郎超男 陳本茁 楊東

摘 要

為滿足礦用隔爆燈具的電子驅(qū)動(dòng)器座板焊接的工藝要求，保證焊接質(zhì)量，設(shè)計(jì)一種手工電弧焊焊接夾具。主要對(duì)焊接夾具的結(jié)構(gòu)、性能設(shè)計(jì)及其具體實(shí)際應(yīng)用等方面進(jìn)行研究。夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理，使用方便、解決了電子驅(qū)動(dòng)器座板手工電弧焊焊接加工的工藝難題并保證了焊接質(zhì)量，有效提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞

礦用隔爆燈;電子驅(qū)動(dòng)器;手工電弧焊;焊接夾具

中圖分類號(hào)： TH703 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shè)計(jì)的，屬于非標(biāo)準(zhǔn)裝置，往往需要根據(jù)企業(yè)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[1-2]。

在焊接過程中，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)影響到總裝配工序，甚至造成產(chǎn)品報(bào)廢。采用焊接夾具，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。

尤其焊接件為薄板沖壓件時(shí)，其剛性比較差，實(shí)施焊接時(shí)易發(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)以及依賴于沖壓件外形定位。因此，薄板焊接夾具與機(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[3]。

1 夾具的設(shè)計(jì)背景

電子驅(qū)動(dòng)器座板是礦用隔爆燈具系列產(chǎn)品上用來(lái)固定安裝電子驅(qū)動(dòng)器位置的重要元件，由螺孔、底板、工藝孔、焊點(diǎn)和方軸組成。底板是材質(zhì)為Q235、厚度2㎜的薄板沖裁件。座板的右端是一對(duì)邊長(zhǎng)為8mm的方軸，其材質(zhì)也為Q235。需要把底板與方軸兩個(gè)獨(dú)立的零件通過單面焊接的方式連接起來(lái)，由于此座板在礦用隔爆燈具的結(jié)構(gòu)上具有驅(qū)動(dòng)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(diǎn)具有較高的抗拉強(qiáng)度[5]

若采用點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)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(qiáng)度要求，其他常規(guī)的加工方法也無(wú)法保證其質(zhì)量要求，生產(chǎn)加工效率也很難提高。手工電弧焊具有操作簡(jiǎn)單方便、焊接質(zhì)量好，焊點(diǎn)強(qiáng)度高的特點(diǎn)[6]，因此采用手工電弧焊焊接座板是比較恰當(dāng)?shù)墓に囘x擇。

綜上所述，要滿足電子驅(qū)動(dòng)器座板的焊接質(zhì)量和工藝要求必須設(shè)計(jì)制造專用的手工電弧焊焊接夾具。

2 焊接夾具的設(shè)計(jì)

根據(jù)上述對(duì)電子驅(qū)動(dòng)器座板結(jié)構(gòu)圖的分析，電子驅(qū)動(dòng)器座板實(shí)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(diǎn)，實(shí)施焊接后形成焊點(diǎn)。

設(shè)計(jì)后的夾具分為主體定位、夾緊機(jī)構(gòu)和退料機(jī)構(gòu)三部分。設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)及工件定位的設(shè)計(jì)

夾具主體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置連接成一個(gè)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(shè)計(jì)要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，表面要有一定的硬度和精度。在保證強(qiáng)度和剛度前提下結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單緊湊，體積盡量小且便于工件裝卸，并能實(shí)現(xiàn)安裝穩(wěn)定牢靠，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的工藝性能要好，便于制造、裝配和檢驗(yàn)尺寸。此外，夾具在生產(chǎn)應(yīng)用中勢(shì)必會(huì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)夾具時(shí)首先要考慮到薄板焊接容易變形，尺寸定位勢(shì)必會(huì)發(fā)生位移和改變，合理避免此問題的措施是首先設(shè)計(jì)其定位裝置。定位的作用是要使工件在夾具中具有準(zhǔn)確和確定不變的位置，在保證加工要求的情況下依據(jù)六點(diǎn)定位原理，對(duì)工件的X、Y、Z方向的空間自由度進(jìn)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(zhǔn)確地固定下來(lái)，工件座板是由底板和方軸兩個(gè)獨(dú)立的零件組成，因此定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分別涉及底板和方軸的定位。

其定位結(jié)構(gòu)是由一個(gè)與底板外圓尺寸配合的止口，在止口端面上有兩個(gè)定位菱形銷，止口的中心設(shè)置一個(gè)方軸定位孔，其尺寸形狀與方軸間隙配合?？紤]到工件焊接中受熱后會(huì)產(chǎn)生尺寸變大現(xiàn)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(zhǔn)是控制其X方向、Y方向和Z方向的各個(gè)自由度，兩個(gè)菱形定位銷控制其Z方向的旋轉(zhuǎn)自由度。采用菱形銷的目的是有效防止不利的過定位現(xiàn)象，使工件安裝方便。電子座板夾具方軸定位孔是對(duì)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

使用焊接夾具焊接工件相比較機(jī)加工零件在機(jī)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(dāng)零件因焊件受熱造成變形、伸長(zhǎng)或冷卻后而縮短時(shí)，為了減少或消除焊接變形，要求對(duì)零件給予反變形或作剛性固定。但有時(shí)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。

因此，在焊接夾具中不是對(duì)所有的零件都作剛性的固定。座板焊接夾具在設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在夾具主體上端面左右方向設(shè)置兩個(gè)緊固螺釘，把工件固定在夾具上進(jìn)行夾緊。緊固螺釘?shù)穆菁y部分采用左旋螺紋，方軸插入方軸定位孔內(nèi)并放置好底板后分別旋轉(zhuǎn)兩個(gè)緊固螺釘使之與底板緊固。

2.3 退料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在夾具主體左端設(shè)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(shí)現(xiàn)輕松取件。彈簧采用國(guó)標(biāo)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(shí)際應(yīng)用

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

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)電子驅(qū)動(dòng)器座板焊接進(jìn)行工藝分析，設(shè)計(jì)出一種手工電弧焊焊接夾具，并對(duì)焊接夾具的結(jié)構(gòu)、性能設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行研究分析。設(shè)計(jì)的焊接夾具有以下顯著特點(diǎn)：

1）夾具采用QT400合金鑄鐵鑄造夾具主體且表面經(jīng)過熱處理，硬度高;表面不易產(chǎn)生焊接飛濺殘?jiān)?，易于清?

2）自動(dòng)頂出退料裝置的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了工件的取件過程;

3）夾具整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作方便，工件定位準(zhǔn)確、夾緊穩(wěn)固工件不易變形，有效保證了工件生產(chǎn)加工工藝及性能要求，提高了生產(chǎn)效率。

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