(duì)位置。此插銷的材料為 T8，經(jīng)過(guò) 55 60HRC熱處理。如圖： 圖 16 定位插銷零件圖 11定位插銷（吊塊 2處） 此定位插銷主要限制吊塊 2 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，配合頂桿使吊塊固定在主梁管上的相對(duì)位置。此插銷的材料為 20鋼，經(jīng)過(guò) 55 60HRC熱處理。如圖： XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 26 圖 17 定位插銷零件圖 12 壓板 壓板零件圖如下所示，該零件只對(duì)與車架頭部接觸表面的精度要求較高，其經(jīng)過(guò)磨床磨削可達(dá)到精度要求。壓板材料為 20鋼，經(jīng)過(guò) 55 60HRC 熱處理。 圖 18 壓板零件圖 XX 大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 168 摩托車車架頭部焊接工裝夾具設(shè)計(jì) 27 4.5 工裝夾具的使用功能 摩托車車架頭部由立管、主梁管、加強(qiáng)塊與吊塊焊接而成，焊接時(shí)，由于管與管之間、管與塊之間的連接部位均需焊接，其焊接部位較多，并且由于管與管之間、管與塊之間的相對(duì)位置不易確定和控制，不利于車架頭部的焊接操作，而且焊接成形后的車架頭部形狀尺寸不易滿足要求，故使焊接成形后的車架頭部質(zhì)量得不到可靠的保證。 此次設(shè)計(jì)的摩托車車架頭部焊接夾具，能有效的確定和控制車架頭部管與管之間、管與塊之間的相對(duì)位置，保證車架頭部焊接成形后的質(zhì)量， 滿足車架頭部的形狀尺寸，并且便于焊接操作。 此摩托車車架頭部焊接夾具，包括底板和位于底板兩端的支撐，在兩支撐上端安裝有支撐軸，兩支撐軸軸線位于同一直線上。在底板兩端固定有具有軸套的支承板，兩軸套套裝在兩支撐軸上與支撐軸間隙配合，使底板可在兩支撐之間繞兩支撐軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。 在底板上安裝固定有具有定位孔的兩立管銷支承座，兩定位孔內(nèi)均安裝有立管銷與定位孔間隙配合，且兩定位孔軸線位于同一直線上，其中一立管銷支承座上固定有第三類鉸鏈 -杠桿夾緊器，夾緊器前端與立管銷通過(guò)螺紋連接。立管銷在焊接操作時(shí)插放在立管的兩端孔內(nèi)，用 于立管的徑向定位。夾緊器可使其中一立管銷沿立管軸向移動(dòng)，并用立管銷臺(tái)階端面抵住立管一端，實(shí)現(xiàn)立管的軸向定位。底板上安裝固定有具有定位槽的主梁管支承座和夾緊器支承座，兩立管銷支承座與主梁管支承座、夾緊器支承座之間的相對(duì)位置應(yīng)使標(biāo)準(zhǔn)車架頭部放置在底板上后，兩立管銷能夠插入車架立管兩端孔內(nèi)與車架立管間隙配合，且車架的主梁管能夠位于主梁管支承座上的定位槽內(nèi)并與其間隙配合。 在底板上安裝固定有多個(gè)夾緊器支承座，在第三類鉸鏈 -杠桿夾緊器前端分別連接 V 型頂桿，通過(guò)夾緊器施加壓力，使加強(qiáng)塊固定在立管與主梁管之間的對(duì)應(yīng)位置。 底板上有兩定位插銷，兩定位插銷分別通過(guò)兩吊塊的小孔，從而限制兩吊塊沿著主梁管的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與水平移動(dòng)，再通過(guò)夾緊器施加壓