电子驱动器座板焊接夹具的设计与应用

郎超男 陈本茁 杨东

摘 要

为满足矿用隔爆灯具的电子驱动器座板焊接的工艺要求，保证焊接质量，设计一种手工电弧焊焊接夹具。主要对焊接夹具的结构、性能设计及其具体实际应用等方面进行研究。夹具设计简单合理，使用方便、解决了电子驱动器座板手工电弧焊焊接加工的工艺难题并保证了焊接质量，有效提高了生产效率。

关键词

矿用隔爆灯;电子驱动器;手工电弧焊;焊接夹具

中图分类号： TH703                        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.022

Abstract

In order to meet the welding process requirements of electronic driver plate of mine flameproof lamp and ensure the welding quality，a manual arc welding jig was designed.It mainly studies the structure，performance design and practical application of welding jig.The design of jig is simple and reasonable，and easy to use，and solve the problem of manual arc welding process of electronic driver seat plate and ensure the welding quality， effectively improve the production efficiency.

Key Words

Flameproof lamp;Electronic driver;Manual arc;Welding jig

0 引言

焊接夾具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，往往需要根据企业的产品结构特点、生产条件和实际需要自行设计制造或者外协定做[1-2]。

在焊接过程中，焊件往往会产生变形，尤其是复杂的结构，其变形有时会达到无法消除的程度，就会影响到总装配工序，甚至造成产品报废。采用焊接夹具，不仅可以保证装配定位焊时各零件正确的相对位置，而且可以防止或减少工件的焊接变形。尤其是批量生产时，可以稳定焊接质量，减少焊件尺寸偏差，保证产品的互换性。

尤其焊接件为薄板冲压件时，其刚性比较差，实施焊接时易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依赖于冲压件外形定位。因此，薄板焊接夹具与机床夹具有显著的差别，不仅要满足精确定位的共性要求，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[3]。

1 夹具的设计背景

电子驱动器座板是矿用隔爆灯具系列产品上用来固定安装电子驱动器位置的重要元件，由螺孔、底板、工艺孔、焊点和方轴组成。底板是材质为Q235、厚度2㎜的薄板冲裁件。座板的右端是一对边长为8mm的方轴，其材质也为Q235。需要把底板与方轴两个独立的零件通过单面焊接的方式连接起来，由于此座板在矿用隔爆灯具的结构上具有驱动器定位及传递扭矩的作用[4]，要求有较高的定位位置精度并承受一定的扭力，因此要求座板及其焊接连接点具有较高的抗拉强度[5]

若采用点焊机点焊工艺或铆接连接的形式加工此座板很难保证其形位公差和强度要求，其他常规的加工方法也无法保证其质量要求，生产加工效率也很难提高。手工电弧焊具有操作简单方便、焊接质量好，焊点强度高的特点[6]，因此采用手工电弧焊焊接座板是比较恰当的工艺选择。

综上所述，要满足电子驱动器座板的焊接质量和工艺要求必须设计制造专用的手工电弧焊焊接夹具。

2 焊接夹具的设计

根据上述对电子驱动器座板结构图的分析，电子驱动器座板实际上是由一块2mm厚度的薄型圆板和方轴通过手工电弧焊焊接在一起组成的。在底板中间位置有一焊接工艺孔和方轴连在一起形成焊接连接点，实施焊接后形成焊点。

设计后的夹具分为主体定位、夹紧机构和退料机构三部分。设计的座板焊接夹具由方轴定位孔、菱形定位销、夹具主体、底板螺栓、弹簧、座板、紧固螺钉、推板等组成。

2.1 主体结构及工件定位的设计

夹具主体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具主体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。

焊接夹具的主体设计要具有足够的强度和刚度，表面要有一定的硬度和精度。在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积尽量小且便于工件装卸，并能实现安装稳定牢靠，同时，结构的工艺性能要好，便于制造、装配和检验尺寸。此外，夹具在生产应用中势必会在其表面残留焊渣、飞溅物甚至误操作遗留的焊瘤等，因此设计的夹具要方便清理。综合考虑上述诸多因素，座板焊接夹具采用QT400合金铸铁铸造;表面热处理HB180硬度值。

在设计夹具时首先要考虑到薄板焊接容易变形，尺寸定位势必会发生位移和改变，合理避免此问题的措施是首先设计其定位装置。定位的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不变的位置，在保证加工要求的情况下依据六点定位原理，对工件的X、Y、Z方向的空间自由度进行合理限制。按工件的要求，把焊件中各零件或部件的相互位置准确地固定下来，工件座板是由底板和方轴两个独立的零件组成，因此定位机构的设计分别涉及底板和方轴的定位。

其定位结构是由一个与底板外圆尺寸配合的止口，在止口端面上有两个定位菱形销，止口的中心设置一个方轴定位孔，其尺寸形状与方轴间隙配合。考虑到工件焊接中受热后会产生尺寸变大现象，因此方轴定位孔采用了8.3～8.5mm的过渡配合间隙确保焊接后轻松取件。

以工件底板的外圆直径作为定位基准是控制其X方向、Y方向和Z方向的各个自由度，两个菱形定位销控制其Z方向的旋转自由度。采用菱形销的目的是有效防止不利的过定位现象，使工件安装方便。电子座板夹具方轴定位孔是对方轴的定位约束;夹具主体右端端面上按照底板的外圓直径尺寸加工一止口，作为底板与夹具的定位。

2.2 夹紧机构的设计

使用焊接夹具焊接工件相比较机加工零件在机床夹具中的夹持力要小得多，而且不同零件、不同部件的夹持力也不相同。在焊接过程中，当零件因焊件受热造成变形、伸长或冷却后而缩短时，为了减少或消除焊接变形，要求对零件给予反变形或作刚性固定。但有时为了减少焊接应力，又允许某些零件在某一方向是自由的。

因此，在焊接夹具中不是对所有的零件都作刚性的固定。座板焊接夹具在设计时依据工件的结构特点，在夹具主体上端面左右方向设置两个紧固螺钉，把工件固定在夹具上进行夹紧。紧固螺钉的螺纹部分采用左旋螺纹，方轴插入方轴定位孔内并放置好底板后分别旋转两个紧固螺钉使之与底板紧固。

2.3 退料机构的设计

在夹具主体左端设置退料装置，该装置由座板、弹簧、推板组成。退料装置作用是焊接完成卸掉夹紧力后在弹簧作用力下使工件脱离，实现轻松取件。弹簧采用国标圆柱形压缩弹簧，弹簧丝φ1.5mm确保足够的顶出力。推板采用隔热、绝缘、耐高温、阻燃且不易变形的胶木材料加工而成，确保弹簧部分不因受热失效。

3 焊接夹具的实际应用

夹具在实际生产应用中的具体操作过程如下：将夹具放置在焊接工作台上，把方轴插入方轴孔内，左手手持底板并克服弹簧力使底板上的两个螺钉孔与夹具上的销钉定位孔对齐放置，右手分别旋动两个紧固螺钉压紧工件底板即可对底板上中心的工艺孔部位实施焊接。焊接完毕后，旋动松开两个紧固螺钉，在弹簧力的作用下使工件脱离焊接夹具。

4 结语

本文通过对电子驱动器座板焊接进行工艺分析，设计出一种手工电弧焊焊接夹具，并对焊接夹具的结构、性能设计等方面进行研究分析。设计的焊接夹具有以下显著特点：

1）夹具采用QT400合金铸铁铸造夹具主体且表面经过热处理，硬度高;表面不易产生焊接飞溅残渣，易于清理;

2）自动顶出退料装置的设计，简化了工件的取件过程;

3）夹具整体结构简单合理、操作方便，工件定位准确、夹紧稳固工件不易变形，有效保证了工件生产加工工艺及性能要求，提高了生产效率。

参考文献

[1]陈宏军.金属切削技术基础手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]陈洪峰.矿用防爆灯外壳车加工专用夹具的设计研究[J].煤矿机械，2009，30（12）：93-95.

[3]高红俐，朱楷勇，龚澳，等.高频谐振疲劳机载荷测量误差建模分析及试验夹具优化设计[J].中国机械工程，2019，30（22）：1-8.

[4]杨彪，李凌霄，王明杰，等.电磁无心夹具的无痕支承技术[J].轴承，2019（11）：27-31.

[5]刘长勇，于海.琴键式塑料激光焊接夹具的设计[J].机械设计与制造，2016（10）：257-259.

[6]尹霞，李炼.焊接机器人工艺方案技术攻关与实施[J].机床与液压，2017，45（11）：69-71.