华中科技大学材料成形及控制工程专业课程设计实例

1、连接工程及自动化工装 专业课程设计 设计题目：夹轨器支架 院 系：材料科学与工程学院 专业班级：材控 0908 姓名： XXX 组员： XX XXX XXX XX 指导老师： XXX 目录 一、前期工作： 2 1. 讨论图纸 3 2. 工作任务的分配 3 二、车架前端焊接夹具的三维图（简化） 4 三、生产工艺设计和焊接设计 5 11号和20号直角连接板 5 1.1 生产工艺设计 5 1.2 焊接工艺设计 7 1.3 焊接夹具设计 8 2. 14号和22号L型支架 10 1.1 生产加工工艺设计 10 1.2 焊接工艺设计 11 3. 12 号和 25 号支架 13 1.1生产加工工艺设计 13

2、 1.2 焊接工艺设计 14 4. 1 6号轴与法兰连接总成 15 1.1生产加工工艺设计 15 1.2 焊接工艺设计 15 1.3 焊接装备设计 17 四、总结 18 五、参考文献 19 小组成员 : XX ，XXX， XXX，XXX，XXX 组长： XXX 一、前期工作 1. 讨论图纸 小组成员共同读图， 讨论车架前端焊接夹具的工作原理， 并把需 要焊接成型工艺的部分单独列出来进行设计。 具体工作原理是 : 车架前端焊接夹具通过上面六个气缸对车架前 端进行端面夹紧 , 下面两个气缸对车间前端进行横向夹紧，并通过轴 与法兰实现固定和翻转。 由于车架前端焊接夹具结构较为复杂， 且大 部分零件之

3、间的连接都是采用螺纹连接， 因此我们选择几个重要零件 的焊接进行生产工艺分析和焊接工艺分析。其中分析的主要内容有： 1 号和 20 号直角连接板、 14 号和 22 号 L 型支架、 16 号轴与法兰连 接总成、 12 号和 25 号支架。 2. 工作任务的分配 XXX完成生产技术文件，即完成车架前端焊接夹具的三维立体图。 XX XXX XXX责完成焊接件的生产工艺说明书、生产工艺卡、焊接 工艺说明书、焊接工艺卡。其中 XXX主要负责1号和20号直角连接 板生产工艺和焊接工艺的设计，XX和XXX主要负责14号和22号L 型支架、 12 号和 25 号支架的生产工艺设计和焊接设计以及 16 号轴

4、 与法兰连接总成的焊接设计。 XX责完成工艺装备的设计和工艺装备的说明书，即完成焊接工装夹 具的设计，并说明采用此夹具的原因。 组长完成材料的整理和工作总结。 、车架前端焊接夹具的三维图（简化） 三、生产工艺设计和焊接设计 1.1号和20号直角连接板 1.1生产工艺设计 直角连接板在本装置中其连接、支撑的作用，由角钢和肋板构成。 结构简单，加工方便。其中主要的工艺为角钢和肋板的焊接。具体的 加工过程如下： 加工成形： （1）材料的储备 Q235,厚度为10mm （2）材料的复验 检验化学成分与力学性能 （3）材料的除锈 用喷丸法除锈，并上底漆 （4）材料的矫正 钢板校平机校正，型材校正机校正

5、（5）放样、划线和号料 通过划线，定位板材加工尺寸和位置 （6）下料 机械切割、火焰切割，将材料加工至符合图纸尺寸。 （长 250mm， 宽 200mm） 在指定位置进行攻螺纹，以便于之后的固定。 （7）坡口及边缘加工（本焊接工艺不开坡口，无） （8）弯曲及成形 应用折弯机将材料折弯 90，使之成直角（角钢） （9）其他工艺 肋板的加工：根据图示肋板的形状制作相应冲头，使用厚度为 10mm勺薄板作为底料进行冲裁即可获得所需肋板。其中1号直角连 接板共需两块肋板， 20 号直角连接板共需三块肋板。 焊接肋板： （10）将制作好勺肋板通过夹具固定于直角连接版待焊位置处， 采用 手工电弧焊工艺将其焊

6、牢。 安装 11)将焊好肋板的连接板用螺栓连接主体之上， 直角连接板的加工 和装配即告完成。 具体生产工艺卡键后面附表 1.2 焊接工艺设计 说明：该部件的焊接工艺为角钢与肋板的焊接， 属于薄板结构焊 接，焊缝类型为 T 型接头，角焊缝。 焊接准备： 所需的焊接为直角形支架(角钢)与肋板之间的焊接。 (1) 焊前清理 仔细清理加工碎屑、残余氧化皮等 (2) 焊接材料的储存 焊材采用J422 (E4303电焊条，焊条于使用前进行 350 C烘 干 1-2h 后放在保温筒内随用随取。 ( 3)焊接结构的装配(采用夹具将肋板固定于角钢上即可) 注：焊前在焊缝两端做好相应标记，记录数据。以用于检查焊接

7、 收缩量，控制焊接应力变形。 焊接工艺： ( 4)焊接工艺方法 焊缝属于 T 型焊缝，即角焊缝。采用手工电弧焊焊，焊缝对称布 置于肋板两侧。作为薄板结构，可采取一层焊缝即可焊透。 ( 5)焊接参数选择 焊材为Q235钢,焊接性良好。选择与Q235相适应的J422(E4303) 牌号焊条， =4mm查焊接手册，可选用整流器 ZXG-300R作为焊接 电源。板厚在9-12mm时，焊角尺寸的最小值为5,这里选择6。并根 据焊条直径确定焊接电流在160-200A，焊速适中，在5-8之间选择。 （6）焊接顺序 为尽量减少焊接残余应力, 保证构件受力均匀, 应采取对称的焊 接顺序。先焊位于角钢一侧左边的焊

8、缝, 再焊角钢另一侧右边的焊缝。 具体焊接顺序参见焊接工艺卡。 （7）焊前预热和焊后热处理 在100 C150 C之间进行焊前预热，焊后不做热处理，直接空 冷即可。 （8）检验与修整 （9）涂漆 具体焊接工艺卡见附表 1.3 焊接夹具设计 （ 1 ）夹具设计任务 将梯形板两腰焊接在直角角钢上 （2）零件说明 支架,专用挡铁（ 2）,肋板定位器,螺钉 (3) 方案设定 见下图，用夹紧器固定肋板 xz方向移动，y方向转动，用两块 专用档铁固定肋板xy方向转动达到固定效果 (4)焊后缺陷以及防止 角钢肋板焊接极容易造成角变形，角钢会小于90度，因此焊接 时采用刚性固定法。 2. 14号和22号L型支

9、架 1.1生产加工工艺设计 (1) 材料的储备 Q235,厚度为 20mm及 14mm (2) 材料的复验 检验化学成分与力学性能 3）材料的除锈 用喷丸法除锈，并上底漆 （4）材料的矫正 钢板校平机校正，型材校正机校正 （5）放样、划线和号料 （6）下料 机械切割、火焰切割，将材料加工至符合图纸尺寸。 （长 240mm， 宽 194mm 长 262mn宽 140mm） 在指定位置进行攻螺纹，以便于之后的固定。 （ 7）坡口及边缘加工（无） （8）弯曲及成形 应用折弯机在给定位置将材料折弯 90，使之成 L 型支架 （ 9）其他工艺 肋板的加工：根据图示肋板的形状制作相应冲头，使用厚度为 14

10、mm,10m的薄板作为底料进行冲裁即可获得所需肋板。分别需一块 和两块肋板。 生产加工工艺卡见附表 1.2焊接工艺设计 焊接准备： 所需的焊接为 L 型支架与肋板之间的焊接。 （ 1 ）焊前清理 仔细清理加工碎屑、残余氧化皮等 2)焊接材料的储存 焊材采用J422 (E4303电焊条，焊条于使用前进行 350 C烘 干 1-2h 后放在保温筒内随用随取。 (3) 焊接结构的装配(采用夹具将肋板固定于 L 型支架上即可) 焊接工艺： ( 4)焊接工艺方法 采用手工电弧焊焊，焊缝对称布置于肋板两侧。作为薄板结构， 可采取一层焊缝即可焊透。 ( 5)焊接参数的选择 焊材为Q235钢，焊接性良好。选择

11、与 Q235相适应的J422 (E4303) 牌号焊条， =4mm查焊接手册，可选用整流器 ZXG-300R作为焊接 电源。板厚分别在16-23mm和12-16mmfl寸,焊角尺寸分别选择8,6.并 根据焊条直径确定焊接电流在 160-200A，焊速适中，在5-8之间选 择。 ( 6)焊接顺序 为尽量减少焊接残余应力， 保证构件受力均匀， 应采取对称的焊 接顺序。先焊位于 L 型支架一侧左边的焊缝， 再焊另一侧右边的焊缝。 具体焊接顺序参见焊接工艺卡。 (7) 焊前预热和焊后热处理 在100 C150 C之间进行焊前预热，焊后不做热处理，直接空 冷即可。 8)检验与修整 （9）涂漆 安装： （

12、10）将焊好肋板的 L 型支架用螺栓连接主体之上， L 型支架的加工 和装配即告完成。 焊接工艺卡见附表 312号和 25号支架 1.1 生产加工工艺设计 支架（ 2）（3）均是由两块焊接好的钢板，两端在焊接两块底板 构成，在本装置中是将气缸在空间指定位置与主体连接起来。 其中主 要的工艺是两块连接板之间的焊接， 及其与两端底板的焊接， 其具体 加工过程如下： （1）材料的储备 Q235,厚度为 10mm及 18mm （2）材料的复验 检验化学成分与力学性能 （3）材料的除锈 用喷丸法除锈，并上底漆 （4）材料的矫正 钢板校平机校正，型材校正机校正 （5）放样、划线和号料 （6）下料 机械切割

13、、火焰切割，将材料加工至符合图纸尺寸，即可得到两 块底板和连接板 在两块底板指定位置进行攻螺纹，以便于之后的固定。 (7) 坡口及边缘加工(无) 生产工艺卡见附表 1.2 焊接工艺设计 焊接准备： 所需的支架焊接为底板与两连接板之间的焊接。 (1) 焊前清理 仔细清理加工碎屑、残余氧化皮等 (2) 焊接材料的储存 焊材采用J422 (E4303电焊条，焊条于使用前进行 350 C烘 干 1-2h 后放在保温筒内随用随取。 焊接工艺： ( 3)焊接工艺方法 采用手工电弧焊焊，连接板采用角焊接头， 12号和 25号连接板 之间外角连接处开 V 形坡口，两侧焊接一层即可。 已焊连接板与底板 用 T

14、型接头，均需在连接板上开 K 形坡口，焊接一层即可。 ( 4)焊接参数选择 焊材为Q235钢,焊接性良好。选择与Q235相适应的J422(E4303) 牌号焊条， =4mm查焊接手册，可选用整流器 ZXG-300R作为焊接 电源。连接板板厚在9-12mm时，焊角尺寸的选择6。 ( 5)焊接顺序 为尽量减少焊接残余应力，保证构件受力均匀，应采取对称的焊 接顺序。先将两块连接板焊好，在分别将其与两块底板焊接。 （6）焊前预热和焊后热处理 在100 C150 C之间进行焊前预热，焊后不做热处理，直接空 冷即可。 （7）检验与修整 （8）涂漆 焊接工艺卡见附表 4. 16号轴与法兰连接总成 1.1生产

15、加工工艺设计 轴与法兰均为购买的产品，不需要设计生产加工工艺。 1.2焊接工艺设计 （1）材料选用： 轴与法兰均采用45号钢，需在调质或正火为最终状态下作为母 材进行焊接。 （2）法兰坡口制备: (3) 焊接工艺: 1. 焊前预热 焊前在焊接法兰端进行预热350C。 2.焊接 采用手工电弧焊 A焊条选用，J507，焊条直径4.0和5.0。 B焊条烘干，焊条在焊前须经350C烘干1h,做到随烘随取用 C焊接电流： 4.0 l=170230A 5.0 I=190300A D焊接电流极性：采用直流反接。 生兰 E焊接顺序：如图所示，靠近轴身一面先焊23层后，用加工工清工， 并保持层间温度后，翻转焊接

16、， 以后每面焊23层后，均要进行 翻转焊接。 第一层：用4.0焊条打底，电 流 l=170230A。 第二层及以后各层，均用 5.0 焊条填充。电流l=190300A。 在焊接过程中，尽可能选用小电流进行焊接，并在焊接时保持层 间温度300400C。 (4) 焊后热处理： 焊后应立即进行消除应力，回火，其温度在600650 C,保持 时间约4h,随炉温缓冷至室温取出。 焊接工艺卡见附表 1.3焊接装备设计 （1）夹具设计任务 法兰和轴的焊接为两条环形焊缝 （2）零件说明 直角定位件（2），支撑钉（2），定位板（2），压夹器（5） （3）方案设定 见下图，用直角定位器和定位板定位法兰，夹紧器和支撑钉固定轴 四、总结 作为机械类的学科，课程设计是必不可少的一环，它通过学生自 己的实践将课本中的知识深化，锻炼实际能力。这次的课程设计，我 们小组通过齐心协力，分工合作，完成了车架前段焊接夹具的一整套 开发和设计加工过程。在一开始我们拿到图纸的时候， 对巨大的工作 量和复杂的部件感到茫然和不知所措。 但在查阅了诸多资料，并进行 了多次小组讨论之后，渐渐的对我们所要做的工作有所认识。而在实 际动手的过程中，我们也遇到了不少难题