摘要:本文讨论了外喷嘴组件装配定位焊的夹具设计,主要分四大部分进行阐述,第一部分介绍了被焊接组件的工艺概况和工艺要求;第二部分介绍了夹具的工作原理、技术要求和结构;第三部分,具体介绍了夹具重要装置的设计;最后分析了夹具的误差和精度的保证。
　　关键词:夹具;装配;定位焊
　　
　　1引言
　　
　　在装配定位焊时,如果不使用工装夹具,即使焊接组合件是由两三个零件组成的,欲保证各零件精确的相对位置,也是不可能的。在焊接过程中,焊件往往会产生变形,尤其是复杂的焊接结构,其变形有时候会达到无法消除的程度,就会影响到后面总装配工作,甚至造成产品报废。
　　外喷嘴组件共由十一个零件组成,其中每两个零件由电子束焊接,因此所设计的焊接夹具就是要保证这六个组件的正确位置精度。为了更好的将装配好的工件增加一些刚性固定点,更牢靠的固定零件的相互位置和保证零件间具有均匀的钎焊间隙,在钎焊之前进行定位焊。本案主要讨论的就是外喷嘴组件的装配定位焊夹具。
　　
　　2喷嘴组件的装配工艺要求与分析
　　
　　每个单件的材料均不相同,但都有足够的硬度,较高的熔点,良好的可焊性。工艺位置度要求都是相对于1号件的两个孔所确定的圆心,所以工艺基准选择一面、两孔的定位方式,轴向有3个尺寸要求。
　　如图所示:2号单件与5号单件;3号单件与4号单件;6号单件与7号单件;8号单件与9号单件;10号单件与11号单件已由电子束焊接,电子束的同轴度均是0.15mm。
　　
　　3装配定位焊的夹具设计:
　　
　　3.1夹具应满足的条件:
　　1)实用性 组件在夹具安装时能获得正确的定位,能满足装配定位焊的工艺要求,同时操作舒展方便,安全省力。
　　2)经济性 工艺装备设计制造要进行经济分析,因为这些装备的设计和制造费用最后都要摊入产品的制造成本,在设计时要进行方案的比较。
　　3)可靠性 工装在使用期内绝对安全可靠,受力构件都应有足够的强度和刚度,足以承受焊件重力和因限制焊件变形而引起的各个方向的约束力。
　　4)美观 在满足功能的使用条件下设计造型要美观。
　　实用是第一位的,美观处于从属地位,经济是约束条件。
　　3.2夹具的结构设计
　　根据外喷嘴组件和工艺基准以及装配工艺要求,设计的装配夹具结构有底座、定位装置部分、夹紧部分、保证同轴度装置部分、保证径向尺寸部分。
　　该夹具体以底座为基体,其他装置全部固定在底座上。定位基准采用工艺基准,即一面、两孔的定位方式,一个圆柱销一个菱形销。
　　1)夹具的设计有五套独立使用的夹紧装置,第一套夹紧装置用于1号件的夹紧,即用压板压紧在工件的端面上。第二套用于5号组件的夹紧,当4和5号组件件装好后,需要将其径向位置固定在一特定位置上,保证长度尺寸要求,采用两个构型压板压紧。第三套是保证7和9号组件的压紧,这个压紧力要求不是很大,主要是能使零件之间贴紧,采用了螺钉压紧的结构。第四套用来压紧11号件组件,设计一个锥形块与组件锥口相配,用螺纹带动锥块顶紧。 但装配该组时,压紧的装置又得卸下,所以设计了一个活动的后盖,在后盖上安装支撑锥块的装置,装配13件时,把活动后盖拿下来,装好以后把后盖装好再压紧。另外还有一个活动压紧装置,当装配定位、点焊好以后,零件搬运过程中9号件是自由活动的,防止9号件移动影响装配效果,希望在搬运过程中能够把9号件固定住,钎焊时还可以随时拿下来,设计了这样一个铰链结构,利用铰链的抱紧零件的外壁,在铰链上安装压紧装置。
　　2)保证5号件和7号件与1号件孔确定的圆心的同轴度,在两个组件上分别设计一个装置,若使用V型块,虽然夹具可以保证同轴要求,但是组件的外圆公差较大,不同的组件装在V型块上,所定的圆心是不同的,操作者在装配好后,不能直接判断是否满足了同轴度要求,就不能进行定位焊。所以采用铰链形式的结构来保证同轴度,铰链盖和铰链座所形成的支口范围就是零件所允许的同轴度范围,超出了支口范围就不能保证同轴度的要求。在5和7号件处分别设计一个铰链结构,由于重力作用,组件中心均位于极限位置,所以在铰链上设计了三个调节支撑钉。
　　3)在轴向方向上有3个轴向尺寸,装配中钎料预先装好,要钎焊的地方零件之间不能有过大的间隙,这就要求装配时零件与零件之间首先要贴紧。长度尺寸不能直接保证,在三个长度尺寸上分别设计三个测量装置。设立一个基准面,用塞尺或特定量块测量零件与基准面的间隙,测量轴向尺寸是否合格。
　　4)小铰链和后压紧支板可以自由拆卸,避免妨碍装配。
　　3.3 夹具的工作原理
　　将1号件放在夹具的定位元件上,即菱形销和圆柱销,并用压板压紧,然后依次装入3号件、2号件,并用大铰链上的压钩压紧。测量3号件端面和基准面的间隙,合格后把小铰链装置锁紧固定,把7号组件、6号组件装配好,最后把后支板锁紧固定,使组件压紧,用测块测量尺寸 和 。再调节大小铰链的调节螺钉,使组件中心尽量处于支口中心。调好以后,进行A、C处点焊。再把10号组件从左端装入,把大盖板锁紧固定,调节盖板螺钉,使锥块移动把组件压紧,然后在空隙位置点焊几处即可。
　　
　　4 夹具主要部件设计及其要求:该装配定位夹具主要部件包括:底座、定位装置部分、大盖板、后支板、夹紧部分等部分组成。
　　
　　4.1 底座的设计
　　夹具底座将其他元件有机的结合在一起,形成一个完整的夹具整体,夹具底座承受的负荷最大,采用45号钢调质处理。采用卧式焊接,在夹具的立板处装有主定位元件,即菱形销和定位销,加工精度和尺寸要求都比较高。因为销子的精度和尺寸保证的好与坏,直接关系到装配后能否保证同轴度0.76mm。
　　4.2 同轴度定位元件的设计
　　保证工艺同轴度的要求是通过两个铰链支口保证,同时也起到支撑组件的作用。这一装置设计可以说是整个夹具设计的关键。因为它精度的高低,直接影响到装配精度,影响到后面钎焊精度。在设计中由于组件较大、较重,给装配带来很多不便。在设计上采用了铰链的形式,在装配中可以将铰链打开,有了足够的装配空间。支口的大小直接影响到组件与1号件的同轴度的精度,所以组合加工支口尺寸。
　　支口过大,不能保证同轴度的要求,过小又给装配带来很大困难。
　　在设计中把支口的尺寸放大到能保证同轴度的最大尺寸,这样装配中组件就会在一定的范围内活动,但无论怎样活动,都是在保证同轴度的范围内。如果铰链座和铰链盖的结合面之间有间隙,正明超出了同轴度的范围。在保证了结合面帖紧的情况下,适当的调节三个调节螺钉,尽量的使组件中心在支口中心处。6、7号件的同轴度要求也采用此方法,装配中要保证两个铰链支口和底座的两个销孔确定在的中心的同轴度在0.05mm。另外在铰链座和盖上还设计了两个构型压板,用来压紧组件。
　　4.3 大盖板的设计
　　在装配时,10号件在最内层,在其他组件均装配好,定好位以后,10号组件只能是从最左端擦入到2号组件内,并压紧,在A处经行点焊,点焊处要有足够的操作空间。设计了一个大盖板,大盖板是可自由拆卸,利用盖板上的螺钉带动锥块压紧组件。压板开3个扇形槽,即有足够的操作空间又可以减轻了重量。大盖板主要是压紧作用,没有严格的定位精度要求,工艺要求不是很严。
　　
　　5 夹具的误差分析与精度的保证
　　
　　5.1 影响加工精度的因素
　　要控制工件的加工精度,必须在整个工艺系统内对影响精度的各种误差进行分析,并加以控制,进而了解误差的属性及产生的原因,找到减少或清除误差的办法,在设计夹具时,影响精度的因素主要有:工件的定位误差;夹紧误差;安装误差;使用方法造成的误差
　　为了保证夹具设计质量和制造精度,在设计时对主要部件及装置,给出了必要的技术条件加以控制,以保证和提高夹具的精度,从而保证工件的焊接精度。
　　5.2 误差分析
　　夹具与工件的尺寸精度都较高,夹具的定位基准与工件的定位基准一致,并有一定的技术条件保证。在夹紧时,工件刚性很好,变形很小,所以夹具的定位、夹紧误差很小,对焊接的影响不是很大。夹具在使用时,各部件间由于制造精度和安装精易造成安装误差,但这些误差有一定的技术条件,最终保证总图的要求,就完全可以保证焊接的质量要求。
　　
　　参考文献
　　[1]《焊接工装设计》 作者 陈焕明 航空工业出版社 2006年8月第一版。
　　[2]《机械设计手册》 主编 成大先 化学工业出版社 第五版。
　　[3]《钎焊手册》 美国焊接学会钎焊委员会 编著 国防工业出版社