一种薄板类零件曲面焊接夹具设计

摘 要　针对薄板上盖件不易装夹、受力、受热易变形、热成形差等特点以及考虑其具有复杂空间曲线造成定位难和焊边对接困难,在对零件及焊接工艺的分析上,设计了与智能焊接机器人相配合的适用于批量生产的专业焊接夹具.实践证明,该夹具能够保证焊接质量,提高生产效率,适合批量生产,具有技术创新性.

关 键 词　焊接夹具；薄板零件；曲面焊接

中图分类号TH13文献标识码A文章编号　1674-6708（2013）82-0180-02

0引言

薄板焊接夹具是对冲压成形薄板零件进行装配焊接的专用工艺装置,是直接影响产量、质量的关键设备.合理设计装配焊接夹具是保证焊接质量、提高劳动生产率、减轻工人劳动强度、降低产品制造成本的根本途径.大多数的焊接夹具是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的,属于非标准装置,往往需要各制造厂根据本厂的产品结构特点、生产条件和实际需要自行设计制造或者外协.焊接夹具的设计是生产准备工作的重要内容也是焊接生产工艺设计的主要任务.

本文针对智能型焊接机器人在燃气烤炉产品中的应用设计了一种高效柔性焊装夹具.该夹具能同焊接机器人极好地配合完成焊接工作并保证焊接质量.且该夹具能够快速装夹,精确定位,解决了具有复杂空间曲线的零件焊边对接困难及燃气烤炉零件薄板装夹受力易变形等难点,极大地提高了生产效率,减轻操作工人的劳动强度.

1工件分析

燃气烤炉上盖零件易受力变形,因工件壁薄,在夹紧力的作用下容易产生变形,从而影响工件的尺寸精度和形状公差.此外该零件易受热变形,由于工件较薄,大量的热量会引起工件热变形,使工件尺寸难于控制的特点[1].另外由于其为不锈钢制品,不锈钢热膨胀率、导电率均与碳钢及低合金钢差别较大[2],且熔池流动性差,成形较差,尤其在全位置焊接时问题更突出.

由于工件具有上述特点,为了满足焊接要求薄板焊夹具则需要解决以下难点：

1）解决工件由于外形不规则所带来的定位问题；

2）克服工件易受力变形的特点实现快速装夹；

3）实现具有复杂空间曲线的零件焊边的对接；

4）减少焊接过程中工件的受热和散热条件的变化对焊接质量的影响.

2　焊接夹具设计

2.1　夹具设计的基本要求

为了确保焊接机器人的正常运作,夹具需按照以下基本要求设计：

1）足够的强度和刚度.由于工件外形复杂且为壳类零件,焊接夹具在生产过程中长期受到压板和焊接机器人的压力,为保证工件的不变形夹具需确保具备足够的强度和刚度；

2）定位精准.定位基准需尽可能选用工艺孔或者工艺面,且由于工件属于薄壁零件则需尽量避免出现过定位的情况；

3）加紧迅速准确.夹紧力需选择适中,过大的夹紧力会使工件因产生较大的约束应力而受到破坏,而夹紧力过小会工件易松动滑移从而破坏工件的定位位置且影响焊接质量.夹紧位置的选择应均匀,避免薄壁零件因受力不均产生应力及变形；

4）焊接操作方便.保证足够的焊接空间使焊接机器人运行不受障碍,且便于操作人员工作.由于工件尺寸较大,焊接夹具应方便操作人员依次将各部件摆放夹紧.且焊接后工件应能方便的取出,缩短装卸时间并减轻操作人员的劳动强度；

5）工艺性好.设计夹紧时需考虑工厂及其产品的实际情况如产量、工厂环境等,所设计的夹具应便于制造、安装、操作、检验、维修和更换易损零件.

2.2　确定定位方案及选择定位元件

由于要实现左右侧板与上盖的空间曲线对接,因而左右侧板以及上盖的定位精准尤为重要.采用六点定位原则分别限制两侧板及上盖的六个自由度.侧板采用两孔一面的定位方法,对侧板内侧面作为基准,以固定挡板作为定位.而上盖采用三面一孔的定位方法,通过上盖板的后底面、后平面以及上平面为基准面,以上曲面的工艺孔作为基准孔；以夹具的支撑板和定位销作为定位元件.

2.3　支撑结构的设计

2.4　压板结构的设计

3　结论

该专用夹具具有夹紧可靠、定位精度高、工件装夹方便、产品加工合格率高、使用寿命长等特点.该夹具配合智能型焊接机器人实现左右侧板的焊接,且具有以下优势.1）可保证尺寸,焊缝与母材平滑过渡,外观漂亮,焊缝区域均匀,无表面缺陷,力学性能良好；2）机器人在不进行固定焊前提下一次性焊接成型；3）焊缝强度可与母材等强；4）焊接零件的焊接成品率从原来的65%提高到　95%以上,增加30%以上,产品质量将有大幅度的提高；5）降低了对工人操作技术的要求,焊接效率将提高3倍～5倍.因此从实际应用效果来看,该加工方案合理适用,能够满足该零件的加工要求,具有使用和推广价值.