材料成型及控制课程设计（焊接部分——焊接工装夹具设计）指导书重庆大学材料学院材料成型及控制系第一章焊接工装夹具及其在生产中的作用焊接工装夹具就是将焊件进行准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊接结构精度方面要求的工艺装置。

在现代焊接结构生产中，积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻焊接工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等诸方面起着非常重要的作用。

焊接工装夹具的主要作用有以下几方面：1)准确、可靠地定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和装配时的划线工作。

减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和互换性。

2)有效地防止和减小焊接变形。

3)使工件处于最佳的施焊位置，焊缝的成形性优良，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。

4)以机械装置取代手工装配零部件时的定位、夹紧及工件翻转等繁重工作，改善了工人的劳动条件。

5)可以扩大先进工艺方法和设备的使用范围，促进焊接结构生产机械化和自动化的综合发展。

—个完整的焊接工装夹具，一般由定位器、夹紧机构和夹具体三部分组成。

夹具体（底板）起工作平台的作用，在其台面上开有安装槽、孔，用来安放和固定各种定位器和夹紧器件，有时还用于焊件的支承。

其中，定位是夹具结构设计的关健问题，定位方案一旦确定，则其它组成部分的总体配置也基本随之而定。

第二章工件的定位及常用定位器自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿Ox、Oy、Oz 三个轴向的相对移动和三个绕轴的相对转动。

要使工件在夹具中具有准确和确定不变的位置，则必须限制这六个自由度。

工件的六个自由度均被限制的定位称为完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍能保证加工要求的定位称为不完全定位。

在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力与变形，有些自由度是不宜限制的，故可采用不完全定位的方法。

在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支承点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易使位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。

根据工件的结构形式和定位要求，工件的定位基准可以是平面、圆孔内表面或圆柱外表面。

对这几种表面的定位器选择如下：一．平面定位用定位器以工件的平面为基准进行定位时，常采用挡铁、支承钉（板）进行定位。

表2-1中列举了几种平面定位器的结构形式及其特点与使用说明（被定位的工件用双点划线绘制出）。

1．挡铁是一种应用较广且结构简单的定位元件，除平面定位外，也常利用挡铁对板焊结构或型钢结构的端部进行边沿定位。

①固定挡铁可采用一段型钢或一块钢板按夹具的定位尺寸直接焊接在夹具体上使用。

当固定挡铁对零件的安装和拆卸都非常不便利时，应选用由螺栓或销子固定的可拆式挡铁。

可拆挡铁为了提高其强度，在挡铁两平面间应设置加强筋。

②③可退出式挡铁是为适应复杂结构的工件，经定位焊后工件能从夹具中顺利取出。

挡铁的定位方法虽简便，但定位精度不太高，所用挡铁的数量和位置，主要取决于结构形式。

对于受力(重力、热应力、夹紧力等)较大的挡铁，必须保证挡铁具有足够的强度，受力挡铁与零件接触线的长度一般不小于零件接触边缘厚度的一倍。

2．支承钉和支承板主要用于平面定位。

支承钉(板)的形式有多种。

①固定式支承钉，又分三种类型：平头支承钉用来支承已加工过的平面定位；球头支承钉用来支承未经加工粗糙不平毛坯表面或工件窄小表面的定位，此种支承钉的缺点是表面容易磨损；带花纹头的支承钉多用在工件侧面，增大摩擦系数，防止工件滑动，使定位更加稳定。

固定支承钉可采用通过衬套与夹具骨架配合的结构形式，当支承钉磨损时，可更换衬套，避免因更换支承钉而损坏夹具。

②可调式支承钉，这是对于零件表面未经加工或表面精度相差较大，而又需以此平面做定位基准时选用。

此类可调支承钉基本上是采用与螺母旋合的方式调整高度，适当补偿零件的尺寸误差。

③支承板定位，表2-1中支承板a构造简单，但螺纹孔易积聚灰尘使支承面不平而影响定位作用，所以适于零件的侧面和顶面定位。

支承板b利于排除尘屑，适于底面定位。

以工件的平面为基准进行定位的定位元件 2-1 表．名称与形结构简图特点与使用说明式水在可使工件平面或垂直内固定固位定不低于被高度定件截面重心线，它用式量且产单于一品批较大的生产中档入直铁接插档台平或夹具体装配的锥孔上，不用时可可，也见左图以拔除() 拆平定栓螺用可固在式台上，它适用于单件装件种多或品焊的配铁构链结铰过通转使可铁档绕链铰可动，当工件装上后以退插销固定，装焊完成出后拔出插销，退出档式铁，便于取下工件卸下，固定安装在夹具体上，配合为或7H用于刚性较大6工件定位。

支承钉已式标准化支同配形状相装而规格不同的焊件，承常须调整定位元件，可度高的钉承支类这调钉可按需要调整，调好式、后即锁死，防止使用时发生松动板在紧螺钉固用夹具体上，适用于工支面平加削切承件经工准板平大较或基面做平面二．圆孔内表面定位用定位器工件以圆孔内表面作为定位基准时多采用（轴）销定位器。

2-2表是常用定位销结构图及工作特点与使用说明。

其工作部分应根据零件上定位销一般按过渡配合或过盈配合压人夹具体内，，0mm.1～8.0钢渗碳20的孔径按间隙配合制造。

销钉的表面要耐磨，一般用．淬至55～60HRC。

以圆孔内表面为基准进行定位的定位销表2-2形式结构图工作特点与使用说明定位销装在夹具体H77H，上，配合为或工r6n6定固作部分的直径按工艺要式求和安装方便制造。

已标准化大批量生产时，定可换位销磨损快，为保证精式度须定期维修或更换零件之间靠孔以定位销来定位，定位焊后可拆式须拆除该定位销才能进)(定位插销行焊接，这时应使用可拆式定位插销通过铰链使圆锥形定位销用后可以退出，可退出式让工件能装上或卸下°倒角，定位插销可以设计成各式各样的手柄，以便于拔插。

插销项端15 是定位插销及应用实例。

2-1图减少接触面积，插销定位部分也可以制成削边销，c ) 图2-1 定位插销及应用实例c) 插销应用a) 弹簧插销b) 链式插销三．圆柱外表面定位用定位器工件以圆柱外表面作为定位基准时多采用V形铁定位器。

形铁的结构V形铁作为定位元件，广泛应用于圆柱形零件的安装定位。

V°应以90°三种。

形铁两个定位面的夹角有60°、90°和120参数见图2-2。

V°和用最为广泛，因为它在保证定位稳定性和减少夹具的外形尺寸方面比60 120°的都好。

是已所示有关尺寸。

工件的直径D设计V形铁时，可按表2-3计算图2-2。

形铁的标准定位高度TH和开口尺寸N先确定后，再求V知的，V 形铁高度形铁零件图上必须标出，以便制造和检查。

T在V小直径定位时，；≤0.5D 取V形铁高度H的选取：当用于大直径定位时，H。

≤1.2D 取H T的计算如下：T - H = OE - CE2) / D／sin(αOE = 0.52)/ .5N／tan(α= 0 CE2)/ αtan(／N5. 0-2) / αsin(／D5.+ 0H = T 所以．形铁在夹具体上调整好位置后先用螺钉紧固，然后再配作两个销孔并压V 形铁的位置。

入销钉，销钉与销孔采用过盈配合，由这两个定位销确定V形铁尺寸计算表2-3 V符计算项目计算公式号120°90 60α°°工作角度T = H+标准定位高0.707D T = H+D -T = H+0.577DTN- N度.N .0866 0-50.289–D 15 ( 1N = .D -2N = k2D - 开口尺寸.1N = 41 3Nk46.k )D0.16 ) ～( 0.14k = k数参图2-2 V形铁的结构及参数形V形铁对圆柱外表面定位具有对中性好，能使工件的定位基准轴线在V．块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响。

V形铁的定位作用与零件外圆的接触线长度有关，一般短V形铁起两个支承点的作用，长V形铁起四个支承点的作用。

中小型V形铁常用20钢制成，渗碳淬火后硬度达到55～60HRC，或用40钢直接淬火到40～45HRC。

对于阶梯外圆柱表面和轴线交叉圆柱表面的定位，可采用V形和其它定位器组合应用的方式解决，如图2-3所示。

图a是带阶梯的零件，需要沿两个不同轴径定位，采用了V形铁和可调支承钉的综合支承定位。

图b是轴线交叉零件表面的定位方式，通过两个固定短V形铁和支承钉的作用，消除了除沿V形铁轴线方向移动未定位外的五个自由度。

V形铁还可根据需要设计成可移动式的，如图2-4所示。

a）b）图2-3 V形块的应用示例形铁图2-4 可移动式V四．样板定位器利用已定位工件的轮廓对被定位工件进行定位。

样板定位器使用2-5所示。

可采用样板定位器如图。

度位但活便轻灵,定精差定位元件的工作表面的粗糙度应比工件定位基准表样板定位应用示例2-5 图面的粗糙度要好1～3级。

定位元件工作表面的粗糙度值一般不应大于R3.2 um，a常选R1.6um。

定位元件的工件表面常与工件接触摩擦，这要通过选择材料和热a处理的方法获得工件表面硬度在40～65HRC，使其具有一定的耐磨性，以保持定位精度。

定位元件使用时一般不应作受力构件，以免损伤其精度。

然而，在与夹紧器配合完成焊接工作过程中，常受到各种受力因素的影响，因此，凡受力定位元件一般要适当增加强度和刚度。

第三章工件的夹紧及常用夹紧器夹紧机构的作用是保持定位器的准确定位和防止零件在装配和焊接过程中因受力和翻转而发生位移。

一、夹紧机构的三要素选用夹紧机构的核心问题是如何正确施加夹紧力，即确定夹紧力的大小、方向和作用点三个要素。

1．夹紧力方向的确定夹紧力的方向主要和零件定位基准的配置及零件所受外力的作用方向有关。

夹紧力一般应垂直于主要定位基准，使这一表面与夹具定位件的接触面积最大，即接触点的单位压力相应减小，有利于减小零件因受夹紧力作用而产生的变形。

夹紧力的方向应尽可能与零件的重力和所受外力的方向相同，使所需设计的夹紧力最小，因此主要定位基准的位置最好是水平的。

．夹紧力作用点布置图3-1正确b) 不正确a)作用点的位置主要考虑如何保证定位稳固和最小．夹量力作用点的确定2的夹紧变形。

作用点应位于零件的定位支承之上或几个支承所组成的定位平面内，以防止支承反力与夹紧力或支承反力与重力形成力偶造成零件的位移和偏转。

作用点应安置在零件刚性最大的部位上，必要时，可将单点夹紧改为双点3-1夹紧或适当增加夹紧接触面积。

图是夹紧力作用点布置方式的比较。

确定夹紧力的大小需考虑以下几方面因素：3．夹紧力大小的确定夹紧力要足以克服重力和惯性力的1)当焊件在夹具上有翻转或回转动作时，影响，保持夹具夹紧焊件的牢固性。