毕业设计（论文）-168摩托车车架头部焊接生产的工艺设计

1、xx大学本科学生毕业设计（论文）168摩托车车架头部焊接生产的工艺设计学 生:x x x 学 号：20xxxxxx 指导教师：xxx 专业:xxxxxxxxxx大学xx学院二oxx年x月graduation design (thesis) of xx universitythe welding technology design of the headof the 168 motorcycle frameundergraduate: xxxsupervisor: xxxmajor: xxxxxxxxx 20xx摘 要本文主要是对摩托车车架头部进行焊接工装夹具设计和焊接工艺设计。而正 确地设计、

2、选用各种工装夹具，可以缩短装配、焊接时间，减少工人的劳动强度, 提高劳动生产率，保证产品的装配精度和焊接质量，还可以充分发挥焊接设备的 潜力，扩大其使用范围，并有利于实现焊接作业的综合机械化和自动化。焊接夹 具是焊接工艺能否顺利、正确执行的保证，而工艺过程是否合理也影响夹具的设 计和使用效果。所以兼顾工装夹具和焊接工艺，设计出合理的夹具及工艺，是很 重要的。本课题通过对产品材料的焊接性分析以及焊接工艺性分析，选择出合理的焊 接方法与焊接工艺参数，并制定可行的焊接工艺方案，同时优化出较好的焊接工 装夹具。最后，绘制出工装夹具的装配图与零件图，详细具体地阐述摩托车车架 头部的焊接加工过程。关键字：

3、摩托车，车架头部，焊接，夹具设计abstractthis paper mainly presents fixture design and welding technology design of the head of the motorcycle frame welding. proper design and selection of various fixture can not only shorten the assembly and welding time, reduce labor intensity of workers, raising labor productivit

4、y, and ensure accuracy of product assembly and welding quality, but also can give full play to the potential of welding equipment, expand the scope of its application, and will be conducive to the realization of the comprehensive mechanization and automation. welding fixture is the guarantee of the

5、smooth and correct implementation of welding process. moreover, the process whether it is reasonable also affects the design and effect of the use of fixture. so in the view of fixture and welding technology, it is very important to design a reasonable fixture and welding technology.the subject by t

6、he welding material analysis and welding process analysis of product, to choice a reasonable selection of welding methods and the welding process parameters, and develop practical welding technology scheme. at the same time, the subject presents the fixture design. finally, drawn the assembly drawin

7、g and part drawings of the fixture, given a detailed account of the head of the motorcycle frame welding process.keywords： motorcycle, head of the frame, welding, fixture design目 录摘要iabstractii1 绪论11.1引言11.2课题目的11.3重点研究内容21.3.1焊接方法21.3.2焊接工艺方案21.3.3焊接工装夹具22 168摩托车车架头部焊接分析42. 1产品材料的焊接性分析42. 2产品材料的焊接工

8、艺性分析52. 3焊接方法的选择与分析63 168摩托车车架头部焊接工艺方案的制定93.1产品图分析93. 2焊前准备103. 3焊接工艺参数的选择104 168摩托车车架头部焊接工装夹具设计114.1焊接工装介绍114.1.1焊接工装的作用114. 1.2焊接工装的分类124. 1.3焊接工装的特点134. 2开发工具的选择144. 3总装图144. 4零部件图及加工164. 51装夹具的使用功能274. 6夹具优化284. 7产品焊接具体实施方式285 总结30参考文献311绪论1.1引言车架是摩托车零部件的安装基础，它将发动机、传动系统、悬挂装置、转向 装置、车轮等有机池联接起来，组成一

9、个完美的整体。车架不仅要承受发动机、 各总成和人的质量，而且还要承受来自路面的冲击和振动。因此，车架必须具有 足够的强度和抗弯抗扭能力，同时还应尽可能地减轻自身质量，以提高其动力性 和经济性。故车架的焊接亦应质量可靠、熔数金属少、生产率高、易实现机械化 和自动化。摩托车车架大多采用复杂管和板式焊接结构，车架焊接后往往会出现焊接变 形、内部产生焊接应力等，不但直接影响整车装配及整车性能，还会降低车架结 构的承载能力，降低焊接接头和车架的疲劳强度而引发事故。如何保证摩托车车 架的结构尺寸，形状精度及强度是车架生产屮最大的问题。本次设计车架为管式 结构，管式车架由圆管或方管经过机械加工、弯形、焊接、

10、喷漆等工艺过程而制 成，焊接生产则是管式车架制造屮关键的一环，管式车架以其形状复杂、精度要 求高、焊接量大等特点决定了焊接工艺所要解决的主要问题是在焊缝强度足够的 前提下，如何保证相关尺寸精度，减小焊接变形量和提高焊接生产率。因此，在 生产屮，焊接方法的选择、焊接夹具的合理设计以及焊接工艺的制定等起着非常 重要的作用铁摩托车车架头部作为车架的主要组成部位，其材料强度与焊缝的质量对整车 同时起着至关重要的作用。本次设计选择壁厚为16血钢管作为摩托车车架头部的 材料，16mn钢属于低合金结构钢屮的热轧钢，这类钢的价格便宜，而且具有满意 的综合力学性能和加工工艺性能。其碳的含量在0. 16%左右，屈

11、服点等于343mpa（强 度级别属于343mpa级），16mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。1.2课题目的本课题针对冃前摩托车车架头部生产布局不合理、生产效率低、产品一次合 格率不高等问题。在充分了解和掌握168摩托车车架头部焊接制造技术要求的基 础上，分析研究生产效率低，产品一次合格率不高的原因，提出解决办法。特别 是自动焊接方法、焊接工艺、焊接工装夹具等因素对焊接加工的影响规律，从而 优化出较好的焊接加工过程和焊接工装夹具。1.3重点研究内容1.3.1焊接方法不同的焊接方法将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说自 动焊比手工焊加热集中，受热区窄，变形较小；c0

12、2气体保护焊焊丝细，电流密度 大，加热集中，变形小，比手工焊更适合于摩托车车架焊接。摩托车车架头部的主耍加工工艺是焊接，原则上，手工电弧焊、埋弧焊、餌 极氮弧焊和c02气体保护焊等均可选用，应根据施工条件、结构形式、效率与成本 核算、焊接质量的水平综合考虑。选择原则应为：在好的劳动条件下，低成本地 完成高质量的焊缝。此论文主要通过对手工电弧焊、餌极氮弧焊（tig）、熔化极 气体保护电弧焊（mag、m1g）以及co?气体保护焊等焊接方法特点的比较，选择更 为符合此次摩托车车架头部焊接生产的焊接方法$7】。132焊接工艺方案根据产品图及相关资料，确定车架头部各零部件的装配顺序、焊缝的位置、 焊接顺

13、序等，拟定车架的工艺方案，包括焊接工艺规程、工程计划表和结构草图 等。再根据车架零部件的装配顺序、焊接方法、焊缝的位置及质量要求、生产节 拍和各工序工时的均衡来规定生产组织形式和工艺路线的安排，包括划分车架零 部件组焊的工序和所需焊接工装的数量。确定各工序所需工装的基本构成、车架 零部件的定位、夹紧位置和总体布局，主要零部件的基本结构&刃。1.3.3焊接工装夹具止确地设计、选用各种焊接工装夹具，可缩短装配、焊接的时间，减轻工人 的劳动强度，提高劳动生产率，保证产品的装配精度和焊接质量，述可以充分发 挥焊接设备的潜力，扩大使用范围，并有利于实现焊接作业的综合机械化和自动 化叫焊接工装设计

14、过程中应满足便于操作、安全、可靠及满足外观和经济上的要 求，还需遵循以下原则： 焊件整体组合的制造精度要求及各个零部件的形状尺寸要求来确定夹具 的设计精度和几何尺寸。并以之为基础选择定位部分的结构形式，并根据焊接变 形和焊接应力的大小来确定夹紧力及夹紧机构类型； 应尽量统一各道工序的夹具定位基准和尺寸链，减小产品制造的累积误 差； 焊装作业应在同一夹具上全部完成，否则需设计补焊工装或添置补焊工 位； 夹具应动作迅速、操作方便。操纵位置应处在工人最容易接近、操作的部 位。特别是手动夹具，操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工 人最易使力的部位。当夹具处于夹紧状态时，应能自锁； 夹具应

15、有足够的装配空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍工件的 装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在工件的 下方和侧面。夹紧机构的执行元件应能仲缩或转位； 夹紧可靠、刚性适当。夹紧时不破坏工件的定位位置和几何形状，夹紧后 既不使工件松动滑移，又不使工件拘束度过大，产生较大应力； 夹紧时不应损坏工件的表面质量。夹紧薄件和软制材料的工件时，应限制 夹紧力或者采取压头行程限位，加大压头接触面积，加添铜铝垫片等措施； 接近焊接部位的夹持机构，应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅对夹具 机构和产品的损伤； 夹具的施力点应位于工件的支承处或布置在靠近支承的地方。由于车架焊接结构和焊接

16、工艺的特点，使装焊的工件在夹具上的定位、夹紧 与机械加工的夹具有所不同，因而给焊接工装夹具带来了如下特点： 由于车架是由许多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和点定在夹具 上又是按顺序进行的，因此，他们的定位和夹紧是一个个单独进行的。 在焊接过程中，为减少或消除焊接变形，耍求工装夹具对某些零件给予反 变形或作刚性夹i古i。但是，为了减少焊接应力和保证工件接头的吻合，又要允许 某些零件在某一方向有移动。因此，在设计时，没必要对所有的零件（特别是尺 寸精度要求不高的部位）都作刚性夹i古i。 由于车架焊接多采用于混合气体保护焊工艺，夹具工作中主耍承受焊接应 力、夹紧反力以及焊件的重力。2 168摩

17、托车车架头部焊接分析2.1产品材料的焊接性分析16mn钢是低合金高强度钢中具有代表性的钢种，其屈服极限强度达350mpa, 与一般的低碳钢相比，提高了 50%左右，结构重量也减轻了 20%30%,广泛用于 各种大型船舶、桥梁、汽车等焊接结构中。16血钢能被如此广泛应用，除了其具 有良好的综合机械性能、冷变形性能外，更主要取决于它具有优良的焊接性。首 先由以下几个方面分析一下这类钢的焊接性： 裂纹问题1）热裂纹热裂纹是在焊接高温下产生的，其中危害最严重的是结晶裂纹，由于结晶裂 纹是在结晶后期，由低熔点物质所形成的液态膜而引发的。热轧钢一般含碳量较 低，而含镒量较高，因此它们血/s比较人，具有良好

18、的抗热裂性能。正常情况下 焊缝中不会出现热裂纹，但当材料成分不合格或有严重偏析，使碳、硫含量偏高, mn/s比偏低，易出现热裂纹。镒在钢种可与硫形成硫化镒，减少了硫的有害影响, 增强了钢的抗热裂性能。2）冷裂纹钢材冷裂纹主要取决于钢材的淬硬倾向，而钢材的淬硬倾向又主要取决于它 的化学成分。热轧钢由于含有少量合金元素，其碳当量比低碳钢碳当量略高些， 所以这种钢淬硬倾向比低碳钢要人些，而且随钢材强度级别的提高，合金元素的 增加，它的淬硬倾向逐渐增人，应根据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热 和后热温度，以控制热影响区的冷却速度，同时降低焊缝金属的含氢量等措施， 防止冷裂纹的产生。3）再热裂纹再热

19、裂纹是由于钢中含有"、恥、v、nb等强碳化物形成元素，以及存在一 定的残余应力，并在焊后进行再次加热的情况下产生的。从钢材的化学成分考虑, 由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过 提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。4）层状撕裂层状撕裂的产生，与钢材的合金成分没有直接关系，仅与冶炼、轧制工艺及 杂质的含量与分布有关。对于16血来说，其本身的杂质与有害元素控制严格，所 以只要我们控制其材料厚度与选择合适焊接工艺，其层状撕裂是可以减少或避免 的。 脆化问题1）过热区脆化热轧钢焊接时近缝区中被加热到ioo°c以上粗品区，易产生晶粒

20、长大现象，是 焊接接头中塑性最差的部位，往往会承受不住应力的作用而破坏。防止过热区脆 化的措施是提高冷却速度，尤其是提高奥氏体最小稳定性范围内的冷却速度，缩 短在这一温度区间停留时间，减少或防止奥氏体组织的岀现，以提高钢的冲击韧 度，而且为防止过热区粗品脆化，也不宜采用过大线能量。2）热应变脆化热应变脆化是由于焊接过程中热应力产生塑性变形使位错增殖，同时诱发氮 碳原子快速扩散聚集在位错区，岀现热应变脆化。对于16mn钢来说，其具有一定 得热应变脆化倾向，焊接时消除热应变脆化的有效措施是焊后退火处理。综合以上分析，在裂纹方面，16血对热裂纹、再热裂纹和层状撕裂不敏感， 只有当材料厚度过大时，且冷

21、却过快时对冷裂纹有一定的敏感性；在脆化方面， 16mn有一定的热应变脆化现象，对热区脆化不敏感。在实际生产中，只需通过一 些简单的焊接工艺就可以解决16mn中由于部分原因对焊接带来的不利影响。因此, 总的来说，16血具有优良的焊接性。2.2产品材料的焊接工艺性分析热轧钢焊接时，焊接方法的选择不是一个关键问题，它对焊接方法无特需要 求，像手弧焊、埋弧焊、气体保护焊等一些常用的焊接方法都能采用，它主耍根 据材料、产品结构以及施工条件来确定。在此，主要由以下几个方面对焊接工艺 进行分析： 焊前准备：1）焊接坡口形式的设计应避免采用焊不透或局部焊透的坡口，述耍尽量减少 焊缝的横截面积，以降低接头的残余

22、应力，同时也可减少焊接材料的消耗量。2）坡口加工采用热切割时应注意防止母材边缘会形成一定深度的淬硬层，这 种低塑性的淬硬层往往成为冷加工的开裂源。3）焊前必须消除焊接区钢表面的水分，坡口表面的氧化皮、锈斑、油脂以及 其他污物。4）焊接材料在使用前应按生产厂推荐的规范进行烘干。5）装配定位焊缝必须采用与止式焊缝同一类型的焊条、焊丝。 焊接线能量的选择线能量的参数是指焊接电流、电弧电压和焊接速度。低合金结构钢焊接时， 线能量参数除要保证接头的熔透性和焊缝成型外，述耍考虑其对接头性能的影响。 焊接含碳量低的热轧钢以及含碳量偏下限的16血钢时，对焊接线能量没有严格的 限制，但从提高过热区塑性和韧性考虑

23、还是采用偏小线能量更为有利；当焊接含 碳量偏高的16血钢时，为降低淬硕倾向，防止冷裂纹产生，焊接时线能量应偏大 些。2.3焊接方法的选择与分析车架头部的焊接方法种类众多，原则上，手工电弧焊、埋弧焊、餌极氮弧焊 和c02气体保护焊等均可选用，为了选择符合高效焊接生产原则的焊接方法，我们 对以下各种焊接方法进行比较： 手工电弧焊手工电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。热能是由电弧 提供，和m1g焊一样，电极为自耗电极。金属电极外由矿物质熔剂包覆，熔 剂熔化时形成焊渣盖住焊接熔池。此外，包覆的熔剂述释放出气体保护焊接 熔池，而且，还含有合金元素用来补偿合金熔池的合金损失。在有些情况下， 包

24、覆的熔剂内含有所有合金元素，中部的焊条仅是碳钢。然而，在采用这些 类型的焊条时，需耍特别小心，因为所有飞溅都具有软钢性质，在使用过程 中焊缝会锈蚀。此种焊接的特点是设备简单、操作灵活方便，能进行全位置 焊接适合焊接多种材料。但其最大的不足是生产效率低劳动强度大，因此在 大批量焊接生产中很少使用。 乍乌极氮弧焊（gtaw或t1g）钩极氮弧焊是以难熔金屈餌或其合金棒作为电源一极，采用惰性气体氮气作 为保护气体，利用餌极与工件之间产生的电弧热作为热源，加热并熔化工件和填 充金屈的一种焊接方法。由于电弧是在氮气中进行燃烧，因此具有以下优缺点：1）氮气具有极好的保护作用，能有效的隔绝周围空气。它本身既不

25、与金屈起 化学反应，也不溶于金屈，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制，因此获得较 高质量的焊缝提供良好条件。2）餌极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下（小于10a）仍可稳定燃烧， 特别适用于薄板材料焊接。3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整所以这种焊接方法可进 行全方位焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法。4）由于填充焊丝不通过电流，故不产生飞溅，焊缝成型美观。5）交流氮弧焊在焊接过程中能够自动清除焊件表面的氧化膜作用，因此，可 成功地焊接一些化学活泼性强的有色金属，如铝、镁及合金。6）餌极承载电流能力较差，过大的电流会引起餌极的熔化和蒸发，其微粒有 可能进入熔池而引起夹餌。因此

26、，熔敷速度小、熔深浅、生产率低。7）采用氮气较贵，熔敷率低，且氮弧焊机有较复杂，和其他焊接方法（如焊 条电弧焊、埋弧焊、co?气体保护焊）比较，生产成本较高。8）氮弧周围受气流影响较大，不易室外工作。钩极氮弧焊被广泛用于工业生产，特别是航空航天等军工和尖端工业技术所 用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钳等金属的焊接，但由于其生 产率低、生产成本较高等因素的限制，在焊接表面质量要求不高的产品时，此焊 接方法往往不做首选。 熔化极气体保护电弧焊（m1g/mag）熔化极气体保护电弧焊是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热 源，由焊嘴喷出的气体来保护电弧进行焊接的。熔化极气体保护电弧焊

27、的主要优 点是可以方便的进行各种位置的焊接，同时也具有焊接速度较快，熔敷率较高的 优点。以氮气或氨气为保护气时称为熔化极惰性气体保护电弧焊（在国际上简称 为m1g焊）；以惰性气体与氧化性气体（02, c02）混合气为保护气体时，或以co?气体 或c02+02混合气为保护气时，统称为熔化极活性气体保护电弧焊（在国际上简称 为mag焊）。熔化极活性气体保护电弧焊可适用于大部分主要金展，包括碳钢、合 金钢。熔化极惰性气体保护焊适用于不锈钢、铝、镁、铜、钛、鉛及鎳合金。利 用这种焊接方法还可以进行电弧点焊。此焊接方法的特点：显著提高电弧稳定性，熔滴细化，过渡频率增加，飞溅 大大减少（飞溅率为1%-3%

28、,采用射流过渡时几乎无飞溅），焊缝成形美观。此外， 采用混合气体保护述可以改善熔深形状，未焊透和裂纹等缺陷大大减少，并能提 高焊缝金屈的性，减少焊后清理工作量，节能降耗，改善操作环境。 co?气体保护焊二氧化碳气体保护焊是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。在应用 方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。co?焊接的特点：1）在焊接电弧高温作用下co?会分解成co、（x和0,对电弧具有叫强烈的压 缩作用，从而导致该焊接方法的电弧形态具有弧柱直径较小，弧跟面积小且往往 难于覆盖焊丝端部全部熔滴的特点，因此熔滴受到的过渡阻力（斑点力）较大而 使熔滴粗化，过渡路径轴向性变差，飞溅率大；2）对焊接区

29、保护良好，c0?的密度是常用保护气体中最大的，加上co?气体受 热分解后，体积增大，因此保护较好；3）能量相对集中，焊透能力较大；4）生产成本低，节约电能；5）工艺和技术上述具有焊接区可见度好，便于观察、操作；焊接热影响区和 焊接变形较小；熔池体积较小结品速度较快，全位置焊接性能良好；对锈污敏感 度低的优点。适用范围：目前co?气体保护焊广泛应用于机车制造、船舶制造、汽车制造、 采煤机械制造等领域。适用于焊接低碳钢、低合金钢、低合金高强钢，但是不适 合于焊接有色金屈、不锈钢。在摩托车车架头部的焊接生产中，对其焊缝外观及表面质量的要求不高，所 以在选择焊接方法时，主要考虑经济高效生产的原则。通过

30、对以上几种焊接方法 的比较，此次焊接生产选择c02气体保护焊。反观其他几种焊接方法，由于手工 电弧焊的生产效率低，在大批量的焊接生产中，往往不予考虑；而由于t1g焊生 产率低、生产成本较高等因素的限制，也不做考虑；熔化极气体保护电弧焊往往 用于产品质量较高的焊接生产中，其成本也相对较高，在此次车架焊接生产中不 做首选。另外由工艺特点上比较，影响熔池存在时间和熔池几何形状的主要因素是被 焊金屈的热物理性能、坡口角度、尺寸、焊接方法以及焊接规范等。假设基本金 屈的热物理性能、坡口角度及尺寸为定值时，熔池存在的时间和熔池的几何形状可 以用下式表示：t=m/v =uljs/v式中：t熔池存在的时间，s

31、； s散热系数；v焊接速度,伽】/ s； u电弧电 压，v;l焊接电流,a； j 熔池几何形状系数,mm； m 熔池几何形状当量外 径,mm。由上式可以看出，c02气体保护焊具有单面焊双面成形的有利条件。co?气体保护焊的电弧热量集中，加热面积小，液体熔池小，熔池几何形状比手 工电弧焊、埋弧焊较小，有利于熔池的控制。c02气体保护焊电流密度较大，可以达到足够的熔深，由于熔池体积较小，焊接 速度快，在co?气流的冷却作用下，熔池停留的时间短，因此既有利于控制熔池不下 坠,又可以焊透。c02气体保护焊熔渣较少，熔池的可见度较好，便于直接观察熔池的形状，焊工 可以依据熔孔的大小来控制焊接速度和摆动以

32、保证焊缝成形，易操作且效率高。3 168摩托车车架头部焊接工艺方案的制定3.1产品图分析图1摩托车车架头部及焊缝位置示意图如图1所示，摩托车车架头部主要由立管、主梁管、加强块以及吊块组成，1、 2、3、4、5分别为连接零件的五处焊缝。立管通过焊缝1与主管连接；加强块通 过焊缝2、焊缝3分别与立管、主管连接，其主要作用是减少焊缝1处的受力情况, 避免车架头部断裂；吊块1、吊块2也分别通过焊缝连接在主管尾部，起着悬挂摩 托车发动机的作用。组成车架头部的五个零件都是经济实惠、综合机械性能良好、 焊接性优越的16mn钢材料。立管、主管都是壁厚3mm直径45mm的16mn钢管， 其中立管是长170mm的

33、圆柱状，主管是经过弯曲加工的，带有一定弧度的弯管。 加强块、吊块1和吊块2都是由16mn钢制成的壳体，吊块1分为左右两块，分别 焊接在主管的两侧。此产品的焊接生产过程中，主要是针对圆管的焊接，因此选用100%c02气体保 护焊，熔深好，焊缝成形美观，便于单面焊双面成形。如图1中摩托车车架头部 结构，可知加强块与吊块的位置是由立管与主梁管的位置关系决定，所以在装配 时，首先固定立管，再根据主管与主梁管的位置关系确定主梁管的安装位置，然 后再依次装配加强块与吊块。焊接i寸，先焊1处，固定立管与主梁管的位置，再 分别对加强块与立管和主梁管的接触位置进行焊接，对此产品可产用的焊接顺序 为:1 -2-3

34、-4-5 或 1 -2-3-5-4。3.2焊前准备 焊接设备的选择选用推丝式半自动c02气体保护焊机，型号为jc-350,可适用于厚度为28mm 材料的全位置焊接。采用直径为1. 2 mm的h08ln2si焊丝，单面焊双面成形焊缝 的熔滴过渡形式为短路过渡。 坡口形式坡口是根据设计或工艺的需要，在焊件的待焊部位加工出的一定几何形状的 沟槽。c02气体保护焊对坡口形式的要求较为严格，坡口角度依据gb985-88手 弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸的标准要求采用单边v形坡口， 坡口角度在45° ±5° ,对提高坡口精度以及焊接质量，起到了很好的作用。3.3焊接

35、工艺参数的选择 焊接电流的选择焊接电流是确定熔深的主要因素，当焊接电流太大时，则焊缝背面容易烧穿、 出现咬边、焊瘤，甚至产生严重的飞溅和气孔等缺陷；电流过小时，容易出现未 熔合、未焊透、夹渣和成形不好等缺陷。试验表明：当选用直径为1. 2 mm焊丝时, 单面焊双面成形的封底焊接电流为85100 a较为合适。 焊接电压的选择在短路过渡的情况下，焊接电压增加则弧长增加。焊接电压过低时，焊丝将 插入熔池，电弧变得不稳定。所以焊接电压一定要选择合适，通常焊接电流小， 则焊接电压低；电流大，则焊接电压高。焊接电流与电弧电压如表1所示。查焊 工使用技术手册中表43-6可知，当焊接电流为85100 a时，选

36、择焊接电压 为19v较为合适。 焊接速度的选择当焊丝直径、焊接电流和电压为定值时，熔深、熔宽及余高随着焊接速度的 增大而减小。如果焊接速度过快，容易使气体的保护作用受到破坏，焊缝冷却的 速度太快，焊缝成形不好；焊接速度太慢，焊缝的宽度显著增大，熔池的热量过 分集中，容易烧穿或产生焊瘤。半自动焊时，熟练焊工的焊接速度为18m/h36m/ho 焊丝仲出长度一般焊丝的伸出长度约为焊丝直径的10倍左右，因此此次焊丝仲岀长度选择 12 mm较为合理。4 168摩托车车架头部焊接工装夹具设计4.1焊接工装介绍在机械加工、产品检验、装配和焊接等工艺过程中，使用着人量的工艺装备, 简称工装，用以安装加工对象，

37、使之占有正确的位置，以保证零件和产品的质量, 并提高生产效率。焊接工艺装备就是在焊接结构生产的装配与焊接过程其配合及 其辅助作用的夹具、机械装置或设备的总称，简称焊接工装。大多数焊接工装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定做。焊接工装设计是生产准备工作的重要内容之一，也是 焊接生产工艺设计的主要任务之一，对于汽车、摩托车和飞机等制造业，可以毫 不夸张地说，没有焊接工装就没有产品。因此，焊接工艺人员应掌握有关工装设 计的基础知识。通常在工艺设计时，提出所需要的工装类型、结构草图和简要说

38、明（例如装配焊接顺序、焊接变形预防或减小措施、焊接速度和焊接电流冋路等）o 在此基础上由工装设计人员完成详细的结构和零件设计及全部图样。如果设计者 对焊接工艺过程生疏，往往设计的工装夹具适用性较差，其至不能满足生产要求。 4.1.1焊接工装的作用 提高焊接制品的精度，保证其互换性在装配定位焊吋，如果不使用工装夹具，即使组合件是由几个零件组成的， 欲保证各零件精确的相对位置，也是不可能的。此外，在焊接过程中，焊件往往 会产生变形，尤其是复杂的结构，其变形有吋会达到无法消除的程度，就会影响 到后面总装配工作，其至造成产品报废。采用工装夹具，不仅可以保证装配定位 焊时，各零件正确的相对位置，而口可以

39、防止或减少工件的焊接变形。尤其是批 量生产吋，可以稳定焊接质量，减少焊件尺寸偏差，保证产品的互换性。 提高劳动生产率，降低制造成本焊接结构生产过程一般包括：准备（焊接材料的清洗、烘干、工件开坡口等）, 装配（对正、定位、夹紧或点固焊等），焊接，清理（从工装夹具上卸除工件，清 除焊渣等），检验，焊后热处理及矫正，最后检验等工序。焊前和焊后各项辅助工 序的劳动量往往超过焊接工序本身。因此，提高劳动生产率最有效的措施是减少 辅助工序的吋间。在焊接结构生产中，由于焊件的复杂程度不同，纯焊接时间仅 占产品全部加工吋间的10%30%,其余为备料、装配及辅助工作等吋间。对于梁 柱结构，装配与翻转工作时间占总

40、生产工吋的30%50%；对于圆筒结构，其壁厚 16mm长度15m的纵缝自动埋弧焊的焊接时间为8min,而其辅助时间为40min, 即焊接时间只占装焊总工时的17%,在这种情况下，即使把焊接速度提高1倍（一 般很难办到），也只能提高生产率约10%。如果采用高效率的焊接工装夹具，使辅 助时间减少到20min,那么劳动生产率就可以提高40%。显然，欲缩短生产周期， 提高劳动生产率，除了采用自动化焊接工艺外，述要采用先进的装配工艺，采用 机械化和自动化程度高的工装夹具。采用焊接工装还可以降低制造成本。产品成本一般包括原材料费用、燃料动 力费用、厂房设备折旧费、工资、管理费等。制造焊接工装虽然要增加产品

41、的成 本，但是各种工装和设备投资以及管理费等，仅仅是分摊到每个产品上的一部分。 一旦焊接工装发挥作用，它就能减少装配和焊接工时的消耗，从而提高劳动生产 率；降低对装配、焊接工人的技术水平要求；由于焊接质量高，可以减免焊后矫 止变形或修补工序，简化检验工序等，缩短整个产品的生产周期。这些效果导致 产品成本大幅度降低，制造工装设备的投入将远小于产出。另外，采用工装并不 意味着要选用机构复杂、价格昂贵的设备，许多情况下采用一些简单的定位器、 夹紧器或将现有设备稍加改装，往往也能收到明显的技术经济效益。 减轻劳动强度，保障安全生产采用工装夹具，工件定位快速，装夹方便、省力，减轻了焊件装配定位和夹 紧时

42、的繁重体力劳动；焊件的翻转可以实现机械化，变位迅速，使焊接条件较差 的空间位置焊缝变为焊接条件较好的平焊位置焊缝，劳动条件大为改善，同时有 利于焊接生产安全管理。4.1.2焊接工装的分类焊接结构种类繁多，形状尺寸各异，生产工艺过程和要求也各不相同，相应 的工艺装备在形式、工作原理及技术耍求上也有很大差别。为了适应技术管理工 作的需要，便于掌握各类工装的工作特点和设计基本方法，有必要就目前已有的 焊接工装进行分类。按用途分类1）装配用工艺装备这类工装主耍任务是按产品图样和工艺上的耍求，把焊件 中各零件或部件的相互位置准确地i古i定下来，只进行定位焊，而不完成整个焊接 工作。这类工装通常称为装配定

43、位焊夹具，也叫暂焊夹具，它包括各种定位器、 压夹器、推拉装置、组合夹具和装配胎架。2）焊接用工艺装备这类工装专门用来焊接已点固好的工件。例如，移动焊机 的龙门式、悬臂式、可仲缩悬臂式、平台式、爬行式等焊接机；移动焊工的升降 台等。3）装配焊接工艺装备在这类工装上既能完成整个焊件的装配又能完成焊缝的 焊接工作。这类工装通常是专用焊接机床或自动焊接装置，或者是装配焊接的综 合机械化装置，如一些自动化生产线。应该指出，实际生产中工艺装备的功能往 往不是单一的，如定位器、夹紧器常与装配台架合在一起，装配台架又与焊件操 作机械合并在一套装置上；焊件变位机与移动焊机的焊接操作机、焊接电源、电 气控制系统等

44、组合，构成机械化自动化程度较高的焊接中心。 按应用范围分类1）通用焊接工装指已标准化且有较大适用范围的工装。这类工装无需调整或 稍加调整，就能适用于不同工件的装配或焊接工作。2）专用焊接工装只适用于某一工件的装配或焊接，产品变换后，该工装就不 再适用。3）柔性焊接工装指用同一工装系统装配焊接在形状与尺寸上有所变化的多种 工件。柔性概念没有明确的界限，可以是广义的，即工件变化可以在大范围，形 状完全不同，尺寸变化也很大，如组合夹具；也可以是狭义的，工件变化只在小 范围，即在相似的形状和尺寸变动不大的范围内，如可调整夹具。 按动力源分类可分为手动、气动、液压、电动、磁力、真空等焊接工艺装备。 按焊

45、接方法分类可分为电弧焊工装、电阻焊工装、钎焊工装、特种焊工装等。4.1.3焊接工装的特点焊接工装的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构决定的。与机床夹具比较其 特点是：1）在焊接工艺装备中进行装配和焊接的零件有多个，它们的装配和焊接按一 定的顺序逐步进行，其定位和夹紧也都是分别的单独的或是一批批联动地进行， 其动作次序和功能要与制造工艺过程相符合。2）焊件在工装中比机加工零件在机床夹具中受有较小的夹持力，而且不同零 件、不同部件的夹持力也不相同。在焊接过程中，当零件因焊接加热而仲长或因 冷却而缩短时，为了减少或消除焊接变形，要求对某些零件给予反变形或作刚性 固定。但是，为了减少焊接应力，又允许某些

46、零件在某一方向是自由的。有些零 件仅利用定位装置定位即可，而不夹紧。因此，在焊接工装中不是对所有的零件 都作刚性的i古i定。3）由于工装往往是焊接电源二次回路的一个部分，有时为了防止焊接电流流 过机件而使其烧坏，需要进行绝缘。因此绝缘和导电是一个重要而特殊的问题。 例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使焊接接头 强度降低。在设计电弧焊用的变位机时，如果导电系统设计不当，将会烧坏轴承。4）焊接工装要与焊接方法相适应。例如，用于熔化焊的夹具，工作时主耍承 受焊接应力和夹紧反力以及焊件的重力；用于压力焊的夹具主要承受顶锻力。薄 板餌极氮弧焊要求在夹具上设置铜梨，埋弧焊可在夹具

47、上设置焊剂建；焊接钛合 金、鉛合金等活性材料，可以考虑背面充氮气保护；焊接高强钢为防止裂纹需要 焊前预热或焊后缓冷的，可以考虑在夹具上设置加热装置；再如，为了避免直流 电弧的磁偏吹现象，焊缝两侧的压块不用磁性材料制作；真空电子束焊所使用的 夹具也要考虑磁性材料对电子束聚焦的影响。5）焊接件为薄板冲压件时，其刚性比较差，极易变形，如果仍然按刚体的六 点定位原理，即3-2-1定位，工件就可能因自重或夹紧力的作用，定位部位发生 变形而影响定位精度。此外，薄板焊接主要产生波浪变形，为了防止变形，通常 采用比较多的辅助定位点和辅助夹紧点以及过多的依赖于冲压件外形定位。因此, 薄板焊接工装与机床夹具有显著

48、的差别，不仅耍满足精确定位的共性耍求，还要 充分考虑薄板冲压件的易变形和制造尺寸偏差较大的特征，在第一基面上的定位 点数目n允许大于3,即采用n-2-1定位原理。4.2开发工具的选择此次设计选择cad绘制产品图、装配图、零件图等。计算机辅助设计指 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称cad。在工程和 产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。 在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定 最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计 算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将 草图变为

49、工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计 结果，可以快速做出图形显示出来，使设计人员及时对设计做出判断和修改； 利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形 数据加工工作。cad能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质 量。4.3总装图此次设计的摩托车车架头部焊接夹具为一套专用夹具，它只适合此产品的焊 接生产，为手动焊接工艺装备。在这套夹具上既能完成整个车架头部的装配，又 能完成焊缝的焊接工作。以下为cad制作的上述摩托车车架头部焊接夹具示意图, 图2为此夹具的主视图，图3为俯视图。12 3419 !18 i 5图2摩托车车架头部焊接夹具主视图6

50、78910 11 12 13 14 15 16 17图3摩托车车架头部焊接夹具俯视图1-支撑轴；2-轴套；3-支承板；4-底板；5-底板支撑；6-挡销；7-立管销支承座；8-立 管销；9-顶杆；10-笫三类夹紧器；11-夹紧器支承座；12-夹紧器支承座；13-第三类夹紧器;14-顶杆；15-夹紧器支承座；16-第三类夹紧器；17-顶杆；18-定位插销；19-定位插销；20- 主梁管支承座；21-压板；22-第一类夹紧器；23-夹紧器支承座；24-主梁管支承座；25-立管 销支承座；26-第三类夹紧器；27-立管销。4.4零部件图及加工 第一类钱链-杠杆夹紧器图3、图4所示，为第一类钱链-杠杆夹

51、紧器的视图，这一类夹紧器由两组杠 杆（手柄杠杆与夹紧杠杆）通过与一组连接板的钱链组合而成，连接板位于手柄 杠杆与夹紧杠杆中间，手柄杠杆的施力点与夹紧杠杆的受力点通过连接板的钱链 连接在一起，而两组杠杆的支点都与支座钱接，支点的位置是i古i定的。此夹紧器 在夹具中的作用是保证主梁管i古i定在主梁管支承座与压板之间i古i定不动，确保焊 接时各个零件的尺寸位置。此夹紧器质量较轻，便于安装与卸载，且其操作简单 方便，为装配零件与取下产品时节约了大量时间，从而间接的提高了产品的生产 率。此夹紧器类似于型号为gh-13005的夹紧器，其夹紧杠杆转角为90° ,手柄杠 杆转角为170。o图4第一类

52、狡链-杠杆夹紧器俯视图2753图5第一类钱链-杠杆夹紧器主视图 第三类较链-杠杆夹紧器下图为第三类饺链-杠杆夹紧器示意图，此夹紧器新号为gh-36010,导轨行程 为41. 3mm,手柄杠杆转角为180。,质量为800g,夹紧力3640n。此类夹紧器质 量较轻，能在工装夹具中快速方便地安装与卸载。此摩托车车架头部焊接夹具中 使用了四个此类夹紧器，分别连接在立管销与顶杆上，用于定位立管、加强块与 立管销支承座如下图8所示，为立管销支承座，其主要作用是支承立管销，使立管销固定 立管的位置，其屮支承座上孔的轴线与立管销的轴线在同一直线上。此支承板的 材料为t8钢，热处理条件为55601 irc,其屮

53、直径为391孔的表面粗糙度为ra 1.6,其他均为ra3. 2,查表得其公差等级为it10it11o对于阶梯平面，通过刨 削就可以达到要求；对于沉孔与小孔，通过冲孔即可达到要求；加工直径39nmi孔 时，先冲孔，再一次扩孔。45/ 1.6601-1-40-15 带夹紧器的立管销支承座带夹紧器的立管销支承座，其材料、作用与零件加工基本与立管销支承座一 样。其主要作用是支承立管销与第三类夹紧器，使立管销i古i定立管的位置，并保 证夹紧器、立管销与立管的轴线在同一直线上。此支承板的材料为t8钢，热处理 条件为5560hrc,其中直径为39mm孔的表面粗糙度为rai. 6,其他均为ra3. 2, 查表

54、得其公差等级为it10it11。对于阶梯平面，通过刨削就可以达到要求；沉 孔与小孔，通过冲孔即可达到要求；加工直径为39 mm孔时，先冲孔，再一次扩 孔；最后再攻螺纹即可完成此零件的加工。如下图所示：vy*co-4- -©-£r-2佗尼图9带夹紧器的立管销支承座零件图 主梁管支承座主梁管支承座的作用是支承主梁管，确定主梁管的位置不变。此零件的材料 为20钢，热处理条件为5864hrc,渗碳深度为0. 81. 2伽。支承座的v槽与 零件直接接触，因此对此表面的精度要求较高，其表面粗糙度为ra0.8,公差等级 达到it7,对此v槽的加工，主耍是通过刨床加工出v型面，再通过磨削即

55、可；而 对其他表面的精度要求不高，通过刨削与冲孔即可达到零件上表面与孔的精度要 求。零件图如下所示：020lecols ellnle -os!1050图10主梁管支承座零件图 第一类夹紧器支承座此支承座在夹紧主梁管时与夹紧器和压板配合使用，使其能够到产品位置的高度。支承板的材料为t8钢，热处理条件为5560hrco加工此零件时，对其表 面精度的要求不高，高为15 mm的平面可通过刨床刨削加工获得，通过钻孔可获得所需的小孔与沉孔，最后再攻螺纹即可得到此支承座。如下图所示： 其余彭/0.02a 第三类夹紧器支承座第三类夹紧器支承座与第一类夹紧器支承座的材料、热处理、加工基本一-样。 此类支承座在摩

56、托车车架头部焊接夹具中被多处使用，其与夹紧器、顶杆配合使用，i古i定坚强快与吊块的位置。表面精度要求不高，通过钻孔与攻螺纹即可获得 零件上的沉孔与螺纹孔。零件图如下所示：图12夹紧器支承座零件图 立管销图13、图14分别为两立管销零件图，后者为连接夹紧器的立管销。由于两立 管销直接伸入立管内实现定位，限制立管在x、y、z方向的移动。其材料为20钢, 通过渗碳深度为0.81.2 mm, 5560hrc的热处理。加工此零件时，由于其与产 品零件直接接触，因此对其表面精度要求相对要高，表面粗糙度为rai. 6,对圆表 面通过一次精车加工即可。如下图所示：其他尊7給02| a其他管156s085 40.02 a 115 .30图13立管销零件图图14立管销（连接夹紧器）零件图 顶杆此顶杆的材料为20钢，通过5560hrc的热处理。顶杆头部的加工与主梁管 支承座的加工方案一样，通过创床刨削与磨床磨削即可；其尾部主要经过车床车 削，再攻螺纹。如下图：4550图15顶杆零件图 定位插销（吊块1处）此定位插销主要限制吊块1的旋转运动，配合顶杆使吊块固定在主梁管上的 相对位置。此插销的材料为t8,经过5560hrc热处理。如图：a-a0图16泄位插销零件图定位插销（吊块2处）此定位插销主要限制吊块2的旋转运动，配合顶杆使吊块固定在主梁管上的 相对位置。此插销的材料为2