郭永環(huán)，范希營，張亮，許以軍，李順才

(1.江蘇師范大學(xué)，江蘇徐州 221116;2.徐州鴻源自動化技術(shù)有限公司，江蘇徐州 221009)

焊接工裝是焊接工藝的重要組成部分［1］，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的日益完善，計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)方法已成為主流［2］，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)開展焊裝過程的模擬是預(yù)先發(fā)現(xiàn)焊裝過程中存在問題的最為有效方法之一［3］。焊接變形一直是焊接生產(chǎn)中需要面對和解決的問題，焊接變形不僅使焊接工件的尺寸難以滿足設(shè)計(jì)要求，而且造成安裝困難或影響產(chǎn)品美觀［4］，因此生產(chǎn)上有時(shí)采用夾緊防變形的方式［5］，然而這種方式將產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。文中將設(shè)計(jì)一種熔敷金屬力學(xué)性能測試用試板焊接工裝，目的是減少焊接應(yīng)力，使工件能夠快速準(zhǔn)確定位，防止不同角度變形，減輕工人勞動強(qiáng)度。

1 試板形狀及尺寸

熔敷金屬力學(xué)性能測試試板按GB/T 5117-1995制備，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定試板在焊接前應(yīng)予以反變形或拘束［6］，以防止角變形。試板的形狀及尺寸如圖1 所示。焊條直徑不同，最小板厚t 以及根部尺寸C 也不同。GB/T 5117-1995 標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定:焊接的層數(shù)根據(jù)焊條直徑最少是5～7 層，最多是10～12 層，每層是兩道焊道。這樣當(dāng)焊工焊完一道焊道時(shí)，需搬動工件使工件旋轉(zhuǎn)180°，再進(jìn)行下一道焊道的焊接，增加了工人的勞動強(qiáng)度。因此當(dāng)焊接的材料和厚度不同時(shí)，所發(fā)生的角變形也不同(一般變形角度在30°以內(nèi))，因此反變形的工裝也不同。另外焊接前如果對工件進(jìn)行拘束，在工件中將產(chǎn)生較大的應(yīng)力，影響焊接質(zhì)量。因此需設(shè)計(jì)一種不對工件進(jìn)行約束的工裝，使工件自由變形。

圖1 試板形狀及尺寸

2 焊接工裝

2.1 焊接工裝結(jié)構(gòu)簡圖

如圖2 所示，為熔敷金屬力學(xué)性能測試用試板焊接工裝結(jié)構(gòu)圖，支架12 安裝在夾具體1 上，鉸鏈軸10 穿過托板5 的兩個(gè)孔，托板5 的一端安裝到支架12 上，托板5 的另一端在支撐8 的作用下可以繞著鉸鏈軸10 轉(zhuǎn)動所需要的30°以內(nèi)的任意角度。

圖2 焊接工裝結(jié)構(gòu)圖

刻度盤2 安裝在夾具體1 上，刻度盤2 上的刻度分布中心與托板5 安裝工件用的上表面的回轉(zhuǎn)中心同軸，通過刻度盤5 可以讀出托板5 上工件的安裝角度。將托板5 調(diào)整到所需角度后，在調(diào)整墊塊7 下方塞入一定尺寸的塞尺，使工件和墊板接觸，以保證焊縫成形和防止燒穿。當(dāng)焊完一道焊道時(shí)，抽出后小星形把手16，使與后小星形把手16 相連的斜楔17 也被抽出。將夾具體通過法蘭盤4 繞絲杠6 順時(shí)針(或逆時(shí)針)轉(zhuǎn)動180°，插入前小星形把手15，與前小星形把手15 相連的斜楔實(shí)現(xiàn)夾緊，使夾具體固定不動，以方便下一道焊道的焊接。焊完之后，抽出前小星形把手15，再逆時(shí)針(或順時(shí)針)轉(zhuǎn)動夾具體180°，插入后小星形把手16，進(jìn)行焊接，如此往復(fù)，一直到焊接完畢。為了防止焊接迸濺，還安裝了鉸鏈軸護(hù)板11 以保護(hù)鉸鏈軸10，安裝了刻度盤護(hù)板3 用以保護(hù)刻度盤2。為了適應(yīng)不同試板的根部間隙，設(shè)計(jì)了不同尺寸的可換擋板9。

2.2 焊接工裝三維裝配圖

利用UG NX 7.0 的裝配模塊，對焊接工裝進(jìn)行三維裝配設(shè)計(jì)，將零部件按照一定的約束關(guān)系組合在一起，檢查零件間的間隙及匹配，經(jīng)分析:各個(gè)零部件之間不存在工藝中的結(jié)構(gòu)性和空間性的干涉情況。焊接工裝的三維裝配圖如圖3 所示。

圖3 焊接工裝三維裝配圖

為了將裝配間的關(guān)系更加明確地表示出來，現(xiàn)對裝配圖進(jìn)行爆炸處理，各個(gè)零件間的關(guān)系如圖4所示。

圖4 焊接工裝爆炸圖

2.3 焊接工裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

該熔敷金屬力學(xué)性能測試用試板焊接工裝的特點(diǎn)是:

(1)夾具體1 不和焊接工位接觸;底座13 直接放在焊接工位上。夾具體1 可以繞絲杠6 在水平面旋轉(zhuǎn)180°并被快速夾緊。

(2)刻度盤2 上有刻度盤護(hù)板3;鉸鏈軸10 上有鉸鏈軸護(hù)板11。護(hù)板便于拆卸。

(3)設(shè)計(jì)了不同尺寸的可換擋板9，以適于不同焊接工件的快速裝配。

(4)絲杠6 在底座13 中由緊定螺釘14 緊定不動，保證了絲杠的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

(1)通過刻度盤、托板等零件的配合，能在一套工裝上完成多種變形角度的對接接頭裝配，避免了一種變形角度需要一種工裝的浪費(fèi)現(xiàn)象。

(2)夾具體能帶動工件在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)和快速定位，提高了生產(chǎn)率，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。

(3)焊接火花迸濺不到刻度盤及鉸鏈軸上，提高了焊接工裝的使用壽命。

(4)設(shè)計(jì)了不同尺寸的可換擋板，可以滿足不同焊接根部間隙裝配要求，避免了需要設(shè)計(jì)不同工裝的浪費(fèi)現(xiàn)象，降低了生產(chǎn)成本。

［1］單俊，熊震宇，顧網(wǎng)平，等.T 系列后簧后座機(jī)器人焊接夾具設(shè)計(jì)［J］.電焊機(jī)，2013，43(2):98－101.

［2］王琪，韓筱，周明春，等.UG 二次開發(fā)在專用車焊裝夾具中的應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012(4):247－249.

［3］馬其華，任洪娟.白車身后側(cè)圍焊裝夾具設(shè)計(jì)與仿真［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012(11):239－241.

［4］李軍，張文鋒.機(jī)械擠壓矯正焊接變形的模擬與試驗(yàn)研究［J］.材料科學(xué)與工藝，2013，21(1):134－137.

［5］李積俠.轎車排氣系統(tǒng)機(jī)器人焊接夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及柔性化［J］.電焊機(jī)，2013，43(2):94－97.

［6］全國焊接標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 5117-2012 非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.