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夹具设计-毕设论文.doc
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1、烟台大学毕业论文(设计)1 绪论 汽车自 19 世纪末诞生至今 100 余年期间,汽车工业从无到有,以惊人的速度发展,写下了人类近代文明的重要篇章。汽车是数量最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的现代化交通工具。可以断言,没有哪种机械产品像汽车那样对社会产生如此广泛而深远的影响。汽车是重要的交通运输工具,是科学技术发展水平的标志。汽车工业在世界制造业的进步中起着重要的作用,在一些发达国家,汽车工业产值占国民经济总产值的 8%,占机械工业产值的 30%,其实力足以左右整个国民经济的动向。可以断言,没有哪个国民经济部门完全与汽车无关。汽车工业的发展无疑会促使各行各业的繁荣兴旺,带动整个国民经济
2、的发展。因此,世界各个地方发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。汽车生产制造水平直接体现国家汽车工业发展程度。而汽车工业对实现国家工业现代化起着极为重要的作用,是国民经济中的支柱性产业,它能带动和促进其它工业和事业的发展。它是显示一个国家工业发展水平的重要标志。经过这一百年,汽车发展的速度是如此惊人!进入 21 世纪汽车的发展趋势是系列化、模块化、轻量化、小型化、电子化(自动化、智能化)及个性化。改革开放以来,我国的汽车工业得到较快的发展,产量品种型号日益增多。但由于我国的汽车工业起步较晚,集团化程度不高,其产量质量与发达国家相比还存在着较大的差距。因此面临国际汽车发展的机遇
3、和压力,随着我国国民经济的快速发展,国民收入水平的不断提高,使市场成为汽车工业发展的真正动力。在市场的激烈竞争中和诸多汽车环保法的不断严格规范下,企业逐渐重视产品开发的力度,加快了新产品推出的步伐,整车及零部件水平明显提高。20世纪末,世界汽车工业发生了剧烈的兼并和重组,21世纪初,中国加入WTO。因此,中国汽车工业必然面向国际市场,与整个世界汽车工业做严峻的竞争,寻找自身的发展空间。综合考虑我国加入世界贸易组织和世界汽车产业发展的现状及趋势以及我国汽车产业现状,未来我国汽车产业的发展趋势主要有如下几点:(1)联合兼并重组进程加速 (2)积极参与全球化进程 (3)模块化生产和系统化供货将成为发
4、展潮流 (4)低污染、节能汽车是一个发展方向 (5)轿车将逐步进入家庭 因此中国汽车工业必须面向国际市场,与整个世界汽车工业作严峻的横向比较,寻找自身的发展空间,确定新的坐标系和创立新的发展战略。开放的中国汽车市场将成为国际汽车工业的竞技场,中国的汽车工业面临着与世界汽车诸强竞争求生存的挑战。烟台大学毕业论文(设计)2 第 1 章 汽车车身焊装概述 1.1 汽车车身焊接基础 1.1.1 车身焊接原理 焊接是两个或两个以上的金属零件之间不可拆卸的联接方法之一,其实质是利用局部加热或加压的办法,使被连接处的金属熔化,促成两金属的原子相互渗合并接近到0.30.5nm 的金属晶格距离,完全依靠原子间的
5、结合力把两个分离的金属构件连接起来。在焊接过程中,一般都是把局部加热到熔化温度以上然后冷却结晶凝固,它经历加热 熔化 金属冶金反应 结晶 固态相变 形成接头等几个过程,又是一个复杂的冶金反应、材料热处理及变形应力的产生过程。影响焊接应力与变形的因素,主要是两个方面:第一是焊缝附近不均匀加热的范围和程度,也是产生热变形的范围和程度。第二是焊件本身的刚度以及受到周围边界约束的焊接,即阻止焊缝及其附近加热所产生热变形的程度。这两方面作用的结果决定了焊缝附近塑性变形区的大小和分布,也决定了残余应力与残余变形的大小。人们可以从设计和工艺两方面来采取减小焊接应力与变形的措施。人们可以采取的设计措施有:尽可
6、能减少焊缝的数量,避免不必要的焊缝;选择合理的焊缝尺寸和形状;合理选择结构形式和安排焊缝位置;避免焊缝布置得过分集中。人们可以采取的工艺措施有:焊前将结构或部件装配成具有与焊接变形相反方向的预先反变形,反变形应该能抵消焊后形成的变形;对于刚性小的结构,可以采用夹具支承夹紧的方法,增加结构要焊接时的刚性,达到减小焊接变形的目的;选用合理的焊接方法和规范,可以减小变形量;选择合理的装配焊接顺序,即把结构适当地分成部件,分别装焊接,使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝在焊接过程 中能比较自由地收缩而不影响整体结构,然后再拼焊成整体,这样有利于控制变形。采用机械或加热的预拉伸,使薄板预先得到拉伸,然后在张
7、紧的薄板上装配焊接骨架,可有效防止变形。1.1.2 汽车车身常用焊接方法 车身焊装过程中应用最多的是电阻焊,一般占整个焊接工作量的 60以上,有的轿车车身几乎全部采用电阻焊,高级轿车还采用粘接点焊方法。电阻焊是所有焊接方法中焊接烟台大学毕业论文(设计)3 效率最高的一种,适用于大量生产,在薄板焊接方面使用最广。其他焊接方法还有点焊、螺柱焊、二氧化碳气体保护焊等(1)电阻焊 电阻焊加热时间比较短,热量较集中,焊接过程中产生的应力和变形较小,通常在焊后不必进行校正和热处理。不需要焊丝、焊条、保护气体、焊剂等焊接材料,焊接成本比较低。操作较简单,易于实现机械化和自动化,生产效率比较高,是汽车车身制造
8、中应力最广泛的焊接方法。电阻焊原理 电阻焊原理如图所示,它是将被焊工件压紧于两电极之间,并在焊接处通以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态,断电冷却时,在压力继续作用下实现金属结合,形成牢固接头。这种工艺过程称为电阻焊,也叫接触焊。图 2-8 电阻焊原理 由电阻焊的基本原理可以看出电阻焊有以下特点:a 利用电流通过工作工件焊接处的电阻而产生的热量对工件加热,即热源不是来源于工件之外,而是内部热源。b 整个焊接过程式在压力作用下完成的,即心须施加压力。c 在焊接处不需要加任何填充材料,也不需要任何保护剂,电极压力和焊接电流是产生电阻焊的基本条件。电阻焊分类
9、电阻焊的方法主要有四种:即点焊、凸焊、缝焊和对焊。a 点焊 主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等。b 凸焊 用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等。c 缝焊 用于车身顶盖雨檐、减震器封头、油箱、消声器和机油盘等。d 对焊 用于钢圈、排进气阀杆、刀具等。(2)点焊 点焊是一种高速、经济的连接方法,它适用于焊接搭接头、接头气密性要求低、厚度小于 3mm 的冲压、轧制的薄板件,因此广泛用于汽车车身的焊接。烟台大学毕业论文(设计)4 A 点焊方法 点焊按一次形成的焊点数,可分为单点焊和多点焊:按对焊件的供方向,可分为单面点焊和双面点焊(如图).最常见的点焊方法是
10、双面点焊(电极从工件两侧供电),尤其是双面点焊,在车身焊接中运用最多,这时工件的两侧均有电极压痕。单面点主要用于电极难以从两侧接近工件或工件一侧要求压痕较浅的场合,如汽车车身外表面或装饰面板的点焊,此时,一侧是电极,另一侧是接触面积较大的导电板,可以消除或减轻下面的压痕,在汽车车身大量生产中,单面多点焊也获得广泛应用,图 3-3c 所示为使用一个变压器将各电极并联进行双面多点焊,为了保证通过各焊点的电流基本一致,要求所有电流通路的阻抗基本相等,且每一接部位的表面状态、材料厚度和电极压力都须相同。为了避免各焊点处因阻抗不等使焊接质量不良,常采用各电极变压器分离式。图 2-9 典型的点焊方法(a)
11、双面单点焊 (b)双面双点焊 (c)双面多点焊(d)单面单点焊 (e)单面双点焊 (f)单面多点焊 B 焊点质量的一般要求 焊点质量不仅取决于焊点尺寸,还与焊点表面与内部质量有关。焊点在外观上要求表面压坑线,平滑呈均匀过渡,无明显凸或局部挤压的表面鼓起,外表面没有环状或径向裂纹;表面不得有熔化或粘附的铜合金。从内部看,焊点形状应规则、均匀,焊点尺寸应满足结构强度的要求;内部无超标的裂纹和缩孔;焊点核心周围无严重过热组织。焊点尺寸主要焊点直径,焊透率和表面压坑深度等。(3)螺柱焊 螺柱焊是将金属螺柱等紧固件焊于工件上的焊接方法,它是焊接紧固件的一种快速方法,不仅效率高,而且可以通过专用设备对接头
12、质量进行有效的控制,能够得到全断面熔合的焊接接头,从而保证接头的导热性、导电性和接头强度。在汽车车身零件组焊过程中,烟台大学毕业论文(设计)5 常常利用螺柱焊在一些小零件上焊接安装汽车附件用的紧固件。广泛采用的螺柱焊方法主要有电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊。它们都是利用直流焊接点原来产生电弧。(4)二氧化碳气体保护焊 二氧化碳气体保护焊是融化极气体保护电弧焊的一种,它是采用可熔化的专用二氧化碳焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来融化焊丝与母材金属,并向焊接区输送二氧化碳保护气体,使电弧、融化的焊丝、熔池及附近的母材金属免受周围空气的有害作用。连续送进的焊丝金属不断熔化并过渡到熔池,与熔化的母材金属融
13、合形成焊缝金属,从而使工件互相连接起来。(5)凸焊 凸焊是在焊件的贴合面上预先加工出一个或多个凸点,使其在另一焊件表面接触并通电加热,然后压塌,使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。凸点的作用是将电流和压力限在特定位置上。凸焊主要用于将螺母,垫圈等小零件焊接到较大的冲压件上。(6)缝焊 缝焊是用一对滚盘电机代替点焊的圆柱形电极,与工件相对运动,从而产生一个个熔核相互重叠的密封焊缝的焊接方法。它主要用于气密性要求高的焊缝,如汽车油箱,车身和流水槽等。1.2 焊装夹具简介 1.2.1 焊装夹具分类 焊装夹具种类繁多,按用途可分为:(1)装配用夹具 这类夹具主要是按车身图纸和工艺上的要求,把焊件中各零件
14、或组件的相互位置能准确地固定下来,工件只在它上面进行点固,而不完成整个焊接工作。(2)焊接用夹具 这类夹具专门用来焊接焊件,即将已经点固好的焊件放在它上面完成所有焊缝的焊接。它的主要任务是防止焊接变形,并使处在各种位置的焊缝都尽可能地调整到最的利于施焊和位置。一般这类夹具用于焊件重量大或采用自动焊进行焊接的情况,在手工操作小件焊接时,除有特殊质量要求外,一般不采用这类夹具。(3)装配焊接夹具 这类夹具能完成整个焊件的装配和焊接工作,它具有装配用夹具和焊接用夹具的性能。(4)检验夹具 简称检具,它是用于检查焊接完的车身部件的形状尺寸是否符合质量要求,起量规的作用。烟台大学毕业论文(设计)6(5)
15、其它夹具 指矫正夹具,整修加工夹具和热处理夹具等 1.2.2 焊装夹具的功用(1)在汽车车身焊接过程中定位夹紧,保证车身零件之间正确的装配关系,同时保证车身焊接质量及焊接过程顺利 采用焊装夹具可以精确地对零件进行定位并牢固的夹紧,保证装配件的相对位置,减少了由于人工划线的误差带来的定位不精确。同时焊装夹具在焊接过程中使零件的变形受到一定的限制,可以大大减少焊接变形,使焊后零件的结构尺寸容易达到图纸要求。(2)缩短焊装时间,能够批量生产,减少加工费,降低产品成本 采用了焊接夹具,零件由定位元件定位,不用划线,不用测量就能得到准确的装配位置,加快了装配作业的进程。另外在焊装夹具上备有扩力机构牢固夹
16、紧,可减轻工人的体力劳动,提高装配效率,夹具可强行夹固焊件或预先给予反变形,能控制和消除焊接变形,提高焊接质量,减少或取消焊后矫正变形或修补工艺缺陷的工序,使整个产品的生产周期缩短。虽然制作焊装夹具增加了产品成本,但焊装夹具的使用减少了装配和焊接工时的消耗,提高了产量,易形成大批量生产,从而减少加工费用,使产品总成本降低。(3)增加了产品的均匀性,能得到具有互换性的产品 采用焊装夹具后,由于保证了装配精度,控制了焊接变形,使焊接质量稳定,所以可提高焊件的互换性能。(4)减轻了工人劳动强度,使不熟练工人操作也成为可能 如果不使用夹具,在装配定位焊接时,要求工人在生产节拍时间内划线来保证装配焊接零
17、件的相互位置是不可能的。在焊接时,装配钳工要始终扶持住工件,保证其位置在焊接过程中不发生变动,这项工作也非常困难和疲劳。焊装夹具的使用降低了对工人的技术要求,也减少了工人的劳动强度。1.2.3 焊装夹具设计要求(1)焊装夹具必须保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸,尤其是保证车身上门窗等孔洞的尺寸和形状。在装配时,夹具必须使被装配的元件获得正确的位置和可靠和夹紧,并且在焊接时能阻止焊件产生变形。(2)焊装夹具应动作迅速,操作方便。操作位置要处于工人容易接近最宜操作的部位。特别是手动夹具,其操作力不能过大,操作频率不能过高,操作高度应设计在工人最易用力的部位。当夹具处于夹紧状态时,应能自锁。(
18、3)焊装夹具的设置应便于施工,有足够的装配焊接空间,不能影响间接操作和焊工观察,不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊点保持适当距离,或布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够或转位。烟台大学毕业论文(设计)7(4)夹紧可靠,刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状,以及焊件的表面质量。夹紧力适当,使夹紧后既不使焊件松动滑移,又不使焊件的拘束过大而产生较大的应力。(5)为了保证使用安全,应设置必要的安全互锁保护装置。(6)用于大型零件焊接的夹具,要有足够的强度和刚度,特别是夹具的刚度,对结构的形状精度尺寸精度影响较大。(7)在同一个夹具上,定位元件和夹紧机构的结构形式不
19、宜过多,并且尽量只选用一种动力源。(8)焊装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率,尽量使制作时投资少成本低。(9)尽量选用已通用化标准化的夹紧机构及标准零部件来设计制造焊装夹具。上述这些原则是设计车身焊装夹具时所必须考虑的,但具体到焊装夹具的结构上却是差异甚大,有的焊装夹具只有一个简单的框架,有的则相当复杂。一般来说,应根据生产批量的大小和产品结构的特点并结合本厂的生产条件来选择焊装夹具的类型,设计夹具。烟台大学毕业论文(设计)8 第 2 章 HF-8 车型焊装夹具设计 2.1 制图前的准备工作 2.1.1 UG 软件简介 本夹具设计主要采用了 UG 软件来完成,下面简单介绍一下此软
20、件的特点及优点:2.1.1.1 UG 软件的功能特点 UG 具有三维实体建模、装配建模,生成直观可视的数字虚拟产品,并对其进行运动分析、干涉检查、仿真运动及载荷分析,可视化程度很高其功能特点如下:1)用造型来设计零部件,实现了设计思想的直观描述;2)充分的设计柔性,使概念设计成为可能;3)提供了辅助设计与辅助分析的完整解决方案;4)图形和数据的绝对一致及工程数据的自动更新.2.1.1.2 使用 UG 的优点 1)通过优化设计,节省了材料和加工时间,降低了成本;2)通过直观的模型装配,可以更确切的判断夹具结构和干涉部位;3)通过几何连接器并及时更新,可以保证修后的装配图与零件图的一致。而且相关尺
21、寸会自动作相应的修改;4)选择 UG 三维设计是未来的发展趋势,只有捷足先登才具有市场优势。2.1.22.1.2 建立统一的目录建立统一的目录 按照自上而下的设计方法,分别建立各相关文件。项目名/工位名/GA 存放本工位夹具总图及其气路图 项目名/工位名/UNIT 存放本工位夹具单元及其零件 项目名/工位名/PNL 存放本工位设计用PNL 项目名/工位名/GUNCHECK 存放本工位焊点、焊枪、焊枪打点示意图 项目名/工位名/STD 存放本工位设计用标准件、外购件、国标件 项目名/工位名/MOTION 存放本工位各套夹具的运动分析 项目名/工位名/FILE 存放本工位各种清单表格及其设计试样书
22、,设计参考文件 烟台大学毕业论文(设计)9 文件命名规则 加工件工位代号UNIT号零件序号 RF0120000 RF012工位的GA RF0120200 RF012工位的U02 RF0120201 RF012工位U02的零件01 标准件名称与标准件号一致。例:WT0804-350。外购件名称与样本订购编号一致。气缸后面加“_ 实际应用行程”CK1A50-75_70。国标件国标号-型号例:GB93-87-8 代表弹簧垫圈8。在此特别提出UG对于图层的操作,要求较高,通过图层操作,可以实现方便快捷的各项操作,利于实现图形及其特征的快捷操作。本设计中UG的图层设定如下:优选层 可用图层 内容 优选图
23、层 可用图层 内容 1 1-10 实体模型 61 61-70 BASE TAP 车线 11 11-20 夹具打开状态 71 71-80 GA 车线 21 21-40 草图 81A,82B 81-90 车身断面 41 41-50 参考点线面 91 91-100 PNL 实体 51 51-60 夹具及附属装置车线 101 101-120 DRAFTING 表 2-1 2.2 分析设计任务书确定定位加紧方案 2.2.12.2.1 夹具的定位方案的确定夹具的定位方案的确定 夹具的定位加紧一般采用六点定位原则,本设计同样采用该定位方式。所谓六点定位是指要使工件在夹具中的位置完全确定,其充分必要条件是将工
24、件靠置在按一定要求布置的6个支撑面上,使工件的六个自由度全部被限制,其中每一个支撑点相应的限定一个自由度。这就是六点定位准则,又称“六点定律”。在进行装配焊接作业时,首选应使焊件在夹具中得到确定的位置,并在装配、焊接过程中一直保持将其保持在原来的位置上。我们把焊件按图纸要求得到确定的位置的过程称为定位;把焊件在装配焊接作业中一直保持在确定位置上的过程称为夹紧。设计夹具过程中通常采用过定位方式即六点定位,进行定位,将工件的六个自由度全部限定。烟台大学毕业论文(设计)10 为了使焊件在夹具中得到要求的确定位置,首先应研究物体在空间的位置是怎样确定的。假设一个物体在空间不与任何其它物体发生联系,将其
25、放在空间坐标系内,以此坐标作为参考系来观察其位置和方位的变动。由刚体力学可知,在空间处于自由状态的刚体,具有六种活动的可能性,即六个自由度(DOFS),分别为沿 X,Y,Z 三个坐标轴的移动和分别绕 X,Y,Z 三个坐标轴的转动,如图 2.2。物体在空间的任何状态都可由这六种变化的合成来得到,家具定位的目的就是约束 6 个自由度的部分或全部,这样物体的位置和方位就能够唯一确定了。所以自由度是决定物体空间位置的独立参数。定位基准的优先原则(1)车身零件的制造工艺,定位基准确定的先后顺序为总成分总成组件零件。因为如果装配件的定位基准不确定,则不可能正确评价和确定零部件的精度,也无法决定零部件的准确
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