CN112355559A - 一种铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体装焊工装 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体装焊工装，包括支承架、固定堵盘组件、移动堵盘组件、前底座、后底座、拉杆和抱环组件；支承架位于装焊工装底部，承载其上的各工装部件；固定堵盘组件和移动堵盘组件分别安装在支承架上的前端和后端，限定前端框和后端框的空间位置；前底座和后底座的上型面与抱环组件的内型面构成完整的舱体外型面，环抱在舱体的蒙皮和铸件的外型面上；拉杆使舱体各组件的配合端面能够紧密贴合。该舱体装焊工装能够实现此类铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体在焊接前的精准装配，并有效控制装配体在焊接全过程中的变形，达到舱体的设计要求，不再需要补充焊后机加工序道，降低了制造成本，缩短了生产周期。

Description

一种铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体装焊工装

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体装焊工装。

背景技术

由于行业需要，舱体类产品的加工制造是重点研发项目。如图1所示，这类产品的框架主要由舱体铸件、两侧端框和薄壁蒙皮拼装、焊接组成，铸件和其上薄壁蒙皮之间形成贮藏空间。该舱体的整体焊接既有纵焊缝又有环焊缝，焊缝长而且不规则，焊接顺序和焊缝分布以及各零件的刚度都会直接影响焊接质量。目前舱体类产品在制造中采用舱体铸件和端框拼装焊接成组件后再进行薄壁蒙皮的拼装和焊接，然而，舱体铸件和端框焊后产生的向内收口变形，造成薄壁蒙皮很难装配到位。同时，较为严峻的是，舱体的薄壁蒙皮尺寸大、厚度薄(＜2mm)、刚度低，在与刚度相对高的铸件、端框焊接过程中蒙皮受到多向应力会产生难以控制的、无规律的扭曲变形，导致舱体整体变形大、轮廓度难以达到设计要求，因此拼装时各零件的精确定位、焊接时舱体变形的有效控制都是工装设计需要解决的难题。焊接时工装又必须避开焊缝位置，避免干扰焊接，尽量减少断续焊后的补焊，给工装设计又增加了难度。

发明内容

为了解决上述舱体零件难装配，舱体焊接变形难控制等难题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体装焊工装，能保证舱体各零件一次精准装配到位，并在舱体焊接全过程中有效控制变形，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

一种铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体装焊工装，舱体包括下部铸件、前端框、后端框和薄壁蒙皮，蒙皮搭接在铸件、前端框和后端框上，通过焊接形成中部容纳空间；舱体装焊工装包括支承架、固定堵盘组件、移动堵盘组件、前底座、后底座、拉杆和抱环组件；

所述支承架位于装焊工装底部，用于承载其上的各工装部件；

所述固定堵盘组件安装在支承架上的前端，用于限定前端框的空间位置；

所述移动堵盘组件安装在支承架上的后端，用于限定后端框的空间位置；

所述前底座和后底座具有与舱体铸件外形相贴合的上型面，依次前后安装在固定堵盘组件和移动堵盘组件之间，分别固定抱环组件的前端和后端，前底座和后底座的上型面与抱环组件的内型面构成完整的舱体外型面，环抱在舱体的蒙皮和铸件的外型面上；

所述拉杆穿过固定堵盘组件、移动堵盘组件外周加工的通孔，通过旋紧拉杆两端的紧固件如螺母对舱体拉紧，使舱体各组件的配合端面能够紧密贴合。

根据本发明提供的一种铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体装焊工装，具有以下有益效果：

(1)本发明以轻量化结构的支承架作为舱体装配的基础基准，两个堵盘组件和各底座上的对舱体各零件定位用的型面都与支承架的基准面相关联，具有严格的形位公差尺寸要求，因而统一了装配基准，实现了舱体各零件间的精准装配；

(2)本发明中支承架的上表面对称固定有结构相同的定位凸台，为舱体装配提供了轴向起始基准面，利于舱体的轴向安装定位，提高了舱体重复性装配和焊接的精准度；

(3)本发明中固定堵盘组件和移动堵盘组件起到对前端框和后端框定位的作用，配合拉杆的拉紧作用，使舱体各组件的配合端面能够紧密贴合，保证舱体环焊缝的焊前要求；

(4)本发明中前底座、后底座以及任选的中底座与抱环组件8的内型面构成完整的舱体外型面，用于抱住舱体的蒙皮和铸件，对装配后的舱体起到固定作用，保证舱体纵焊缝的焊前要求，并在焊接过程中控制舱体的整体变形；

(5)本发明中抱环组件不同于传统的单一环状抱环结构，它采用三截活节筒式结构将长弧板均匀分布在薄壁蒙皮的几大变形区处限制了蒙皮在焊接时沿舱体轴向和径向的凸凹变形；

(6)抱环组件的内圆弧面尺寸取舱体理论外形尺寸的上差，对舱体蒙皮和铸件起到维形作用，不对两者施加大夹紧力，避免蒙皮在装配环节受力变形。

附图说明

图1示出一种舱体类产品整体结构示意图；

图2示出本发明一种优选实施方式中舱体装焊工装的整体结构示意图；

图3示出本发明一种优选实施方式中支承架的结构示意图；

图4示出本发明一种优选实施方式中固定堵盘组件(或移动堵盘组件)的结构示意图；

图5示出本发明一种优选实施方式中前底座(或中底座、后底座)的结构示意图；

图6示出本发明一种优选实施方式中抱环组件的结构示意图。

附图标号说明

1-支承架；11-纵梁；12-定位凸台；2-固定堵盘组件；21-堵盘；22-芯轴；23-内止口；24-托板；3-移动堵盘组件；4-前底座；5-中底座；6-后底座；7-拉杆；8-抱环组件；81-顶部长弧板；82-左半弧组件；83-右半弧组件；84-螺纹孔；9-螺母；10-螺纹连接件；100-铸件；200-前端框；300-后端框；400-蒙皮；500-纵焊缝；600-环焊缝；700-立边。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明提供了一种铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体装焊工装，舱体包括下部铸件100、前端框200、后端框300和薄壁蒙皮400，蒙皮400搭接在铸件100、前端框200和后端框300上，通过焊接形成中部容纳空间，焊接焊缝既有纵焊缝500又有环焊缝600；舱体装焊工装如图2所示，包括支承架1、固定堵盘组件2、移动堵盘组件3、前底座4、后底座6、拉杆7和抱环组件8，

所述支承架1位于装焊工装底部，用于承载其上的各工装部件，

所述固定堵盘组件2安装在支承架1上的前端，用于限定前端框的空间位置；

所述移动堵盘组件3安装在支承架1上的后端，用于限定后端框的空间位置；

所述前底座4和后底座6具有与舱体铸件外形相贴合的上型面，依次前后安装在固定堵盘组件2和移动堵盘组件3之间，分别固定抱环组件8的前端和后端，前底座4和后底座6的上型面与抱环组件8的内型面构成完整的舱体外型面，用于抱住舱体的蒙皮和铸件，对装配后的舱体起到固定作用，保证舱体纵焊缝的焊前要求，并在焊接过程中控制舱体的变形；

所述拉杆7穿过固定堵盘组件2、移动堵盘组件3外周加工的通孔，通过旋紧拉杆7两端的紧固件如螺母9实施对舱体的拉紧作用，使舱体各组件的配合端面能够紧密贴合，保证舱体环焊缝的焊前要求。

在本发明中，如图3所示，所述支承架1由两根平行且等高的纵梁11以及纵梁11之间的若干横梁拼焊而成，在舱体装配时起到定位和承载其上的各工装部件的作用。支承架1中两根纵梁11的上平面是舱体装配时中心高的起始基准面，也是安装在支承架上1的固定堵盘组件2、移动堵盘组件3、前底座4和后底座6在高度方向上的安装基准面。

两纵梁11的内侧立面是固定堵盘组件2、移动堵盘组件3、前底座4、后底座6及舱体装配时径向方向上确定左右对称的基准面，所述固定堵盘组件2、移动堵盘组件3、前底座4和后底座6底部均开设有与两纵梁11配合的两道卡槽或位于中部的限位凸台，具体地，所述两道卡槽的内侧立面分别与两纵梁的内侧立面贴合，所述限位凸台的立面与两纵梁的内侧立面贴合。两道卡槽或限位凸台与支承架1的两条纵梁11配合并利用螺栓/螺钉固定安装在支承架1上。

两根纵梁11的上平面靠近固定堵盘组件2的一端对称固定有结构相同的定位凸台12，定位凸台12的前端立面是舱体装配时沿轴向方向上的起始基准面，工装与舱体装配完成后，固定堵盘组件2的后侧立面与定位凸台12的前端立面贴合。

在本发明中，如图4所示，固定堵盘组件2是堵盘21和芯轴22的装配件，芯轴22安装在堵盘21前端面的芯轴定位孔中，堵盘21上以芯轴定位孔为中心加工有与前端框的端面外形相配合的内止口23，用于限定前端框的空间位置。

当前端框独立装配在铸件前部与铸件成端面对接配合时，固定堵盘组件2上朝向前端框侧(后端面)加工有托板24，用于与前端框端面外形相配合(前端框座在托板24上)，起到角向定位作用，防止焊接时前端框周向转动；当前端框装配在铸件上，且铸件上存在对其的角向定位结构时，固定堵盘组件2上朝向前端框侧不设置托板24。

在本发明中，如图4所示，移动堵盘组件3的结构与固定堵盘组件2相同，仅托板的设置根据后端框有无角向定位结构而定，即当后端框独立装配在铸件后部与铸件成端面对接配合时，移动堵盘组件3上朝向后端框侧加工有托板，用于与后端框端面外形相配合(后端框座在托板上)，起到角向定位作用，防止焊接时后端框周向转动；当后端框装配在铸件上，且铸件上存在对其的角向定位结构时，移动堵盘组件3上朝向后端框侧不设置托板。

在本发明中，图5为前底座4或后底座6的结构示意图，所述舱体铸件为薄壁带槽口的圆弧筒形件且槽口两侧具有对称立边700时，所述前底座4和/或后底座6上加工有两个立板，两个立板的外立面与铸件的槽口两侧具有的对称立边贴合，以固定铸件的角向位置，完成对舱体铸件的角向定位。

在舱体铸件长度较短时，可能仅需要前底座4或后底座6即可实现对舱体铸件的支撑和定位；在舱体铸件长度较长时(＞2m)，为了保证焊接时结构稳定性，在前底座4和后底座6之间还设置有至少一个中底座5，所述中底座5固定在支承架上，具有与舱体铸件外形相配合的上型面，用于与前底座4和后底座6共同实施对舱体铸件的支撑。

优选地，所说中底座5上加工有两个立板，两个立板的外立面与铸件的槽口两侧的对称立边贴合，以固定铸件的角向位置。

前底座4、中底座5和后底座6的上型面和立板根据其安装位置处舱体铸件外形和槽口两侧对称立边的具体结构尺寸而定。图1和图5中前底座4、中底座5或后底座6的上型面为圆弧面结构，但随舱体铸件外形情况，还可为其他形状，在此不做限定。

在本发明中，如图6示出抱环组件8的整体结构示意图，抱环组件8为三截活节筒式抱环，包括可拆卸连接的顶部长弧板81、左半弧组件82和右半弧组件83，所述左半弧组件82和右半弧组件83对称安装在顶部长弧板81的两侧，分别包括与前底座4和后底座6相同侧安装的两相对弧形板，该两相对弧形板之间至少安装一片压紧用长弧板。

进一步地，左半弧组件82和右半弧组件83在薄壁蒙皮的敞口变形处安装有长弧板；优选地，该长弧板上开设至少一排螺纹孔84用来安装螺纹连接件10，螺纹连接件10利用冒出的端面顶在靠近蒙皮与铸件形成的纵焊缝处对蒙皮产生顶紧力，消除蒙皮和铸件在此处的对接阶差。该螺纹连接件包括但不限于螺栓或螺钉。

进一步地，抱环组件8的内型面尺寸取舱体理论外形尺寸的上差，对舱体蒙皮和铸件起到维形作用，不对两者施加大夹紧力，避免蒙皮在装配环节受力变形。

在本发明中，该舱体装焊工装为对称结构，即支承架1、固定堵盘组件2、移动堵盘组件3、前底座4、中底座5、后底座6和抱环组件8均为对称结构，拉杆7对称安装。

在舱体焊接前，通过舱体装焊工装实施的舱体装配过程如下：

(1)，将安装有固定堵盘组件2、移动堵盘组件3、前底座4、中底座5(舱体铸件较长时)、后底座6的支承架1放置在焊钳用低平板上：

(2)，放置舱体铸件在前底座4、中底座5、后底座6上，使舱体铸件的外型面(如外圆弧面)与各底座上型面(如圆弧面)贴合以固定铸件的中心高，铸件槽口两侧的对称立边与各底座上两个立板的外立面贴合以固定铸件的角向位置；

(3)，以固定堵盘组件2上的内止口面(或者内止口面及托板平面组成的型面)为定位基准安装前端框，并使前端框另一侧的内止口面与舱体铸件上的止口搭接以固定前端框的角向位置；

(4)，以移动堵盘组件3上的内止口面(或者内止口面及托板平面组成的型面)为定位基准安装后端框，并使后端框另一侧的内止口面与舱体铸件上的止口搭接以固定后端框的角向位置；

(5)，将薄壁蒙皮放置在由铸件、前端框、后端框拼装后形成的锁底上，薄壁蒙皮在自由状态下会在两长边侧与铸件锁底焊接处敞口变形；

(6)，将抱环组件8放置在前底座、中底座、后底座上并用螺栓固定，抱环组件8的内型面与前底座、中底座、后底座上型面形成舱体理论外形面，抱住蒙皮和铸件，抱环组件8在薄壁蒙皮的敞口变形处有辅助压紧长弧板，长弧板上有至少一排螺纹孔用来安装螺纹连接件10，螺纹连接件10在靠近蒙皮和铸件的纵焊缝处对蒙皮产生顶紧力，消除蒙皮和铸件在此处的对接阶差；

(7)，拉杆7穿过固定堵盘组件2、移动堵盘组件3外周的通孔，用螺母9将两者和装配好的舱体紧固在一起，保证舱体各组件的对接端面沿舱体轴向方向贴紧；

(8)，手工氩弧焊对装配后的舱体点固；

(9)，工装整体吊装入电子束焊机内，固定堵盘组件2、移动堵盘组件3上的芯轴分别固定在电子束焊机的卡盘和尾座上，焊接时工装在圆周方向旋转辅助焊枪完成焊接。吊装入电子束焊机内时，可以整体一起吊装进入，或者将支承架1拆除后吊装进入。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (14)

1.一种铸件搭接薄壁蒙皮结构的舱体装焊工装，舱体包括下部铸件、前端框、后端框和薄壁蒙皮，蒙皮搭接在铸件、前端框和后端框上，通过焊接形成中部容纳空间，其特征在于，舱体装焊工装包括支承架(1)、固定堵盘组件(2)、移动堵盘组件(3)、前底座(4)、后底座(6)、拉杆(7)和抱环组件(8)；

所述支承架(1)位于装焊工装底部，用于承载其上的各工装部件；

所述固定堵盘组件(2)安装在支承架(1)上的前端，用于限定前端框的空间位置；

所述移动堵盘组件(3)安装在支承架(1)上的后端，用于限定后端框的空间位置；

所述前底座(4)和后底座(6)具有与舱体铸件外形相贴合的上型面，依次前后安装在固定堵盘组件(2)和移动堵盘组件(3)之间，分别固定抱环组件(8)的前端和后端，前底座(4)和后底座(6)的上型面与抱环组件(8)的内型面构成完整的舱体外型面，环抱在舱体的蒙皮和铸件的外型面上；

所述拉杆(7)穿过固定堵盘组件(2)、移动堵盘组件(3)外周加工的通孔，通过旋紧拉杆(7)两端的紧固件对舱体拉紧，使舱体各组件的配合端面能够紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述支承架(1)由两根平行且等高的纵梁(11)以及纵梁(11)之间的若干横梁拼焊而成。

3.根据权利要求2所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述固定堵盘组件(2)、移动堵盘组件(3)、前底座(4)和后底座(6)底部均开设有与两根纵梁(11)配合的两道卡槽或位于中部的限位凸台，所述两道卡槽的内侧立面分别与两根纵梁的内侧立面贴合，所述限位凸台的立面与两根纵梁的内侧立面贴合。

4.根据权利要求2所述的舱体装焊工装，其特征在于，两根纵梁(11)的上平面靠近固定堵盘组件(2)的一端对称固定有结构相同的定位凸台(12)。

5.根据权利要求1所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述固定堵盘组件(2)是堵盘(21)和芯轴(22)的装配件，芯轴(22)安装在堵盘(21)前端面的芯轴定位孔中；优选堵盘(21)上以芯轴定位孔为中心加工有与前端框的端面外形相配合的内止口(23)。

6.根据权利要求5所述的舱体装焊工装，其特征在于，当前端框独立装配在铸件前部与铸件成端面对接配合时，固定堵盘组件(2)上朝向前端框侧设置有托板(24)，用于与前端框端面外形相配合实施角向定位；

当前端框装配在铸件上，且铸件上存在对其的角向定位结构时，固定堵盘组件(2)上朝向前端框侧不设置托板(24)。

7.根据权利要求1所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述移动堵盘组件(3)是堵盘和芯轴的装配件，芯轴安装在堵盘后端面的芯轴定位孔中；优选堵盘上以芯轴定位孔为中心加工有与后端框的端面外形相配合的内止口。

8.根据权利要求7所述的舱体装焊工装，其特征在于，当后端框独立装配在铸件后部与铸件成端面对接配合时，移动堵盘组件(3)上朝向后端框侧加工有托板，用于与后端框端面外形相配合实施角向定位；

当后端框装配在铸件上，且铸件上存在对其的角向定位结构时，移动堵盘组件(3)上朝向后端框侧不设置托板。

9.根据权利要求1所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述前底座(4)和后底座(6)之间还设置有至少一个中底座(5)，所述中底座(5)固定在支承架上，具有与舱体铸件外形相配合的上型面，与前底座(4)和后底座(6)共同实施对舱体铸件的支撑。

10.根据权利要求9所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述舱体铸件为薄壁带槽口的圆弧筒形件且槽口两侧具有对称立边时，所述前底座(4)、中底座(5)和/或后底座(6)上加工有两个立板，两个立板的外立面与铸件的槽口立边贴合，实施铸件的角向位置固定。

11.根据权利要求1所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述抱环组件(8)为三截活节筒式抱环，包括可拆卸连接的顶部长弧板(81)、左半弧组件(82)和右半弧组件(83)，所述左半弧组件(82)和右半弧组件(83)对称安装在顶部长弧板(81)的两侧，分别包括与前底座(4)和后底座(6)相同侧安装的两相对弧形板，该两相对弧形板之间至少安装一片压紧用长弧板。

12.根据权利要求11所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述左半弧组件(82)和所述右半弧组件(83)在薄壁蒙皮的敞口变形处安装有长弧板。

13.根据权利要求12所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述薄壁蒙皮的敞口变形处安装的长弧板上开设至少一排螺纹孔(84)，螺纹孔(84)中安装螺纹连接件(10)，螺纹连接件(10)利用冒出的端面顶在蒙皮敞口变形处对其施加顶紧力。

14.根据权利要求11所述的舱体装焊工装，其特征在于，所述抱环组件(8)的内型面尺寸取舱体理论外形尺寸的上差。

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