基于薄板折弯件的焊接工装设计

湖南三一路面机械有限公司工艺装备研究本院 （长沙 410100） 崔远良 黄步云 李少文 郭 飚

焊接工装夹具作为焊接工艺中十分必要的辅助工具，现今越来越多地应用于各种结构件的制作中，由于结构件形式的多种多样，焊接工装的设计方式也呈多样化。本文拟以摊铺机作业装置的重要结构件螺旋分料箱为研究对象，重点针对该结构件中含有薄板折弯件的情况，探讨如何有效地设计出适合的工装，便于其高速有效地组对定位，以期在此类工装的设计中提供一些有意义的参考。

1.工件现状分析

螺旋分料箱是路机摊铺机熨平分料系统的重要部件，为典型箱体结构（见图1），较为规整，但其中多为薄板折弯件，强力压紧组对容易导致工件变形。

图1 螺旋分料箱结构

工艺为下料后进行焊接，之前由工人全手工组对焊接，焊接时无工装定位，完全靠工人手工多次敲击定位，依次定位组对各零部件进行定位焊。整个焊接过程需约350min，劳动强度较大。特别是前后薄板折弯件需要外力敲击进行调整，对零件伤害较大。因此，设计制作能方便快捷实现装夹定位的焊接工装，已迫在眉睫。

2.方案设计与分析

（1）初步方案设计 为防止强力组对产品产生变形，设计出图2所示的抗阻尼系统。当未接触时，气动压紧力使整个系统向工件方向移动，刚开始接触时，气动压紧力F1小于弹簧变形屈服力F时，整个系统继续移动，并压紧工件，但当气动压紧力稍微大于弹簧变形屈服力F后，弹簧将压缩来缓减压紧力，以防压紧力过大导致折弯薄板件变形，从而来保证零部件的组对位置精度。从上面分析可看出，其系统总体原则是弹簧变形屈服力F小于产品变形屈服力。

图2 抗阻尼系统示意

（2）产品变形应力模型 根据产品结构和组对特点，其相当于板料在周边固定局部受到均匀应力，可以建立图3模型，发生应变时，其应力公式如下

式中q——单位面积应力；

σt——弯曲应力；

t——板厚；

K——K=b/a；

k——k=变形量/a；

m——m=a/t。

可见，工件若受到直接压紧冲力，会产生变形，影响组对的位置精度，因此选择合适的弹簧，以阻尼力的形式缓冲压力带来的冲击是必然选择。

（3）弹簧选用 弹簧随着其样式、材料、直径、刚度及旋绕比不同，在同一作用力下，其变形程度都有着不同。但针对一般压缩弹簧设计，其直径与应力有着以下关系

图3 薄板变形应力应变模型

式中d——弹簧丝直径（mm）；

K——曲度系数；

C——旋绕比；

F——弹簧的工装载荷（N）；

τp——切应力（MPa）。

经分析，本文中的弹簧选用外径为30mm，d=3mm的普通弹簧即可。

（4）设计模型 在完成抗阻尼系统设计和元件选用后，根据产品特点，设计出如图4所示的组对工装，利用厂房已有压缩空气作为动力源，添加气动元件实现工件自动化，从而完成工装设计。

图4 工装结构

3.实施效果

图5 螺旋分料箱组焊工装

工装设计制作完成后（见图5），其组对效果良好，在组对过程中未发生一件产品因压紧力过大而变形，并大幅降低了工人的工作强度。此结构简单实用，目前公司箱体结构焊接件和折弯焊接件还很多，工人全手工组对焊接现象大量存在，均可参照此结构设计自动化工装，节约成本。

4.结语

本文中所介绍的弹簧阻尼夹紧系统还相对简单，若对薄板折弯件有更精确的要求或需要进行准确校正时，可以根据实际情况选用更先进的阻尼系统，如液压阻尼系统或气动阻尼系统等。