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        基于薄板折彎件的焊接工裝設(shè)計(jì)

        2013-08-02 08:40:06湖南三一路面機(jī)械有限公司工藝裝備研究本院長(zhǎng)沙410100崔遠(yuǎn)良黃步云李少文
        金屬加工(熱加工) 2013年9期
        關(guān)鍵詞:分料焊接工薄板

        湖南三一路面機(jī)械有限公司工藝裝備研究本院 (長(zhǎng)沙 410100) 崔遠(yuǎn)良 黃步云 李少文 郭 飚

        焊接工裝夾具作為焊接工藝中十分必要的輔助工具,現(xiàn)今越來(lái)越多地應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)件的制作中,由于結(jié)構(gòu)件形式的多種多樣,焊接工裝的設(shè)計(jì)方式也呈多樣化。本文擬以攤鋪機(jī)作業(yè)裝置的重要結(jié)構(gòu)件螺旋分料箱為研究對(duì)象,重點(diǎn)針對(duì)該結(jié)構(gòu)件中含有薄板折彎件的情況,探討如何有效地設(shè)計(jì)出適合的工裝,便于其高速有效地組對(duì)定位,以期在此類(lèi)工裝的設(shè)計(jì)中提供一些有意義的參考。

        1.工件現(xiàn)狀分析

        螺旋分料箱是路機(jī)攤鋪機(jī)熨平分料系統(tǒng)的重要部件,為典型箱體結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1),較為規(guī)整,但其中多為薄板折彎件,強(qiáng)力壓緊組對(duì)容易導(dǎo)致工件變形。

        圖1 螺旋分料箱結(jié)構(gòu)

        工藝為下料后進(jìn)行焊接,之前由工人全手工組對(duì)焊接,焊接時(shí)無(wú)工裝定位,完全靠工人手工多次敲擊定位,依次定位組對(duì)各零部件進(jìn)行定位焊。整個(gè)焊接過(guò)程需約350min,勞動(dòng)強(qiáng)度較大。特別是前后薄板折彎件需要外力敲擊進(jìn)行調(diào)整,對(duì)零件傷害較大。因此,設(shè)計(jì)制作能方便快捷實(shí)現(xiàn)裝夾定位的焊接工裝,已迫在眉睫。

        2.方案設(shè)計(jì)與分析

        (1)初步方案設(shè)計(jì) 為防止強(qiáng)力組對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生變形,設(shè)計(jì)出圖2所示的抗阻尼系統(tǒng)。當(dāng)未接觸時(shí),氣動(dòng)壓緊力使整個(gè)系統(tǒng)向工件方向移動(dòng),剛開(kāi)始接觸時(shí),氣動(dòng)壓緊力F1小于彈簧變形屈服力F時(shí),整個(gè)系統(tǒng)繼續(xù)移動(dòng),并壓緊工件,但當(dāng)氣動(dòng)壓緊力稍微大于彈簧變形屈服力F后,彈簧將壓縮來(lái)緩減壓緊力,以防壓緊力過(guò)大導(dǎo)致折彎薄板件變形,從而來(lái)保證零部件的組對(duì)位置精度。從上面分析可看出,其系統(tǒng)總體原則是彈簧變形屈服力F小于產(chǎn)品變形屈服力。

        圖2 抗阻尼系統(tǒng)示意

        (2)產(chǎn)品變形應(yīng)力模型 根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和組對(duì)特點(diǎn),其相當(dāng)于板料在周邊固定局部受到均勻應(yīng)力,可以建立圖3模型,發(fā)生應(yīng)變時(shí),其應(yīng)力公式如下

        式中q——單位面積應(yīng)力;

        σt——彎曲應(yīng)力;

        t——板厚;

        K——K=b/a;

        k——k=變形量/a;

        m——m=a/t。

        可見(jiàn),工件若受到直接壓緊沖力,會(huì)產(chǎn)生變形,影響組對(duì)的位置精度,因此選擇合適的彈簧,以阻尼力的形式緩沖壓力帶來(lái)的沖擊是必然選擇。

        (3)彈簧選用 彈簧隨著其樣式、材料、直徑、剛度及旋繞比不同,在同一作用力下,其變形程度都有著不同。但針對(duì)一般壓縮彈簧設(shè)計(jì),其直徑與應(yīng)力有著以下關(guān)系

        圖3 薄板變形應(yīng)力應(yīng)變模型

        式中d——彈簧絲直徑(mm);

        K——曲度系數(shù);

        C——旋繞比;

        F——彈簧的工裝載荷(N);

        τp——切應(yīng)力(MPa)。

        經(jīng)分析,本文中的彈簧選用外徑為30mm,d=3mm的普通彈簧即可。

        (4)設(shè)計(jì)模型 在完成抗阻尼系統(tǒng)設(shè)計(jì)和元件選用后,根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn),設(shè)計(jì)出如圖4所示的組對(duì)工裝,利用廠房已有壓縮空氣作為動(dòng)力源,添加氣動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)化,從而完成工裝設(shè)計(jì)。

        圖4 工裝結(jié)構(gòu)

        3.實(shí)施效果

        圖5 螺旋分料箱組焊工裝

        工裝設(shè)計(jì)制作完成后(見(jiàn)圖5),其組對(duì)效果良好,在組對(duì)過(guò)程中未發(fā)生一件產(chǎn)品因壓緊力過(guò)大而變形,并大幅降低了工人的工作強(qiáng)度。此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用,目前公司箱體結(jié)構(gòu)焊接件和折彎焊接件還很多,工人全手工組對(duì)焊接現(xiàn)象大量存在,均可參照此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)化工裝,節(jié)約成本。

        4.結(jié)語(yǔ)

        本文中所介紹的彈簧阻尼夾緊系統(tǒng)還相對(duì)簡(jiǎn)單,若對(duì)薄板折彎件有更精確的要求或需要進(jìn)行準(zhǔn)確校正時(shí),可以根據(jù)實(shí)際情況選用更先進(jìn)的阻尼系統(tǒng),如液壓阻尼系統(tǒng)或氣動(dòng)阻尼系統(tǒng)等。

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