基于薄板折彎件的焊接工裝設計

湖南三一路面機械有限公司工藝裝備研究本院 （長沙 410100） 崔遠良 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，現今越來越多地應用于各種結構件的制作中，由于結構件形式的多種多樣，焊接工裝的設計方式也呈多樣化。本文擬以攤鋪機作業裝置的重要結構件螺旋分料箱為研究對象，重點針對該結構件中含有薄板折彎件的情況，探討如何有效地設計出適合的工裝，便于其高速有效地組對定位，以期在此類工裝的設計中提供一些有意義的參考。

1.工件現狀分析

螺旋分料箱是路機攤鋪機熨平分料系統的重要部件，為典型箱體結構（見圖1），較為規整，但其中多為薄板折彎件，強力壓緊組對容易導致工件變形。

圖1 螺旋分料箱結構

工藝為下料后進行焊接，之前由工人全手工組對焊接，焊接時無工裝定位，完全靠工人手工多次敲擊定位，依次定位組對各零部件進行定位焊。整個焊接過程需約350min，勞動強度較大。特別是前后薄板折彎件需要外力敲擊進行調整，對零件傷害較大。因此，設計制作能方便快捷實現裝夾定位的焊接工裝，已迫在眉睫。

2.方案設計與分析

（1）初步方案設計 為防止強力組對產品產生變形，設計出圖2所示的抗阻尼系統。當未接觸時，氣動壓緊力使整個系統向工件方向移動，剛開始接觸時，氣動壓緊力F1小于彈簧變形屈服力F時，整個系統繼續移動，并壓緊工件，但當氣動壓緊力稍微大于彈簧變形屈服力F后，彈簧將壓縮來緩減壓緊力，以防壓緊力過大導致折彎薄板件變形，從而來保證零部件的組對位置精度。從上面分析可看出，其系統總體原則是彈簧變形屈服力F小于產品變形屈服力。

圖2 抗阻尼系統示意

（2）產品變形應力模型 根據產品結構和組對特點，其相當于板料在周邊固定局部受到均勻應力，可以建立圖3模型，發生應變時，其應力公式如下

式中q——單位面積應力；

σt——彎曲應力；

t——板厚；

K——K=b/a；

k——k=變形量/a；

m——m=a/t。

可見，工件若受到直接壓緊沖力，會產生變形，影響組對的位置精度，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。但針對一般壓縮彈簧設計，其直徑與應力有著以下關系

圖3 薄板變形應力應變模型

式中d——彈簧絲直徑（mm）；

K——曲度系數；

C——旋繞比；

F——彈簧的工裝載荷（N）；

τp——切應力（MPa）。

經分析，本文中的彈簧選用外徑為30mm，d=3mm的普通彈簧即可。

（4）設計模型 在完成抗阻尼系統設計和元件選用后，根據產品特點，設計出如圖4所示的組對工裝，利用廠房已有壓縮空氣作為動力源，添加氣動元件實現工件自動化，從而完成工裝設計。

圖4 工裝結構

3.實施效果

圖5 螺旋分料箱組焊工裝

工裝設計制作完成后（見圖5），其組對效果良好，在組對過程中未發生一件產品因壓緊力過大而變形，并大幅降低了工人的工作強度。此結構簡單實用，目前公司箱體結構焊接件和折彎焊接件還很多，工人全手工組對焊接現象大量存在，均可參照此結構設計自動化工裝，節約成本。

4.結語

本文中所介紹的彈簧阻尼夾緊系統還相對簡單，若對薄板折彎件有更精確的要求或需要進行準確校正時，可以根據實際情況選用更先進的阻尼系統，如液壓阻尼系統或氣動阻尼系統等。