XX学科学生毕业设计（文）
168摩托车车架头部焊接生产工艺设计
校徽
学 生：X X X
学 号：20XXXXXX
指导教师：X X X
专 业：XXXXXXXX
XX学XX学院
二OXX年X月
Graduation Design (Thesis) of XX University
The Welding Technology Design of the Head of the 168 Motorcycle Frame
Undergraduate XXX
Supervisor XXX
Major XXXX
XXX
XXXX
XX 20XX
摘
文摩托车车架头部进行焊接工装夹具设计焊接工艺设计正确设计选种工装夹具缩短装配焊接时间减少工劳动强度提高劳动生产率保证产品装配精度焊接质量充分发挥焊接设备潜力扩范围利实现焊接作业综合机械化动化焊接夹具焊接工艺否利正确执行保证工艺程否合理影响夹具设计效果兼顾工装夹具焊接工艺设计出合理夹具工艺重
课题通产品材料焊接性分析焊接工艺性分析选择出合理焊接方法焊接工艺参数制定行焊接工艺方案时优化出较焊接工装夹具绘制出工装夹具装配图零件图详细具体阐述摩托车车架头部焊接加工程
关键字：摩托车车架头部焊接夹具设计
ABSTRACT
This paper mainly presents fixture design and welding technology design of the head of the motorcycle frame welding Proper design and selection of various fixture can not only shorten the assembly and welding time reduce labor intensity of workers raising labor productivity and ensure accuracy of product assembly and welding quality but also can give full play to the potential of welding equipment expand the scope of its application and will be conducive to the realization of the comprehensive mechanization and automation Welding fixture is the guarantee of the smooth and correct implementation of welding process Moreover the process whether it is reasonable also affects the design and effect of the use of fixture So in the view of fixture and welding technology it is very important to design a reasonable fixture and welding technology
The subject by the welding material analysis and welding process analysis of product to choice a reasonable selection of welding methods and the welding process parameters and develop practical welding technology scheme At the same timethe subject presents the fixture design Finally drawn the assembly drawing and part drawings of the fixture given a detailed account of the head of the motorcycle frame welding process
Keywords： Motorcycle Head of the frame Welding Fixture design
目 录
摘 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1 绪 1
11引言 1
12课题目 1
13重点研究容 2
131 焊接方法 2
132 焊接工艺方案 2
133 焊接工装夹具 2
2 168摩托车车架头部焊接分析 4
21产品材料焊接性分析 4
22产品材料焊接工艺性分析 5
23焊接方法选择分析 6
3 168摩托车车架头部焊接工艺方案制定 9
31产品图分析 9
32焊前准备 10
33焊接工艺参数选择 10
4 168摩托车车架头部焊接工装夹具设计 11
41焊接工装介绍 11
411 焊接工装作 11
412 焊接工装分类 12
413 焊接工装特点 13
42开发工具选择 14
43总装图 14
44零部件图加工 16
45工装夹具功 27
46夹具优化 28
47产品焊接具体实施方式 28
5 总结 30
参考文献 31
1 绪
11引言
车架摩托车零部件安装基础发动机传动系统悬挂装置转装置车轮等机池联接起组成完美整体车架仅承受发动机总成质量承受路面击振动车架必须具足够强度抗弯抗扭力时应减轻身质量提高动力性济性车架焊接应质量熔数金属少生产率高易实现机械化动化
摩托车车架采复杂板式焊接结构车架焊接会出现焊接变形部产生焊接应力等直接影响整车装配整车性会降低车架结构承载力降低焊接接头车架疲劳强度引发事保证摩托车车架结构尺寸形状精度强度车架生产中问题次设计车架式结构式车架圆方机械加工弯形焊接喷漆等工艺程制成焊接生产式车架制造中关键环式车架形状复杂精度求高焊接量等特点决定焊接工艺解决问题焊缝强度足够前提保证相关尺寸精度减焊接变形量提高焊接生产率生产中焊接方法选择焊接夹具合理设计焊接工艺制定等起着非常重作[14]
摩托车车架头部作车架组成部位材料强度焊缝质量整车时起着关重作次设计选择壁厚16Mn钢作摩托车车架头部材料16Mn钢属低合金结构钢中热轧钢类钢价格便宜具满意综合力学性加工工艺性碳含量016左右屈服点等343MPa（强度级属343MPa级）16Mn钢合金含量较少焊接性良焊前般必预热
12课题目
课题针目前摩托车车架头部生产布局合理生产效率低产品次合格率高等问题充分解掌握168摩托车车架头部焊接制造技术求基础分析研究生产效率低产品次合格率高原提出解决办法特动焊接方法焊接工艺焊接工装夹具等素焊接加工影响规律优化出较焊接加工程焊接工装夹具
13重点研究容
131 焊接方法
焊接方法产生温度场形成热变形相般说动焊手工焊加热集中受热区窄变形较CO2气体保护焊焊丝细电流密度加热集中变形手工焊更适合摩托车车架焊接
摩托车车架头部加工工艺焊接原手工电弧焊埋弧焊钨极氩弧焊CO2气体保护焊等均选应根施工条件结构形式效率成核算焊接质量水综合考虑选择原应：劳动条件低成完成高质量焊缝文通手工电弧焊钨极氩弧焊（TIG）熔化极气体保护电弧焊（MAGMIG）CO2气体保护焊等焊接方法特点较选择更符合次摩托车车架头部焊接生产焊接方法[57]
132 焊接工艺方案
根产品图相关资料确定车架头部零部件装配序焊缝位置焊接序等拟定车架工艺方案包括焊接工艺规程工程计划表结构草图等根车架零部件装配序焊接方法焊缝位置质量求生产节拍工序工时均衡规定生产组织形式工艺路线安排包括划分车架零部件组焊工序需焊接工装数量确定工序需工装基构成车架零部件定位夹紧位置总体布局零部件基结构[89]
133 焊接工装夹具
正确设计选种焊接工装夹具缩短装配焊接时间减轻工劳动强度提高劳动生产率保证产品装配精度焊接质量充分发挥焊接设备潜力扩范围利实现焊接作业综合机械化动化[1014]
焊接工装设计程中应满足便操作安全满足外观济求需遵循原：
① 焊件整体组合制造精度求零部件形状尺寸求确定夹具设计精度尺寸基础选择定位部分结构形式根焊接变形焊接应力确定夹紧力夹紧机构类型
② 应量统道工序夹具定位基准尺寸链减产品制造累积误差
③ 焊装作业应夹具全部完成否需设计补焊工装添置补焊工位
④ 夹具应动作迅速操作方便操位置应处工容易接操作部位特手动夹具操作力操作频率高操作高度应设工易力部位夹具处夹紧状态时应锁
⑤ 夹具应足够装配空间影响焊接操作焊工观察妨碍工件装卸定位元件夹紧机构应焊道保持适距离者布置工件方侧面夹紧机构执行元件应伸缩转位
⑥ 夹紧刚性适夹紧时破坏工件定位位置形状夹紧工件松动滑移工件拘束度产生较应力
⑦ 夹紧时应损坏工件表面质量夹紧薄件软制材料工件时应限制夹紧力者采取压头行程限位加压头接触面积加添铜铝垫片等措施
⑧ 接焊接部位夹持机构应考虑操作手隔热防止焊接飞溅夹具机构产品损伤
⑨ 夹具施力点应位工件支承处布置支承方
车架焊接结构焊接工艺特点装焊工件夹具定位夹紧机械加工夹具焊接工装夹具带特点：
① 车架许简单零件组焊成零件装配点定夹具序进行定位夹紧单独进行
② 焊接程中减少消焊接变形求工装夹具某零件予反变形作刚性夹固减少焊接应力保证工件接头吻合允许某零件某方移动设计时没必零件（特尺寸精度求高部位）作刚性夹固
③ 车架焊接采混合气体保护焊工艺夹具工作中承受焊接应力夹紧反力焊件重力
2 168摩托车车架头部焊接分析
21产品材料焊接性分析
16Mn钢低合金高强度钢中具代表性钢种屈服极限强度达350MPa般低碳钢相提高50左右结构重量减轻20～30广泛种型船舶桥梁汽车等焊接结构中16Mn钢广泛应具良综合机械性冷变形性外更取决具优良焊接性首先方面分析类钢焊接性：
① 裂纹问题
1）热裂纹
热裂纹焊接高温产生中危害严重结晶裂纹结晶裂纹结晶期低熔点物质形成液态膜引发热轧钢般含碳量较低含锰量较高MnS较具良抗热裂性正常情况焊缝中会出现热裂纹材料成分合格严重偏析碳硫含量偏高MnS偏低易出现热裂纹锰钢种硫形成硫化锰减少硫害影响增强钢抗热裂性
2）冷裂纹
钢材冷裂纹取决钢材淬硬倾钢材淬硬倾取决化学成分热轧钢含少量合金元素碳量低碳钢碳量略高种钢淬硬倾低碳钢钢材强度级提高合金元素增加淬硬倾逐渐增应根接头形式钢材厚度调整线量预热热温度控制热影响区冷速度时降低焊缝金属含氢量等措施防止冷裂纹产生
3）热裂纹
热裂纹钢中含CrMoVNb等强碳化物形成元素存定残余应力焊进行次加热情况产生钢材化学成分考虑热轧钢中含强碳化物形成元素热裂纹敏感通提高预热温度焊立热等措施防止热裂纹产生
4）层状撕裂
层状撕裂产生钢材合金成分没直接关系仅冶炼轧制工艺杂质含量分布关16Mn说身杂质害元素控制严格控制材料厚度选择合适焊接工艺层状撕裂减少避免
② 脆化问题
1）热区脆化
热轧钢焊接时缝区中加热100℃粗晶区易产生晶粒长现象焊接接头中塑性差部位会承受住应力作破坏防止热区脆化措施提高冷速度尤提高奥氏体稳定性范围冷速度缩短温度区间停留时间减少防止奥氏体组织出现提高钢击韧度防止热区粗晶脆化宜采线量
2）热应变脆化
热应变脆化焊接程中热应力产生塑性变形位错增殖时诱发氮碳原子快速扩散聚集位错区出现热应变脆化16Mn钢说具定热应变脆化倾焊接时消热应变脆化效措施焊退火处理
综合分析裂纹方面16Mn热裂纹热裂纹层状撕裂敏感材料厚度时冷快时冷裂纹定敏感性脆化方面16Mn定热应变脆化现象热区脆化敏感实际生产中需通简单焊接工艺解决16Mn中部分原焊接带利影响总说16Mn具优良焊接性
22产品材料焊接工艺性分析
热轧钢焊接时焊接方法选择关键问题焊接方法特需求手弧焊埋弧焊气体保护焊等常焊接方法采根材料产品结构施工条件确定方面焊接工艺进行分析：
① 焊前准备：
1）焊接坡口形式设计应避免采焊透局部焊透坡口量减少焊缝横截面积降低接头残余应力时减少焊接材料消耗量
2）坡口加工采热切割时应注意防止母材边缘会形成定深度淬硬层种低塑性淬硬层成冷加工开裂源
3）焊前必须消焊接区钢表面水分坡口表面氧化皮锈斑油脂污物
4）焊接材料前应生产厂推荐规范进行烘干
5）装配定位焊缝必须采正式焊缝类型焊条焊丝
② 焊接线量选择
线量参数指焊接电流电弧电压焊接速度低合金结构钢焊接时线量参数保证接头熔透性焊缝成型外考虑接头性影响焊接含碳量低热轧钢含碳量偏限16Mn钢时焊接线量没严格限制提高热区塑性韧性考虑采偏线量更利焊接含碳量偏高16Mn钢时降低淬硬倾防止冷裂纹产生焊接时线量应偏
23焊接方法选择分析
车架头部焊接方法种类众原手工电弧焊埋弧焊钨极氩弧焊CO2气体保护焊等均选选择符合高效焊接生产原焊接方法种焊接方法进行较：
① 手工电弧焊
手工电弧焊利手工操焊条进行焊接电弧焊方法热电弧提供MIG焊样电极耗电极金属电极外矿物质熔剂包覆熔剂熔化时形成焊渣盖住焊接熔池外包覆熔剂释放出气体保护焊接熔池含合金元素补偿合金熔池合金损失情况包覆熔剂含合金元素中部焊条仅碳钢然采类型焊条时需特心飞溅具软钢性质程中焊缝会锈蚀种焊接特点设备简单操作灵活方便进行全位置焊接适合焊接种材料足生产效率低劳动强度批量焊接生产中少
② 钨极氩弧焊（GTAW TIG）
钨极氩弧焊难熔金属钨合金棒作电源极采惰性气体氩气作保护气体利钨极工件间产生电弧热作热源加热熔化工件填充金属种焊接方法
电弧氩气中进行燃烧具优缺点：
1）氩气具极保护作效隔绝周围空气身金属起化学反应溶金属焊接程中冶金反应简单易控制获较高质量焊缝提供良条件
2）钨极电弧非常稳定电流情况（10A）稳定燃烧特适薄板材料焊接
3）热源填充焊丝分控制热输入容易调整种焊接方法进行全方位焊接实现单面焊双面成型理想方法
4）填充焊丝通电流产生飞溅焊缝成型美观
5）交流氩弧焊焊接程中够动清焊件表面氧化膜作成功焊接化学活泼性强色金属铝镁合金
6）钨极承载电流力较差电流会引起钨极熔化蒸发微粒进入熔池引起夹钨熔敷速度熔深浅生产率低
7）采氩气较贵熔敷率低氩弧焊机较复杂焊接方法（焊条电弧焊埋弧焊CO2气体保护焊）较生产成较高
8）氩弧周围受气流影响较易室外工作
钨极氩弧焊广泛工业生产特航空航天等军工尖端工业技术铜铜合金钛钛合金合金钢锈钢钼等金属焊接生产率低生产成较高等素限制焊接表面质量求高产品时焊接方法做首选
③ 熔化极气体保护电弧焊（MIGMAG）
熔化极气体保护电弧焊利连续送进焊丝工件间燃烧电弧作热源焊嘴喷出气体保护电弧进行焊接熔化极气体保护电弧焊优点方便进行种位置焊接时具焊接速度较快熔敷率较高优点氩气氦气保护气时称熔化极惰性气体保护电弧焊（国际简称MIG焊）惰性气体氧化性气体(O2CO2)混合气保护气体时CO2气体CO2＋O2混合气保护气时统称熔化极活性气体保护电弧焊（国际简称MAG焊）熔化极活性气体保护电弧焊适部分金属包括碳钢合金钢熔化极惰性气体保护焊适锈钢铝镁铜钛锆镍合金利种焊接方法进行电弧点焊
焊接方法特点：显著提高电弧稳定性熔滴细化渡频率增加飞溅减少(飞溅率13采射流渡时飞溅)焊缝成形美观外采混合气体保护改善熔深形状未焊透裂纹等缺陷减少提高焊缝金属性减少焊清理工作量节降耗改善操作环境
④ CO2气体保护焊
二氧化碳气体保护焊二氧化碳气保护气体进行焊接方法应方面操作简单适合动焊全方位焊接CO2焊接特点：
1）焊接电弧高温作CO2会分解成COO2O电弧具强烈压缩作导致该焊接方法电弧形态具弧柱直径较弧面积难覆盖焊丝端部全部熔滴特点熔滴受渡阻力（斑点力）较熔滴粗化渡路径轴性变差飞溅率
2）焊接区保护良CO2密度常保护气体中加CO2气体受热分解体积增保护较
3）量相集中焊透力较
4）生产成低节约电
5）工艺技术具焊接区见度便观察操作焊接热影响区焊接变形较熔池体积较结晶速度较快全位置焊接性良锈污敏感度低优点
适范围：目前CO2气体保护焊广泛应机车制造船舶制造汽车制造采煤机械制造等领域适焊接低碳钢低合金钢低合金高强钢适合焊接色金属锈钢
摩托车车架头部焊接生产中焊缝外观表面质量求高选择焊接方法时考虑济高效生产原通种焊接方法较次焊接生产选择CO2气体保护焊反观种焊接方法手工电弧焊生产效率低批量焊接生产中予考虑TIG焊生产率低生产成较高等素限制做考虑熔化极气体保护电弧焊产品质量较高焊接生产中成相较高次车架焊接生产中做首选
外工艺特点较影响熔池存时间熔池形状素焊金属热物理性坡口角度尺寸焊接方法焊接规范等假设基金属热物理性坡口角度尺寸定值时熔池存时间熔池形状式表示：
tMv UIJSv
式中：t—熔池存时间 sS—散热系数v—焊接速度mm sU—电弧电压VI—焊接电流AJ —熔池形状系数mmM —熔池形状量外径mm
式出CO2 气体保护焊具单面焊双面成形利条件
CO2气体保护焊电弧热量集中加热面积液体熔池熔池形状手工电弧焊埋弧焊较利熔池控制
CO2气体保护焊电流密度较达足够熔深熔池体积较焊接速度快CO2气流冷作熔池停留时间短利控制熔池坠焊透
CO2 气体保护焊熔渣较少熔池见度较便直接观察熔池形状焊工熔孔控制焊接速度摆动保证焊缝成形易操作效率高
3 168摩托车车架头部焊接工艺方案制定
31产品图分析
图1 摩托车车架头部焊缝位置示意图
图1示摩托车车架头部立梁加强块吊块组成 12345分连接零件五处焊缝立通焊缝1连接加强块通焊缝2焊缝3分立连接作减少焊缝1处受力情况避免车架头部断裂吊块1吊块2分通焊缝连接尾部起着悬挂摩托车发动机作组成车架头部五零件济实惠综合机械性良焊接性优越16Mn钢材料立壁厚3mm直径45mm16Mn钢中立长170mm圆柱状弯曲加工带定弧度弯加强块吊块1吊块216Mn钢制成壳体吊块1分左右两块分焊接两侧
产品焊接生产程中针圆焊接选100CO2气体保护焊熔深焊缝成形美观便单面焊双面成形图1中摩托车车架头部结构知加强块吊块位置立梁位置关系决定装配时首先固定立根梁位置关系确定梁安装位置然次装配加强块吊块焊接时先焊1处固定立梁位置分加强块立梁接触位置进行焊接产品产焊接序：1234512354
32焊前准备
① 焊接设备选择
选推丝式半动CO2气体保护焊机型号JC350适厚度2～8mm材料全位置焊接采直径12 mmH08Mn2Si焊丝单面焊双面成形焊缝熔滴渡形式短路渡
② 坡口形式
坡口根设计工艺需焊件焊部位加工出定形状沟槽CO2 气体保护焊坡口形式求较严格坡口角度GB985—88手弧焊气体保护焊焊缝坡口基形式尺寸标准求采单边V形坡口坡口角度45°±5°提高坡口精度焊接质量起作
33焊接工艺参数选择
① 焊接电流选择
焊接电流确定熔深素焊接电流太时焊缝背面容易烧穿出现咬边焊瘤甚产生严重飞溅气孔等缺陷电流时容易出现未熔合未焊透夹渣成形等缺陷试验表明：选直径12 mm焊丝时单面焊双面成形封底焊接电流85～100 A较合适
② 焊接电压选择
短路渡情况焊接电压增加弧长增加焊接电压低时焊丝插入熔池电弧变稳定焊接电压定选择合适通常焊接电流焊接电压低电流焊接电压高焊接电流电弧电压表1示查焊工技术手册中表4·36知焊接电流85～100 A时选择焊接电压19V较合适
③ 焊接速度选择
焊丝直径焊接电流电压定值时熔深熔宽余高着焊接速度增减果焊接速度快容易气体保护作受破坏焊缝冷速度太快焊缝成形焊接速度太慢焊缝宽度显著增熔池热量分集中容易烧穿产生焊瘤半动焊时熟练焊工焊接速度18mh～36mh
④ 焊丝伸出长度
般焊丝伸出长度约焊丝直径10倍左右次焊丝伸出长度选择12 mm较合理
4 168摩托车车架头部焊接工装夹具设计
41焊接工装介绍
机械加工产品检验装配焊接等工艺程中着量工艺装备简称工装安装加工象占正确位置保证零件产品质量提高生产效率焊接工艺装备焊接结构生产装配焊接程配合辅助作夹具机械装置设备总称简称焊接工装
数焊接工装某种焊接组合件装配焊接工艺专门设计属非标准装置需制造厂根厂产品结构特点生产条件实际需行设计制造者外协定做焊接工装设计生产准备工作重容焊接生产工艺设计务汽车摩托车飞机等制造业毫夸张说没焊接工装没产品焊接工艺员应掌握关工装设计基础知识通常工艺设计时提出需工装类型结构草图简说明（例装配焊接序焊接变形预防减措施焊接速度焊接电流回路等）基础工装设计员完成详细结构零件设计全部图样果设计者焊接工艺程生疏设计工装夹具适性较差甚满足生产求
411 焊接工装作
① 提高焊接制品精度保证互换性
装配定位焊时果工装夹具组合件零件组成欲保证零件精确相位置外焊接程中焊件会产生变形尤复杂结构变形时会达法消程度会影响面总装配工作甚造成产品报废采工装夹具仅保证装配定位焊时零件正确相位置防止减少工件焊接变形尤批量生产时稳定焊接质量减少焊件尺寸偏差保证产品互换性
② 提高劳动生产率降低制造成
焊接结构生产程般包括：准备（焊接材料清洗烘干工件开坡口等）装配（正定位夹紧点固焊等）焊接清理（工装夹具卸工件清焊渣等）检验焊热处理矫正检验等工序焊前焊项辅助工序劳动量超焊接工序身提高劳动生产率效措施减少辅助工序时间焊接结构生产中焊件复杂程度纯焊接时间仅占产品全部加工时间10～30余备料装配辅助工作等时间梁柱结构装配翻转工作时间占总生产工时30～50圆筒结构壁厚16mm长度15m缝动埋弧焊焊接时间8min辅助时间40min焊接时间占装焊总工时17种情况焊接速度提高1倍（般难办）提高生产率约10果采高效率焊接工装夹具辅助时间减少20min劳动生产率提高40显然欲缩短生产周期提高劳动生产率采动化焊接工艺外采先进装配工艺采机械化动化程度高工装夹具
采焊接工装降低制造成产品成般包括原材料费燃料动力费厂房设备折旧费工资理费等制造焊接工装然增加产品成种工装设备投资理费等仅仅分摊产品部分旦焊接工装发挥作减少装配焊接工时消耗提高劳动生产率降低装配焊接工技术水求焊接质量高减免焊矫正变形修补工序简化检验工序等缩短整产品生产周期效果导致产品成幅度降低制造工装设备投入远产出外采工装意味着选机构复杂价格昂贵设备许情况采简单定位器夹紧器现设备稍加改装收明显技术济效益
③ 减轻劳动强度保障安全生产
采工装夹具工件定位快速装夹方便省力减轻焊件装配定位夹紧时繁重体力劳动焊件翻转实现机械化变位迅速焊接条件较差空间位置焊缝变焊接条件较焊位置焊缝劳动条件改善时利焊接生产安全理
412 焊接工装分类
焊接结构种类繁形状尺寸异生产工艺程求相相应工艺装备形式工作原理技术求差适应技术理工作需便掌握类工装工作特点设计基方法必目前已焊接工装进行分类
① 途分类
1）装配工艺装备类工装务产品图样工艺求焊件中零件部件相互位置准确固定进行定位焊完成整焊接工作类工装通常称装配定位焊夹具暂焊夹具包括种定位器压夹器推拉装置组合夹具装配胎架
2）焊接工艺装备类工装专门焊接已点固工件例移动焊机龙门式悬臂式伸缩悬臂式台式爬行式等焊接机移动焊工升降台等
3）装配焊接工艺装备类工装完成整焊件装配完成焊缝焊接工作类工装通常专焊接机床动焊接装置者装配焊接综合机械化装置动化生产线应该指出实际生产中工艺装备功单定位器夹紧器常装配台架合起装配台架焊件操作机械合套装置焊件变位机移动焊机焊接操作机焊接电源电气控制系统等组合构成机械化动化程度较高焊接中心
② 应范围分类
1）通焊接工装指已标准化较适范围工装类工装需调整稍加调整适工件装配焊接工作
2）专焊接工装适某工件装配焊接产品变换该工装适
3）柔性焊接工装指工装系统装配焊接形状尺寸变化种工件柔性概念没明确界限广义工件变化范围形状完全尺寸变化组合夹具狭义工件变化范围相似形状尺寸变动范围调整夹具
③ 动力源分类
分手动气动液压电动磁力真空等焊接工艺装备
④ 焊接方法分类
分电弧焊工装电阻焊工装钎焊工装特种焊工装等
413 焊接工装特点
焊接工装特点装配焊接工艺焊接结构决定机床夹具较特点：
1）焊接工艺装备中进行装配焊接零件装配焊接定序逐步进行定位夹紧分单独批批联动进行动作次序功制造工艺程相符合
2）焊件工装中机加工零件机床夹具中受较夹持力零件部件夹持力相焊接程中零件焊接加热伸长冷缩短时减少消焊接变形求某零件予反变形作刚性固定减少焊接应力允许某零件某方零件仅利定位装置定位夹紧焊接工装中零件作刚性固定
3）工装焊接电源二次回路部分时防止焊接电流流机件烧坏需进行绝缘绝缘导电重特殊问题例设计电阻焊夹具时果绝缘处理引起分流焊接接头强度降低设计电弧焊变位机时果导电系统设计会烧坏轴承
4）焊接工装焊接方法相适应例熔化焊夹具工作时承受焊接应力夹紧反力焊件重力压力焊夹具承受顶锻力薄板钨极氩弧焊求夹具设置铜垫埋弧焊夹具设置焊剂垫焊接钛合金锆合金等活性材料考虑背面充氩气保护焊接高强钢防止裂纹需焊前预热焊缓冷考虑夹具设置加热装置避免直流电弧磁偏吹现象焊缝两侧压块磁性材料制作真空电子束焊夹具考虑磁性材料电子束聚焦影响
5）焊接件薄板压件时刚性较差极易变形果然刚体六点定位原理321定位工件重夹紧力作定位部位发生变形影响定位精度外薄板焊接产生波浪变形防止变形通常采较辅助定位点辅助夹紧点赖压件外形定位薄板焊接工装机床夹具显著差仅满足精确定位性求充分考虑薄板压件易变形制造尺寸偏差较特征第基面定位点数目N允许3采N21定位原理
42开发工具选择
次设计选择CAD绘制产品图装配图零件图等计算机辅助设计指利计算机图形设备帮助设计员进行设计工作简称CAD 工程产品设计中计算机帮助设计员担负计算信息存储制图等项工作设计中通常计算机方案进行量计算分析较决定优方案种设计信息数字文字图形存放计算机存外存里快速检索设计员通常草图开始设计草图变工作图繁重工作交计算机完成计算机动产生设计结果快速做出图形显示出设计员时设计做出判断修改利计算机进行图形编辑放缩移旋转等关图形数加工工作CAD 够减轻设计员劳动缩短设计周期提高设计质量
43总装图
次设计摩托车车架头部焊接夹具套专夹具适合产品焊接生产手动焊接工艺装备套夹具完成整车架头部装配完成焊缝焊接工作CAD制作述摩托车车架头部焊接夹具示意图图2夹具视图图3俯视图
图2 摩托车车架头部焊接夹具视图
图3 摩托车车架头部焊接夹具俯视图
1支撑轴2轴套3支承板4底板5底板支撑6挡销7立销支承座8立销9顶杆10第三类夹紧器11夹紧器支承座12夹紧器支承座13第三类夹紧器14顶杆15夹紧器支承座16第三类夹紧器17顶杆18定位插销19定位插销20梁支承座21压板22第类夹紧器23夹紧器支承座24梁支承座25立销支承座26第三类夹紧器27立销
44零部件图加工
① 第类铰链杠杆夹紧器
图3图4示第类铰链杠杆夹紧器视图类夹紧器两组杠杆（手柄杠杆夹紧杠杆）通组连接板铰链组合成连接板位手柄杠杆夹紧杠杆中间手柄杠杆施力点夹紧杠杆受力点通连接板铰链连接起两组杠杆支点支座铰接支点位置固定夹紧器夹具中作保证梁固定梁支承座压板间固定动确保焊接时零件尺寸位置夹紧器质量较轻便安装卸载操作简单方便装配零件取产品时节约量时间间接提高产品生产率夹紧器类似型号GH13005夹紧器夹紧杠杆转角90°手柄杠杆转角170°
图4 第类铰链杠杆夹紧器俯视图
图5 第类铰链杠杆夹紧器视图
② 第三类铰链杠杆夹紧器
图第三类铰链杠杆夹紧器示意图夹紧器新号GH36010导轨行程413mm手柄杠杆转角180°质量800g夹紧力3640N类夹紧器质量较轻工装夹具中快速方便安装卸载摩托车车架头部焊接夹具中四类夹紧器分连接立销顶杆定位立加强块吊块
图6 第三类铰链杠杆夹紧器俯视图
图7 第三类铰链杠杆夹紧器视图
③ 立销支承座
图8示立销支承座作支承立销立销固定立位置中支承座孔轴线立销轴线直线支承板材料T8钢热处理条件55～60HRC中直径39mm孔表面粗糙度Ra
16均Ra32查表公差等级IT10～IT11阶梯面通刨削达求沉孔孔通孔达求加工直径39mm孔时先孔次扩孔
图8 立销支承座零件图
④ 带夹紧器立销支承座
带夹紧器立销支承座材料作零件加工基立销支承座样作支承立销第三类夹紧器立销固定立位置保证夹紧器立销立轴线直线支承板材料T8钢热处理条件55～60HRC中直径39mm孔表面粗糙度Ra16均Ra32查表公差等级IT10～IT11阶梯面通刨削达求沉孔孔通孔达求加工直径39 mm孔时先孔次扩孔攻螺纹完成零件加工图示
图9 带夹紧器立销支承座零件图
⑤ 梁支承座
梁支承座作支承梁确定梁位置变零件材料20钢热处理条件58～64HRC渗碳深度08～12 mm支承座V槽零件直接接触表面精度求较高表面粗糙度Ra08公差等级达IT7V槽加工通刨床加工出V型面通磨削表面精度求高通刨削孔达零件表面孔精度求零件图示：
图10 梁支承座零件图
⑥ 第类夹紧器支承座
支承座夹紧梁时夹紧器压板配合够产品位置高度支承板材料T8钢热处理条件55～60HRC加工零件时表面精度求高高15 mm面通刨床刨削加工获通钻孔获需孔沉孔攻螺纹支承座图示：
图11 夹紧器支承座零件图
⑦ 第三类夹紧器支承座
第三类夹紧器支承座第类夹紧器支承座材料热处理加工基样类支承座摩托车车架头部焊接夹具中处夹紧器顶杆配合固定坚强快吊块位置表面精度求高通钻孔攻螺纹获零件沉孔螺纹孔零件图示：
图12 夹紧器支承座零件图
⑧ 立销
图13图14分两立销零件图者连接夹紧器立销两立销直接伸入立实现定位限制立xyz方移动材料20钢通渗碳深度08～12 mm55～60HRC热处理加工零件时产品零件直接接触表面精度求相高表面粗糙度Ra16圆表面通次精车加工图示：
图13 立销零件图
图14 立销（连接夹紧器）零件图
⑨ 顶杆
顶杆材料20钢通55～60HRC热处理顶杆头部加工梁支承座加工方案样通刨床刨削磨床磨削尾部车床车削攻螺纹图：
图15 顶杆零件图
定位插销（吊块1处）
定位插销限制吊块1旋转运动配合顶杆吊块固定梁相位置插销材料T855～60HRC热处理图：
图16 定位插销零件图
定位插销（吊块2处）
定位插销限制吊块2旋转运动配合顶杆吊块固定梁相位置插销材料20钢55～60HRC热处理图：
图17 定位插销零件图
压板
压板零件图示该零件车架头部接触表面精度求较高磨床磨削达精度求压板材料20钢55～60HRC热处理
图18 压板零件图
45工装夹具功
摩托车车架头部立梁加强块吊块焊接成焊接时间块间连接部位均需焊接焊接部位较间块间相位置易确定控制利车架头部焊接操作焊接成形车架头部形状尺寸易满足求焊接成形车架头部质量保证
次设计摩托车车架头部焊接夹具效确定控制车架头部间块间相位置保证车架头部焊接成形质量满足车架头部形状尺寸便焊接操作
摩托车车架头部焊接夹具包括底板位底板两端支撑两支撑端安装支撑轴两支撑轴轴线位直线底板两端固定具轴套支承板两轴套套装两支撑轴支撑轴间隙配合底板两支撑间绕两支撑轴轴线转动
底板安装固定具定位孔两立销支承座两定位孔均安装立销定位孔间隙配合两定位孔轴线位直线中立销支承座固定第三类铰链杠杆夹紧器夹紧器前端立销通螺纹连接立销焊接操作时插放立两端孔立径定位夹紧器中立销立轴移动立销台阶端面抵住立端实现立轴定位底板安装固定具定位槽梁支承座夹紧器支承座两立销支承座梁支承座夹紧器支承座间相位置应标准车架头部放置底板两立销够插入车架立两端孔车架立间隙配合车架梁够位梁支承座定位槽间隙配合
底板安装固定夹紧器支承座第三类铰链杠杆夹紧器前端分连接V型顶杆通夹紧器施加压力加强块固定立梁间应位置底板两定位插销两定位插销分通两吊块孔限制两吊块着梁旋转运动水移动通夹紧器施加压力两吊块固定梁保证两吊块梁相位置
第类铰链杠杆夹紧器固定压板该夹紧器够压板两端分位梁弯曲部位两端正方通操作第类铰链杠杆夹紧器压板放置梁支承座定位槽梁压紧利焊接操作
底板开设通孔焊接车架头部放置底板焊接部位均位该通孔正方装夹底板车架头部焊接部位部焊接完毕翻转底板通该通孔车架头部焊接部位部进行焊接操作
两支撑两侧部安装挡销支撑间隙配合该档销支撑安装孔中拉出插入两挡销位置略低支撑轴位置底板侧够支撑档销需翻转底板时拉出挡梢底板翻转挡销插入复位底板侧便支撑档销
焊接夹具具该种结构：够组成车架头部立梁加强块吊块定位固定底板底板方便翻转便间块间焊接操作立梁加强块吊块间相位置固定底板两立销支承座梁支承座定位插销顶杆间相位置保证相位置会操作员素改变够效确定控制车架头部间块间相位置车架头部焊接成形质量保证
46夹具优化
夹具摩托车车架头部进行焊接工作时先焊接位底板部面完成部焊接翻转底板面进行焊接种操作方案存着明显足：首先套夹具全手动焊完面取挡销翻转底板然次安装挡销固定底板程占量工作时间尤针批量生产摩托车车架头部生产降低生产效率次逐步单面焊接增车架头部焊接变形影响产品形状尺寸
足处次设计提供优化方案：首先第足处采旋转电机代挡销实现动旋转代手动旋转方案焊接生产节约量时间时增成毕竟电机价格远远超挡销厂家针产品生产规模酌情焊接变形采双机时焊接抵消彼产生焊接变形焊接时产品安装夹具然底板竖直面固定两台CO2气体保护焊机底板双面时焊接方案加设备工投入时求工默契配合
47产品焊接具体实施方式
焊接车架头部时立放两立销支承座725间立销支承座725定位孔中立销827插入立两端孔操作夹紧器26立夹紧梁放置梁支承座2024定位槽保证梁端头立接触操作夹紧器22夹紧器22压板21梁压紧固定加强块放置立梁间保证加强块立梁接触操作夹紧器10顶杆9加强块压紧固定吊块1吊块2次套梁分安装定位插销1918穿吊块1吊块2孔然操作夹紧器1316顶杆1417分吊块1吊块2压紧固定进行焊接操作车架头部焊接部位部焊接完毕拉出支撑5挡销6翻转底板4挡销6推入底板4支撑挡销6底板4原表面变表面车架头部焊接部位部进行焊接
5 总结
摩托车车架头部生产总伴着系列问题产品合格率降低生产率高文通焊接方法焊接工艺焊接工装夹具等素焊接加工影响规律优化出较焊接加工程焊接工装夹具结：
① 分析产品16Mn材料焊接性知16Mn具优良焊接性
裂纹方面16Mn热裂纹热裂纹层状撕裂敏感材料厚度时冷快时冷裂纹定敏感性脆化方面16Mn定热应变脆化现象热区脆化敏感实际生产中需通简单焊接工艺解决16Mn中部分原焊接带利影响
② 分析材料焊接工艺性选择CO2气体保护焊作焊接加工方法
文分析种焊接方法优缺点通济高效生产原选择CO2气体保护焊结合材料焊接工艺性确定焊接坡口形式焊接工艺参数制定次焊接生产工艺方案
③ 根产品结构设计出焊接工装夹具绘制出相关CAD视图
文分析摩托车车架头部产品结构设计出焊接生产专焊接工装夹具次设计摩托车车架头部焊接夹具效确定控制车架头部间块间相位置保证车架头部焊接成形质量满足车架头部形状尺寸便焊接操作
参考文献
XXXXXXXXXX
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168摩托车车架头部焊接生产工艺设计
校徽
学 生：X X X
学 号：20XXXXXX
指导教师：X X X
专 业：XXXXXXXX
XX学XX学院
二OXX年X月
Graduation Design (Thesis) of XX University
The Welding Technology Design of the Head of the 168 Motorcycle Frame
Undergraduate XXX
Supervisor XXX
Major XXXX
XXX
XXXX
XX 20XX
摘
文摩托车车架头部进行焊接工装夹具设计焊接工艺设计正确设计选种工装夹具缩短装配焊接时间减少工劳动强度提高劳动生产率保证产品装配精度焊接质量充分发挥焊接设备潜力扩范围利实现焊接作业综合机械化动化焊接夹具焊接工艺否利正确执行保证工艺程否合理影响夹具设计效果兼顾工装夹具焊接工艺设计出合理夹具工艺重
课题通产品材料焊接性分析焊接工艺性分析选择出合理焊接方法焊接工艺参数制定行焊接工艺方案时优化出较焊接工装夹具绘制出工装夹具装配图零件图详细具体阐述摩托车车架头部焊接加工程
关键字：摩托车车架头部焊接夹具设计
ABSTRACT
This paper mainly presents fixture design and welding technology design of the head of the motorcycle frame welding Proper design and selection of various fixture can not only shorten the assembly and welding time reduce labor intensity of workers raising labor productivity and ensure accuracy of product assembly and welding quality but also can give full play to the potential of welding equipment expand the scope of its application and will be conducive to the realization of the comprehensive mechanization and automation Welding fixture is the guarantee of the smooth and correct implementation of welding process Moreover the process whether it is reasonable also affects the design and effect of the use of fixture So in the view of fixture and welding technology it is very important to design a reasonable fixture and welding technology
The subject by the welding material analysis and welding process analysis of product to choice a reasonable selection of welding methods and the welding process parameters and develop practical welding technology scheme At the same timethe subject presents the fixture design Finally drawn the assembly drawing and part drawings of the fixture given a detailed account of the head of the motorcycle frame welding process
Keywords： Motorcycle Head of the frame Welding Fixture design
目 录
摘 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1 绪 1
11引言 1
12课题目 1
13重点研究容 2
131 焊接方法 2
132 焊接工艺方案 2
133 焊接工装夹具 2
2 168摩托车车架头部焊接分析 4
21产品材料焊接性分析 4
22产品材料焊接工艺性分析 5
23焊接方法选择分析 6
3 168摩托车车架头部焊接工艺方案制定 9
31产品图分析 9
32焊前准备 10
33焊接工艺参数选择 10
4 168摩托车车架头部焊接工装夹具设计 11
41焊接工装介绍 11
411 焊接工装作 11
412 焊接工装分类 12
413 焊接工装特点 13
42开发工具选择 14
43总装图 14
44零部件图加工 16
45工装夹具功 27
46夹具优化 28
47产品焊接具体实施方式 28
5 总结 30
参考文献 31
1 绪
11引言
车架摩托车零部件安装基础发动机传动系统悬挂装置转装置车轮等机池联接起组成完美整体车架仅承受发动机总成质量承受路面击振动车架必须具足够强度抗弯抗扭力时应减轻身质量提高动力性济性车架焊接应质量熔数金属少生产率高易实现机械化动化
摩托车车架采复杂板式焊接结构车架焊接会出现焊接变形部产生焊接应力等直接影响整车装配整车性会降低车架结构承载力降低焊接接头车架疲劳强度引发事保证摩托车车架结构尺寸形状精度强度车架生产中问题次设计车架式结构式车架圆方机械加工弯形焊接喷漆等工艺程制成焊接生产式车架制造中关键环式车架形状复杂精度求高焊接量等特点决定焊接工艺解决问题焊缝强度足够前提保证相关尺寸精度减焊接变形量提高焊接生产率生产中焊接方法选择焊接夹具合理设计焊接工艺制定等起着非常重作[14]
摩托车车架头部作车架组成部位材料强度焊缝质量整车时起着关重作次设计选择壁厚16Mn钢作摩托车车架头部材料16Mn钢属低合金结构钢中热轧钢类钢价格便宜具满意综合力学性加工工艺性碳含量016左右屈服点等343MPa（强度级属343MPa级）16Mn钢合金含量较少焊接性良焊前般必预热
12课题目
课题针目前摩托车车架头部生产布局合理生产效率低产品次合格率高等问题充分解掌握168摩托车车架头部焊接制造技术求基础分析研究生产效率低产品次合格率高原提出解决办法特动焊接方法焊接工艺焊接工装夹具等素焊接加工影响规律优化出较焊接加工程焊接工装夹具
13重点研究容
131 焊接方法
焊接方法产生温度场形成热变形相般说动焊手工焊加热集中受热区窄变形较CO2气体保护焊焊丝细电流密度加热集中变形手工焊更适合摩托车车架焊接
摩托车车架头部加工工艺焊接原手工电弧焊埋弧焊钨极氩弧焊CO2气体保护焊等均选应根施工条件结构形式效率成核算焊接质量水综合考虑选择原应：劳动条件低成完成高质量焊缝文通手工电弧焊钨极氩弧焊（TIG）熔化极气体保护电弧焊（MAGMIG）CO2气体保护焊等焊接方法特点较选择更符合次摩托车车架头部焊接生产焊接方法[57]
132 焊接工艺方案
根产品图相关资料确定车架头部零部件装配序焊缝位置焊接序等拟定车架工艺方案包括焊接工艺规程工程计划表结构草图等根车架零部件装配序焊接方法焊缝位置质量求生产节拍工序工时均衡规定生产组织形式工艺路线安排包括划分车架零部件组焊工序需焊接工装数量确定工序需工装基构成车架零部件定位夹紧位置总体布局零部件基结构[89]
133 焊接工装夹具
正确设计选种焊接工装夹具缩短装配焊接时间减轻工劳动强度提高劳动生产率保证产品装配精度焊接质量充分发挥焊接设备潜力扩范围利实现焊接作业综合机械化动化[1014]
焊接工装设计程中应满足便操作安全满足外观济求需遵循原：
① 焊件整体组合制造精度求零部件形状尺寸求确定夹具设计精度尺寸基础选择定位部分结构形式根焊接变形焊接应力确定夹紧力夹紧机构类型
② 应量统道工序夹具定位基准尺寸链减产品制造累积误差
③ 焊装作业应夹具全部完成否需设计补焊工装添置补焊工位
④ 夹具应动作迅速操作方便操位置应处工容易接操作部位特手动夹具操作力操作频率高操作高度应设工易力部位夹具处夹紧状态时应锁
⑤ 夹具应足够装配空间影响焊接操作焊工观察妨碍工件装卸定位元件夹紧机构应焊道保持适距离者布置工件方侧面夹紧机构执行元件应伸缩转位
⑥ 夹紧刚性适夹紧时破坏工件定位位置形状夹紧工件松动滑移工件拘束度产生较应力
⑦ 夹紧时应损坏工件表面质量夹紧薄件软制材料工件时应限制夹紧力者采取压头行程限位加压头接触面积加添铜铝垫片等措施
⑧ 接焊接部位夹持机构应考虑操作手隔热防止焊接飞溅夹具机构产品损伤
⑨ 夹具施力点应位工件支承处布置支承方
车架焊接结构焊接工艺特点装焊工件夹具定位夹紧机械加工夹具焊接工装夹具带特点：
① 车架许简单零件组焊成零件装配点定夹具序进行定位夹紧单独进行
② 焊接程中减少消焊接变形求工装夹具某零件予反变形作刚性夹固减少焊接应力保证工件接头吻合允许某零件某方移动设计时没必零件（特尺寸精度求高部位）作刚性夹固
③ 车架焊接采混合气体保护焊工艺夹具工作中承受焊接应力夹紧反力焊件重力
2 168摩托车车架头部焊接分析
21产品材料焊接性分析
16Mn钢低合金高强度钢中具代表性钢种屈服极限强度达350MPa般低碳钢相提高50左右结构重量减轻20～30广泛种型船舶桥梁汽车等焊接结构中16Mn钢广泛应具良综合机械性冷变形性外更取决具优良焊接性首先方面分析类钢焊接性：
① 裂纹问题
1）热裂纹
热裂纹焊接高温产生中危害严重结晶裂纹结晶裂纹结晶期低熔点物质形成液态膜引发热轧钢般含碳量较低含锰量较高MnS较具良抗热裂性正常情况焊缝中会出现热裂纹材料成分合格严重偏析碳硫含量偏高MnS偏低易出现热裂纹锰钢种硫形成硫化锰减少硫害影响增强钢抗热裂性
2）冷裂纹
钢材冷裂纹取决钢材淬硬倾钢材淬硬倾取决化学成分热轧钢含少量合金元素碳量低碳钢碳量略高种钢淬硬倾低碳钢钢材强度级提高合金元素增加淬硬倾逐渐增应根接头形式钢材厚度调整线量预热热温度控制热影响区冷速度时降低焊缝金属含氢量等措施防止冷裂纹产生
3）热裂纹
热裂纹钢中含CrMoVNb等强碳化物形成元素存定残余应力焊进行次加热情况产生钢材化学成分考虑热轧钢中含强碳化物形成元素热裂纹敏感通提高预热温度焊立热等措施防止热裂纹产生
4）层状撕裂
层状撕裂产生钢材合金成分没直接关系仅冶炼轧制工艺杂质含量分布关16Mn说身杂质害元素控制严格控制材料厚度选择合适焊接工艺层状撕裂减少避免
② 脆化问题
1）热区脆化
热轧钢焊接时缝区中加热100℃粗晶区易产生晶粒长现象焊接接头中塑性差部位会承受住应力作破坏防止热区脆化措施提高冷速度尤提高奥氏体稳定性范围冷速度缩短温度区间停留时间减少防止奥氏体组织出现提高钢击韧度防止热区粗晶脆化宜采线量
2）热应变脆化
热应变脆化焊接程中热应力产生塑性变形位错增殖时诱发氮碳原子快速扩散聚集位错区出现热应变脆化16Mn钢说具定热应变脆化倾焊接时消热应变脆化效措施焊退火处理
综合分析裂纹方面16Mn热裂纹热裂纹层状撕裂敏感材料厚度时冷快时冷裂纹定敏感性脆化方面16Mn定热应变脆化现象热区脆化敏感实际生产中需通简单焊接工艺解决16Mn中部分原焊接带利影响总说16Mn具优良焊接性
22产品材料焊接工艺性分析
热轧钢焊接时焊接方法选择关键问题焊接方法特需求手弧焊埋弧焊气体保护焊等常焊接方法采根材料产品结构施工条件确定方面焊接工艺进行分析：
① 焊前准备：
1）焊接坡口形式设计应避免采焊透局部焊透坡口量减少焊缝横截面积降低接头残余应力时减少焊接材料消耗量
2）坡口加工采热切割时应注意防止母材边缘会形成定深度淬硬层种低塑性淬硬层成冷加工开裂源
3）焊前必须消焊接区钢表面水分坡口表面氧化皮锈斑油脂污物
4）焊接材料前应生产厂推荐规范进行烘干
5）装配定位焊缝必须采正式焊缝类型焊条焊丝
② 焊接线量选择
线量参数指焊接电流电弧电压焊接速度低合金结构钢焊接时线量参数保证接头熔透性焊缝成型外考虑接头性影响焊接含碳量低热轧钢含碳量偏限16Mn钢时焊接线量没严格限制提高热区塑性韧性考虑采偏线量更利焊接含碳量偏高16Mn钢时降低淬硬倾防止冷裂纹产生焊接时线量应偏
23焊接方法选择分析
车架头部焊接方法种类众原手工电弧焊埋弧焊钨极氩弧焊CO2气体保护焊等均选选择符合高效焊接生产原焊接方法种焊接方法进行较：
① 手工电弧焊
手工电弧焊利手工操焊条进行焊接电弧焊方法热电弧提供MIG焊样电极耗电极金属电极外矿物质熔剂包覆熔剂熔化时形成焊渣盖住焊接熔池外包覆熔剂释放出气体保护焊接熔池含合金元素补偿合金熔池合金损失情况包覆熔剂含合金元素中部焊条仅碳钢然采类型焊条时需特心飞溅具软钢性质程中焊缝会锈蚀种焊接特点设备简单操作灵活方便进行全位置焊接适合焊接种材料足生产效率低劳动强度批量焊接生产中少
② 钨极氩弧焊（GTAW TIG）
钨极氩弧焊难熔金属钨合金棒作电源极采惰性气体氩气作保护气体利钨极工件间产生电弧热作热源加热熔化工件填充金属种焊接方法
电弧氩气中进行燃烧具优缺点：
1）氩气具极保护作效隔绝周围空气身金属起化学反应溶金属焊接程中冶金反应简单易控制获较高质量焊缝提供良条件
2）钨极电弧非常稳定电流情况（10A）稳定燃烧特适薄板材料焊接
3）热源填充焊丝分控制热输入容易调整种焊接方法进行全方位焊接实现单面焊双面成型理想方法
4）填充焊丝通电流产生飞溅焊缝成型美观
5）交流氩弧焊焊接程中够动清焊件表面氧化膜作成功焊接化学活泼性强色金属铝镁合金
6）钨极承载电流力较差电流会引起钨极熔化蒸发微粒进入熔池引起夹钨熔敷速度熔深浅生产率低
7）采氩气较贵熔敷率低氩弧焊机较复杂焊接方法（焊条电弧焊埋弧焊CO2气体保护焊）较生产成较高
8）氩弧周围受气流影响较易室外工作
钨极氩弧焊广泛工业生产特航空航天等军工尖端工业技术铜铜合金钛钛合金合金钢锈钢钼等金属焊接生产率低生产成较高等素限制焊接表面质量求高产品时焊接方法做首选
③ 熔化极气体保护电弧焊（MIGMAG）
熔化极气体保护电弧焊利连续送进焊丝工件间燃烧电弧作热源焊嘴喷出气体保护电弧进行焊接熔化极气体保护电弧焊优点方便进行种位置焊接时具焊接速度较快熔敷率较高优点氩气氦气保护气时称熔化极惰性气体保护电弧焊（国际简称MIG焊）惰性气体氧化性气体(O2CO2)混合气保护气体时CO2气体CO2＋O2混合气保护气时统称熔化极活性气体保护电弧焊（国际简称MAG焊）熔化极活性气体保护电弧焊适部分金属包括碳钢合金钢熔化极惰性气体保护焊适锈钢铝镁铜钛锆镍合金利种焊接方法进行电弧点焊
焊接方法特点：显著提高电弧稳定性熔滴细化渡频率增加飞溅减少(飞溅率13采射流渡时飞溅)焊缝成形美观外采混合气体保护改善熔深形状未焊透裂纹等缺陷减少提高焊缝金属性减少焊清理工作量节降耗改善操作环境
④ CO2气体保护焊
二氧化碳气体保护焊二氧化碳气保护气体进行焊接方法应方面操作简单适合动焊全方位焊接CO2焊接特点：
1）焊接电弧高温作CO2会分解成COO2O电弧具强烈压缩作导致该焊接方法电弧形态具弧柱直径较弧面积难覆盖焊丝端部全部熔滴特点熔滴受渡阻力（斑点力）较熔滴粗化渡路径轴性变差飞溅率
2）焊接区保护良CO2密度常保护气体中加CO2气体受热分解体积增保护较
3）量相集中焊透力较
4）生产成低节约电
5）工艺技术具焊接区见度便观察操作焊接热影响区焊接变形较熔池体积较结晶速度较快全位置焊接性良锈污敏感度低优点
适范围：目前CO2气体保护焊广泛应机车制造船舶制造汽车制造采煤机械制造等领域适焊接低碳钢低合金钢低合金高强钢适合焊接色金属锈钢
摩托车车架头部焊接生产中焊缝外观表面质量求高选择焊接方法时考虑济高效生产原通种焊接方法较次焊接生产选择CO2气体保护焊反观种焊接方法手工电弧焊生产效率低批量焊接生产中予考虑TIG焊生产率低生产成较高等素限制做考虑熔化极气体保护电弧焊产品质量较高焊接生产中成相较高次车架焊接生产中做首选
外工艺特点较影响熔池存时间熔池形状素焊金属热物理性坡口角度尺寸焊接方法焊接规范等假设基金属热物理性坡口角度尺寸定值时熔池存时间熔池形状式表示：
tMv UIJSv
式中：t—熔池存时间 sS—散热系数v—焊接速度mm sU—电弧电压VI—焊接电流AJ —熔池形状系数mmM —熔池形状量外径mm
式出CO2 气体保护焊具单面焊双面成形利条件
CO2气体保护焊电弧热量集中加热面积液体熔池熔池形状手工电弧焊埋弧焊较利熔池控制
CO2气体保护焊电流密度较达足够熔深熔池体积较焊接速度快CO2气流冷作熔池停留时间短利控制熔池坠焊透
CO2 气体保护焊熔渣较少熔池见度较便直接观察熔池形状焊工熔孔控制焊接速度摆动保证焊缝成形易操作效率高
3 168摩托车车架头部焊接工艺方案制定
31产品图分析
图1 摩托车车架头部焊缝位置示意图
图1示摩托车车架头部立梁加强块吊块组成 12345分连接零件五处焊缝立通焊缝1连接加强块通焊缝2焊缝3分立连接作减少焊缝1处受力情况避免车架头部断裂吊块1吊块2分通焊缝连接尾部起着悬挂摩托车发动机作组成车架头部五零件济实惠综合机械性良焊接性优越16Mn钢材料立壁厚3mm直径45mm16Mn钢中立长170mm圆柱状弯曲加工带定弧度弯加强块吊块1吊块216Mn钢制成壳体吊块1分左右两块分焊接两侧
产品焊接生产程中针圆焊接选100CO2气体保护焊熔深焊缝成形美观便单面焊双面成形图1中摩托车车架头部结构知加强块吊块位置立梁位置关系决定装配时首先固定立根梁位置关系确定梁安装位置然次装配加强块吊块焊接时先焊1处固定立梁位置分加强块立梁接触位置进行焊接产品产焊接序：1234512354
32焊前准备
① 焊接设备选择
选推丝式半动CO2气体保护焊机型号JC350适厚度2～8mm材料全位置焊接采直径12 mmH08Mn2Si焊丝单面焊双面成形焊缝熔滴渡形式短路渡
② 坡口形式
坡口根设计工艺需焊件焊部位加工出定形状沟槽CO2 气体保护焊坡口形式求较严格坡口角度GB985—88手弧焊气体保护焊焊缝坡口基形式尺寸标准求采单边V形坡口坡口角度45°±5°提高坡口精度焊接质量起作
33焊接工艺参数选择
① 焊接电流选择
焊接电流确定熔深素焊接电流太时焊缝背面容易烧穿出现咬边焊瘤甚产生严重飞溅气孔等缺陷电流时容易出现未熔合未焊透夹渣成形等缺陷试验表明：选直径12 mm焊丝时单面焊双面成形封底焊接电流85～100 A较合适
② 焊接电压选择
短路渡情况焊接电压增加弧长增加焊接电压低时焊丝插入熔池电弧变稳定焊接电压定选择合适通常焊接电流焊接电压低电流焊接电压高焊接电流电弧电压表1示查焊工技术手册中表4·36知焊接电流85～100 A时选择焊接电压19V较合适
③ 焊接速度选择
焊丝直径焊接电流电压定值时熔深熔宽余高着焊接速度增减果焊接速度快容易气体保护作受破坏焊缝冷速度太快焊缝成形焊接速度太慢焊缝宽度显著增熔池热量分集中容易烧穿产生焊瘤半动焊时熟练焊工焊接速度18mh～36mh
④ 焊丝伸出长度
般焊丝伸出长度约焊丝直径10倍左右次焊丝伸出长度选择12 mm较合理
4 168摩托车车架头部焊接工装夹具设计
41焊接工装介绍
机械加工产品检验装配焊接等工艺程中着量工艺装备简称工装安装加工象占正确位置保证零件产品质量提高生产效率焊接工艺装备焊接结构生产装配焊接程配合辅助作夹具机械装置设备总称简称焊接工装
数焊接工装某种焊接组合件装配焊接工艺专门设计属非标准装置需制造厂根厂产品结构特点生产条件实际需行设计制造者外协定做焊接工装设计生产准备工作重容焊接生产工艺设计务汽车摩托车飞机等制造业毫夸张说没焊接工装没产品焊接工艺员应掌握关工装设计基础知识通常工艺设计时提出需工装类型结构草图简说明（例装配焊接序焊接变形预防减措施焊接速度焊接电流回路等）基础工装设计员完成详细结构零件设计全部图样果设计者焊接工艺程生疏设计工装夹具适性较差甚满足生产求
411 焊接工装作
① 提高焊接制品精度保证互换性
装配定位焊时果工装夹具组合件零件组成欲保证零件精确相位置外焊接程中焊件会产生变形尤复杂结构变形时会达法消程度会影响面总装配工作甚造成产品报废采工装夹具仅保证装配定位焊时零件正确相位置防止减少工件焊接变形尤批量生产时稳定焊接质量减少焊件尺寸偏差保证产品互换性
② 提高劳动生产率降低制造成
焊接结构生产程般包括：准备（焊接材料清洗烘干工件开坡口等）装配（正定位夹紧点固焊等）焊接清理（工装夹具卸工件清焊渣等）检验焊热处理矫正检验等工序焊前焊项辅助工序劳动量超焊接工序身提高劳动生产率效措施减少辅助工序时间焊接结构生产中焊件复杂程度纯焊接时间仅占产品全部加工时间10～30余备料装配辅助工作等时间梁柱结构装配翻转工作时间占总生产工时30～50圆筒结构壁厚16mm长度15m缝动埋弧焊焊接时间8min辅助时间40min焊接时间占装焊总工时17种情况焊接速度提高1倍（般难办）提高生产率约10果采高效率焊接工装夹具辅助时间减少20min劳动生产率提高40显然欲缩短生产周期提高劳动生产率采动化焊接工艺外采先进装配工艺采机械化动化程度高工装夹具
采焊接工装降低制造成产品成般包括原材料费燃料动力费厂房设备折旧费工资理费等制造焊接工装然增加产品成种工装设备投资理费等仅仅分摊产品部分旦焊接工装发挥作减少装配焊接工时消耗提高劳动生产率降低装配焊接工技术水求焊接质量高减免焊矫正变形修补工序简化检验工序等缩短整产品生产周期效果导致产品成幅度降低制造工装设备投入远产出外采工装意味着选机构复杂价格昂贵设备许情况采简单定位器夹紧器现设备稍加改装收明显技术济效益
③ 减轻劳动强度保障安全生产
采工装夹具工件定位快速装夹方便省力减轻焊件装配定位夹紧时繁重体力劳动焊件翻转实现机械化变位迅速焊接条件较差空间位置焊缝变焊接条件较焊位置焊缝劳动条件改善时利焊接生产安全理
412 焊接工装分类
焊接结构种类繁形状尺寸异生产工艺程求相相应工艺装备形式工作原理技术求差适应技术理工作需便掌握类工装工作特点设计基方法必目前已焊接工装进行分类
① 途分类
1）装配工艺装备类工装务产品图样工艺求焊件中零件部件相互位置准确固定进行定位焊完成整焊接工作类工装通常称装配定位焊夹具暂焊夹具包括种定位器压夹器推拉装置组合夹具装配胎架
2）焊接工艺装备类工装专门焊接已点固工件例移动焊机龙门式悬臂式伸缩悬臂式台式爬行式等焊接机移动焊工升降台等
3）装配焊接工艺装备类工装完成整焊件装配完成焊缝焊接工作类工装通常专焊接机床动焊接装置者装配焊接综合机械化装置动化生产线应该指出实际生产中工艺装备功单定位器夹紧器常装配台架合起装配台架焊件操作机械合套装置焊件变位机移动焊机焊接操作机焊接电源电气控制系统等组合构成机械化动化程度较高焊接中心
② 应范围分类
1）通焊接工装指已标准化较适范围工装类工装需调整稍加调整适工件装配焊接工作
2）专焊接工装适某工件装配焊接产品变换该工装适
3）柔性焊接工装指工装系统装配焊接形状尺寸变化种工件柔性概念没明确界限广义工件变化范围形状完全尺寸变化组合夹具狭义工件变化范围相似形状尺寸变动范围调整夹具
③ 动力源分类
分手动气动液压电动磁力真空等焊接工艺装备
④ 焊接方法分类
分电弧焊工装电阻焊工装钎焊工装特种焊工装等
413 焊接工装特点
焊接工装特点装配焊接工艺焊接结构决定机床夹具较特点：
1）焊接工艺装备中进行装配焊接零件装配焊接定序逐步进行定位夹紧分单独批批联动进行动作次序功制造工艺程相符合
2）焊件工装中机加工零件机床夹具中受较夹持力零件部件夹持力相焊接程中零件焊接加热伸长冷缩短时减少消焊接变形求某零件予反变形作刚性固定减少焊接应力允许某零件某方零件仅利定位装置定位夹紧焊接工装中零件作刚性固定
3）工装焊接电源二次回路部分时防止焊接电流流机件烧坏需进行绝缘绝缘导电重特殊问题例设计电阻焊夹具时果绝缘处理引起分流焊接接头强度降低设计电弧焊变位机时果导电系统设计会烧坏轴承
4）焊接工装焊接方法相适应例熔化焊夹具工作时承受焊接应力夹紧反力焊件重力压力焊夹具承受顶锻力薄板钨极氩弧焊求夹具设置铜垫埋弧焊夹具设置焊剂垫焊接钛合金锆合金等活性材料考虑背面充氩气保护焊接高强钢防止裂纹需焊前预热焊缓冷考虑夹具设置加热装置避免直流电弧磁偏吹现象焊缝两侧压块磁性材料制作真空电子束焊夹具考虑磁性材料电子束聚焦影响
5）焊接件薄板压件时刚性较差极易变形果然刚体六点定位原理321定位工件重夹紧力作定位部位发生变形影响定位精度外薄板焊接产生波浪变形防止变形通常采较辅助定位点辅助夹紧点赖压件外形定位薄板焊接工装机床夹具显著差仅满足精确定位性求充分考虑薄板压件易变形制造尺寸偏差较特征第基面定位点数目N允许3采N21定位原理
42开发工具选择
次设计选择CAD绘制产品图装配图零件图等计算机辅助设计指利计算机图形设备帮助设计员进行设计工作简称CAD 工程产品设计中计算机帮助设计员担负计算信息存储制图等项工作设计中通常计算机方案进行量计算分析较决定优方案种设计信息数字文字图形存放计算机存外存里快速检索设计员通常草图开始设计草图变工作图繁重工作交计算机完成计算机动产生设计结果快速做出图形显示出设计员时设计做出判断修改利计算机进行图形编辑放缩移旋转等关图形数加工工作CAD 够减轻设计员劳动缩短设计周期提高设计质量
43总装图
次设计摩托车车架头部焊接夹具套专夹具适合产品焊接生产手动焊接工艺装备套夹具完成整车架头部装配完成焊缝焊接工作CAD制作述摩托车车架头部焊接夹具示意图图2夹具视图图3俯视图
图2 摩托车车架头部焊接夹具视图
图3 摩托车车架头部焊接夹具俯视图
1支撑轴2轴套3支承板4底板5底板支撑6挡销7立销支承座8立销9顶杆10第三类夹紧器11夹紧器支承座12夹紧器支承座13第三类夹紧器14顶杆15夹紧器支承座16第三类夹紧器17顶杆18定位插销19定位插销20梁支承座21压板22第类夹紧器23夹紧器支承座24梁支承座25立销支承座26第三类夹紧器27立销
44零部件图加工
① 第类铰链杠杆夹紧器
图3图4示第类铰链杠杆夹紧器视图类夹紧器两组杠杆（手柄杠杆夹紧杠杆）通组连接板铰链组合成连接板位手柄杠杆夹紧杠杆中间手柄杠杆施力点夹紧杠杆受力点通连接板铰链连接起两组杠杆支点支座铰接支点位置固定夹紧器夹具中作保证梁固定梁支承座压板间固定动确保焊接时零件尺寸位置夹紧器质量较轻便安装卸载操作简单方便装配零件取产品时节约量时间间接提高产品生产率夹紧器类似型号GH13005夹紧器夹紧杠杆转角90°手柄杠杆转角170°
图4 第类铰链杠杆夹紧器俯视图
图5 第类铰链杠杆夹紧器视图
② 第三类铰链杠杆夹紧器
图第三类铰链杠杆夹紧器示意图夹紧器新号GH36010导轨行程413mm手柄杠杆转角180°质量800g夹紧力3640N类夹紧器质量较轻工装夹具中快速方便安装卸载摩托车车架头部焊接夹具中四类夹紧器分连接立销顶杆定位立加强块吊块
图6 第三类铰链杠杆夹紧器俯视图
图7 第三类铰链杠杆夹紧器视图
③ 立销支承座
图8示立销支承座作支承立销立销固定立位置中支承座孔轴线立销轴线直线支承板材料T8钢热处理条件55～60HRC中直径39mm孔表面粗糙度Ra
16均Ra32查表公差等级IT10～IT11阶梯面通刨削达求沉孔孔通孔达求加工直径39mm孔时先孔次扩孔
图8 立销支承座零件图
④ 带夹紧器立销支承座
带夹紧器立销支承座材料作零件加工基立销支承座样作支承立销第三类夹紧器立销固定立位置保证夹紧器立销立轴线直线支承板材料T8钢热处理条件55～60HRC中直径39mm孔表面粗糙度Ra16均Ra32查表公差等级IT10～IT11阶梯面通刨削达求沉孔孔通孔达求加工直径39 mm孔时先孔次扩孔攻螺纹完成零件加工图示
图9 带夹紧器立销支承座零件图
⑤ 梁支承座
梁支承座作支承梁确定梁位置变零件材料20钢热处理条件58～64HRC渗碳深度08～12 mm支承座V槽零件直接接触表面精度求较高表面粗糙度Ra08公差等级达IT7V槽加工通刨床加工出V型面通磨削表面精度求高通刨削孔达零件表面孔精度求零件图示：
图10 梁支承座零件图
⑥ 第类夹紧器支承座
支承座夹紧梁时夹紧器压板配合够产品位置高度支承板材料T8钢热处理条件55～60HRC加工零件时表面精度求高高15 mm面通刨床刨削加工获通钻孔获需孔沉孔攻螺纹支承座图示：
图11 夹紧器支承座零件图
⑦ 第三类夹紧器支承座
第三类夹紧器支承座第类夹紧器支承座材料热处理加工基样类支承座摩托车车架头部焊接夹具中处夹紧器顶杆配合固定坚强快吊块位置表面精度求高通钻孔攻螺纹获零件沉孔螺纹孔零件图示：
图12 夹紧器支承座零件图
⑧ 立销
图13图14分两立销零件图者连接夹紧器立销两立销直接伸入立实现定位限制立xyz方移动材料20钢通渗碳深度08～12 mm55～60HRC热处理加工零件时产品零件直接接触表面精度求相高表面粗糙度Ra16圆表面通次精车加工图示：
图13 立销零件图
图14 立销（连接夹紧器）零件图
⑨ 顶杆
顶杆材料20钢通55～60HRC热处理顶杆头部加工梁支承座加工方案样通刨床刨削磨床磨削尾部车床车削攻螺纹图：
图15 顶杆零件图
定位插销（吊块1处）
定位插销限制吊块1旋转运动配合顶杆吊块固定梁相位置插销材料T855～60HRC热处理图：
图16 定位插销零件图
定位插销（吊块2处）
定位插销限制吊块2旋转运动配合顶杆吊块固定梁相位置插销材料20钢55～60HRC热处理图：
图17 定位插销零件图
压板
压板零件图示该零件车架头部接触表面精度求较高磨床磨削达精度求压板材料20钢55～60HRC热处理
图18 压板零件图
45工装夹具功
摩托车车架头部立梁加强块吊块焊接成焊接时间块间连接部位均需焊接焊接部位较间块间相位置易确定控制利车架头部焊接操作焊接成形车架头部形状尺寸易满足求焊接成形车架头部质量保证
次设计摩托车车架头部焊接夹具效确定控制车架头部间块间相位置保证车架头部焊接成形质量满足车架头部形状尺寸便焊接操作
摩托车车架头部焊接夹具包括底板位底板两端支撑两支撑端安装支撑轴两支撑轴轴线位直线底板两端固定具轴套支承板两轴套套装两支撑轴支撑轴间隙配合底板两支撑间绕两支撑轴轴线转动
底板安装固定具定位孔两立销支承座两定位孔均安装立销定位孔间隙配合两定位孔轴线位直线中立销支承座固定第三类铰链杠杆夹紧器夹紧器前端立销通螺纹连接立销焊接操作时插放立两端孔立径定位夹紧器中立销立轴移动立销台阶端面抵住立端实现立轴定位底板安装固定具定位槽梁支承座夹紧器支承座两立销支承座梁支承座夹紧器支承座间相位置应标准车架头部放置底板两立销够插入车架立两端孔车架立间隙配合车架梁够位梁支承座定位槽间隙配合
底板安装固定夹紧器支承座第三类铰链杠杆夹紧器前端分连接V型顶杆通夹紧器施加压力加强块固定立梁间应位置底板两定位插销两定位插销分通两吊块孔限制两吊块着梁旋转运动水移动通夹紧器施加压力两吊块固定梁保证两吊块梁相位置
第类铰链杠杆夹紧器固定压板该夹紧器够压板两端分位梁弯曲部位两端正方通操作第类铰链杠杆夹紧器压板放置梁支承座定位槽梁压紧利焊接操作
底板开设通孔焊接车架头部放置底板焊接部位均位该通孔正方装夹底板车架头部焊接部位部焊接完毕翻转底板通该通孔车架头部焊接部位部进行焊接操作
两支撑两侧部安装挡销支撑间隙配合该档销支撑安装孔中拉出插入两挡销位置略低支撑轴位置底板侧够支撑档销需翻转底板时拉出挡梢底板翻转挡销插入复位底板侧便支撑档销
焊接夹具具该种结构：够组成车架头部立梁加强块吊块定位固定底板底板方便翻转便间块间焊接操作立梁加强块吊块间相位置固定底板两立销支承座梁支承座定位插销顶杆间相位置保证相位置会操作员素改变够效确定控制车架头部间块间相位置车架头部焊接成形质量保证
46夹具优化
夹具摩托车车架头部进行焊接工作时先焊接位底板部面完成部焊接翻转底板面进行焊接种操作方案存着明显足：首先套夹具全手动焊完面取挡销翻转底板然次安装挡销固定底板程占量工作时间尤针批量生产摩托车车架头部生产降低生产效率次逐步单面焊接增车架头部焊接变形影响产品形状尺寸
足处次设计提供优化方案：首先第足处采旋转电机代挡销实现动旋转代手动旋转方案焊接生产节约量时间时增成毕竟电机价格远远超挡销厂家针产品生产规模酌情焊接变形采双机时焊接抵消彼产生焊接变形焊接时产品安装夹具然底板竖直面固定两台CO2气体保护焊机底板双面时焊接方案加设备工投入时求工默契配合
47产品焊接具体实施方式
焊接车架头部时立放两立销支承座725间立销支承座725定位孔中立销827插入立两端孔操作夹紧器26立夹紧梁放置梁支承座2024定位槽保证梁端头立接触操作夹紧器22夹紧器22压板21梁压紧固定加强块放置立梁间保证加强块立梁接触操作夹紧器10顶杆9加强块压紧固定吊块1吊块2次套梁分安装定位插销1918穿吊块1吊块2孔然操作夹紧器1316顶杆1417分吊块1吊块2压紧固定进行焊接操作车架头部焊接部位部焊接完毕拉出支撑5挡销6翻转底板4挡销6推入底板4支撑挡销6底板4原表面变表面车架头部焊接部位部进行焊接
5 总结
摩托车车架头部生产总伴着系列问题产品合格率降低生产率高文通焊接方法焊接工艺焊接工装夹具等素焊接加工影响规律优化出较焊接加工程焊接工装夹具结：
① 分析产品16Mn材料焊接性知16Mn具优良焊接性
裂纹方面16Mn热裂纹热裂纹层状撕裂敏感材料厚度时冷快时冷裂纹定敏感性脆化方面16Mn定热应变脆化现象热区脆化敏感实际生产中需通简单焊接工艺解决16Mn中部分原焊接带利影响
② 分析材料焊接工艺性选择CO2气体保护焊作焊接加工方法
文分析种焊接方法优缺点通济高效生产原选择CO2气体保护焊结合材料焊接工艺性确定焊接坡口形式焊接工艺参数制定次焊接生产工艺方案
③ 根产品结构设计出焊接工装夹具绘制出相关CAD视图
文分析摩托车车架头部产品结构设计出焊接生产专焊接工装夹具次设计摩托车车架头部焊接夹具效确定控制车架头部间块间相位置保证车架头部焊接成形质量满足车架头部形状尺寸便焊接操作
参考文献
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