CN216939199U - 一种金属板材焊接夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及金属连接成形领域，尤其涉及一种用于金属板材的焊接夹具；包括焊件支承模块、焊件反变形控制模块、焊件旋转定位模块、焊件夹持固定模块、焊件垂直定位模块；所述焊件反变形控制模块固定连接在焊件支承模块的底座上，所述焊件旋转定位模块安装在焊件支承模块的加强筋板上，所述焊件夹持固定模块固定在焊件旋转定位模块的平板上，所述焊件垂直定位模块固定安装在焊件旋转定位模块的平板上。采用本实用装置进行焊接，实现了对等厚金属板材的对焊、不等厚金属板材的对焊、金属板材的角焊，对金属板材进行对焊时可通过反变形法减小金属板材的焊接热变形，角焊时金属板材焊接的角度可任意调节，实用性较强。

Description

一种金属板材焊接夹具

技术领域

本实用新型涉及金属连接成形领域，尤其涉及一种金属板材焊接夹具。

背景技术

金属板材焊接工艺由于其生产效率高、适应性广、节省材料而被广泛应用于各个领域，在金属结构件的生产中扮演了极其重要的角色。一方面，现今焊接工作往往需反复吊装工件，不方便焊接夹紧，在对工件的反面进行焊接时，需先将工件松开对工件进行翻转，再定位夹紧后施焊，此操作过程中需要焊接人员手动操作，不仅增加劳动强度、降低了焊接效率还影响了焊件的质量。另一方面，在实际焊接作业中存在将不等厚金属板材进行焊接的情况，如何运用机械联动的方法控制焊件的热变形并提高焊件的尺寸精度至关重要。

金属板材受其热物理性能参数(热传导系数、热膨胀系数等)和热力学性能参数(屈服强度、弹性模量等)的影响，且由于施焊时的局部加热，导致其产生较大的热变形和残余应力，降低了焊件的尺寸精度和承载能力。外加拘束是一种调控焊接变形的方法，针对焊件结构件，合理设计夹持机构来施加拘束能有效控制焊接变形。这种通过焊接工装夹持机构来约束焊接变形的刚性固定法，虽然能够有效减小变形，但缺点是在焊后撤除约束后焊件还会有回弹变形和较大的残余应力，影响焊件几何精度与力学性能。焊接作业中常采用反变形法来减少焊件的变形回弹，装配时使焊接接头反向变形与焊接热变形相抵消，但反变形量的调节多采用局部垫块的方法，垫块的位置和高度难以调节。

夹具是在工艺过程中用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，在机械加工、装配过程中有广泛的应用，夹具的合理设计和正确应用是确保焊接工艺正确执行、保证焊接精度、提高生产效率、降低生产成本的关键。通常一套工装夹具只能实现特定工件的夹持，在目前的工装夹具领域里，针对不等厚金属板材的对焊拼接与板材不同夹角的角焊焊接仍存在着定位不精准、夹装不稳固、操作不便的问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种金属板材的焊接夹具，实现对等厚金属板材的对焊、不等厚金属板材的对焊、金属板材的角焊，对金属板材进行对焊时可通过反变形法调控金属板材的焊接变形，角焊时金属板材焊接的角度可任意调节。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种金属板材焊接夹具，包括焊件支承模块、焊件反变形控制模块、焊件旋转定位模块、焊件夹持固定模块、焊件垂直定位模块。焊件反变形控制模块通过焊接连接在焊件支承模块的底座上，焊件旋转定位模块安装在焊件支承模块的加强筋板上，焊件夹持固定模块通过螺栓安装在焊件旋转定位模块的平板上，焊件垂直定位模块通过螺栓安装在焊件旋转定位模块的平板上。

进一步的，焊件支承模块包括底座、加强筋板。焊件反变形控制模块包括套筒、升降杆、固定螺母、夹持框、螺杆。焊件旋转定位模块包括摇臂、轴、定位棒、手把、周向定位连接件、旋转夹板、定位销、连接件、平板。焊件夹持固定模块包括左焊接板、右焊接板、螺杆、压板、连接螺栓。焊件垂直定位模块包括曲柄、连杆、滑块、偏心轮、步进电动机、固定轴套。

进一步的，为实现上述目的，所述底座为平板，底座两端安装有加强筋板；所述加强筋板通过焊接连接在底座上，加强筋板上设有两直径相同的孔，用于轴和连接件的支承定位；所述加强筋板左端设有数量为30的圆周均布等径通孔，小孔形状为圆形，用于焊件的周向定位。

进一步的，为实现上述目的，所述套筒通过焊接安装在底座上；所述升降杆外径和套筒内径相同，升降杆侧壁设有一螺纹孔；所述夹持框左右两端空心，夹持框下端设有另一升降杆，上端设有多个螺杆，该升降杆用于夹持框升降，螺杆用于焊接件的夹紧定位，该升降杆上端和夹持框通过焊接连接，且升降杆下端设有倒角，所述套筒和升降杆、以及夹持框组成二级升降装置，其中：第一级升降为套筒和升降杆之间的升降，第二级升降为升降杆和夹持框之间的升降，套筒内设有与升降杆相匹配的螺纹，套筒和升降杆之间通过螺纹配合，升降杆和夹持框之间为间隙配合，夹持框通过升降杆侧壁上的固定螺母锁紧在给定位置。

进一步的，为实现上述目的，所述摇臂和轴之间采用销连接；所述轴通过孔安装在加强筋板上，轴和孔采用间隙配合；所述周向定位连接件通过螺栓安装在轴上；所述旋转夹板左右各一个，左端旋转夹板通过周向定位连接件实现轴向的定位，右端旋转夹板通过螺栓连接固定在连接件上，连接件安装于右端加强筋板上，与孔之间的配合为间隙配合，旋转夹板上设有螺纹孔，用于平板的安装固定；所述平板上设有与旋转夹板相配合的螺纹孔，通过螺栓安装于夹板上，前后两平板上分别设有一个用于安装左焊接板的螺纹孔，后平板上设有用于安装步进电动机和固定轴套的螺纹孔。

进一步的，为实现上述目的，所述周向定位连接件左端设有与加强筋板左端一致的数量为30的圆周均布等径盲孔，相邻两孔之间的角度为12°，周向定位连接件右端设有数量为30的圆周均布等径盲孔，盲孔带有矩形凹槽；所述左端旋转夹板设有与周向定位连接件右端一致的数量为30的圆周均布等径通孔；所述定位棒形状与加强筋板左端小孔相似为圆形，所述手把和定位棒通过焊接连接；所述定位销设有矩形凸台，矩形凸台与左端旋转夹板小孔内的矩形凹槽为间隙配合，定位销形状与左端旋转夹板的小孔相似，所述手把和定位销通过焊接连接。

进一步的，为实现上述目的，周向定位连接件右端小孔与左端小孔设有角度错位，错位角度为6°。

进一步的，为实现上述目的，所述左端旋转夹板与通过周向定位连接件实现轴向定位，所述右端旋转夹板固定安装在连接件上，旋转夹板进行旋转运动时的最低点应在焊件反变形控制模块之上，旋转夹板留出空隙以便焊件反变形控制模块进行上下移动，以避免机械干涉现象的发生。

进一步的，为实现上述目的，所述左焊接板设有与平板上相配合的螺纹孔，左焊接板通过螺栓安装固定在平板上，左焊接板一端设有用于连接右焊接板的螺纹孔，另一端下底板设有一通孔，用于滑块的垂直运动；所述右焊接板置于平板上，其一端设有与左焊接板相配合的螺纹孔，左右焊接板通过连接螺栓连接在一起，右焊接板可围绕左焊接板做相对运动；左右焊接板上底板设有螺杆，螺杆小端设有用于增大焊接定位接面积的压板，所述压板为圆形形状，与螺杆通过焊接连接在一起。

进一步的，为实现上述目的，所述步进电动机低速运转，每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，步进电动机无累积误差，结构简单，可实现对滑块垂直运动的准确定位；所述偏心轮通过定位销安装在步进电动机轴上；所述曲柄和偏心轮连接在一起；所述连杆和曲柄连接；所述连杆通过固定轴套约束在垂直方向上运动，连杆长度为曲柄长度的1.5倍；所述滑块通过焊接连接在连杆上；步进电动机带动曲柄连杆运动，实现滑块沿垂直于左焊接板通孔的上下运动，以实现对焊件的垂向定位；所述步进电动机和固定轴套上设有与后平板相配合的螺纹孔，步进电动机和固定轴套通过螺栓固定安装在后平板上。

优选的，凡与焊件存在接触的面皆设有用于保护焊件表面的橡胶或软木。

优选的，不同组件之间的安装通过螺栓固定连接或焊接连接，螺栓和被连接件之间使用垫片，可保护被连接件表面。

优选的，所述焊接夹具采用高强度合金钢制造，可减轻夹具体的重量，便于移动。

优选的，所述焊接夹具零件间的连接方式为焊接或螺栓连接，所述螺纹皆为左旋螺纹。

优选的，与相关技术相比较，本实用新型提供的一种金属板材焊接夹具具有如下有益效果：

1、本焊接夹具，采用分度定位装置，通过手臂转动带动焊件缓慢转动，避免了需将工件拆卸翻转再装夹才能进行反面焊接的工作，实现了对焊件的整周旋转，减轻了焊接人员的劳动量，提高了焊接的生产效率；且平板的旋转运动采用正反转角度抵消法，即先通过摇臂带动焊件旋转，用定位棒实现焊件的第一次周向定位，再通过定位销带动焊件反方向转动实现对焊件的第二次周向定位，使平板周转运动的定位精度为6°，提高了焊件旋转运动的定位精度，可实现焊件的多位置焊接。

2、本实用新型涉及一种对焊反变形焊接装置，采用本实用新型的装置进行对焊工作，调节升降杆的高度可实现对焊件的定位和热变形的反变形法控制，通过焊前预置反方向的变形量与焊后变形量相抵消，可以减少金属板材的焊接变形和残余应力，提高焊件结构的性能和尺寸精度。

3、本实用新型涉及一种角度旋转控制装置，采用本实用新型的装置进行角焊焊接，左焊接板通过螺栓配合固定于平板上，通过控制连接螺纹的松紧调节右焊接板的位置，使右焊接板围绕左焊接板做相对转动，左焊接板和右焊接板之间的角度能够任意调节，可对呈不同夹角的两平板进行焊接。

4、本实用新型涉及一种用于不等厚金属板材对焊角焊的焊接装置，采用本实用新型的装置进行焊接，通过控制步进电动机的运转调节滑块的垂向位置，滑块对焊件不同高度的定位可实现对不等厚金属板材的焊接，步进电动机低速运行，控制精度高，有利于不等厚金属板材的焊接。

5、本实用新型结构简单、安装便捷、成本低，装夹和拆卸焊件方便，省时省力。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型关于焊件旋转定位模块的局部放大视图A。

图3为本实用新型关于左焊接板和右焊接板螺纹连接的局部放大视图B。

图4为本实用新型关于焊件垂直定位模块的局部放大视图C。

图5为本实用新型的一局部剖视图。

图6为本实用新型的一局部放大图，其为图5中A处的局部放大视图。

图7为本实用新型周向定位连接件的左端结构示意图。

图8为本实用新型周向定位连接件的右端结构示意图。

图9为本实用新型旋转夹板的结构示意图。

图10为本实用新型左焊接板的结构示意图。

图11为本实用新型定位棒的结构示意图。

图12为本实用新型定位销的结构示意图。

图中：11为底座，12为加强筋板，21为套筒，22为升降杆，23为固定螺母，24为夹持框，25为螺杆，31为摇臂，32为轴，33为定位棒，34为手把，35为周向定位连接件，36为旋转夹板，37为定位销，38为连接件，39为平板，41为右焊接板，42为左焊接板，43为螺杆，44为压板，45为连接螺栓，46为垫圈，51为曲柄，52为连杆，53为滑块，54为偏心轮，55为步进电动机，56为固定轴套。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体实施方式做进一步详细描述，以下实施例或者附图用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参见图1～图12，本实用新型提供一种金属板材焊接夹具，此夹具装置主要包括焊件支承模块、焊件反变形控制模块、焊件旋转定位模块、焊件夹持固定模块、焊件垂直定位模块。

所述焊件支承模块由水平底板11和两个侧面加强筋板12组成，所述夹具体的两侧面加强筋板12上设置有等径通孔，用于支承轴32和连接件38，且左侧加强筋板12上设有圆周均布等径通孔，用于定位棒33对平板39周转运动的定位。

所述焊件旋转定位模块包括摇臂31、轴32、定位棒33、手把34、周向定位连接件35、旋转夹板36、定位销37、连接件38、平板39。通过手动控制摇臂31，可实现对平板39的周转运动，周向定位连接件35左端设有与左侧加强筋板12上一致的圆周均布等径盲孔，周向定位连接件35右端设有数量为30的圆周均布等径盲孔，盲孔带有矩形凹槽；左端旋转夹板36设有与周向定位连接件35右端一致的数量为30的圆周均布等径通孔；连接件38与右端加强筋板12为间隙配合，右端旋转夹板36与连接件38通过螺栓连接在一起。

所述焊件夹持固定模块包括左焊接板42、右焊接板41、螺杆43、压板44。左焊接板42通过螺栓固定在平板39上，右焊接板41和左焊接板42通过连接螺栓45连接，右焊接板41可围绕左焊接板42做相对运动，以实现对两平板不同夹角的角焊，螺杆43与压板44通过焊接连接。

所述焊件反变形控制模块包括套筒21、升降杆22、固定螺母23、夹持框24、螺杆25。套筒21通过焊接安装在底座11上，升降杆22和套筒21通过螺纹配合，夹持框24通过固定螺母23可固定在升降杆22的侧壁上，控制升降杆22和夹持框24的高低可改变焊件在垂直方向的位置高度，通过焊接人员预置反方向的变形量，与焊后变形量相抵消，可减少焊件的热变形和残余应力，从而提高焊接结构的性能和尺寸精度。

所述焊件垂直定位模块包括曲柄51、连杆52、滑块53、偏心轮54、步进电动机55，固定轴套56。步进电动机55和固定轴套56通过螺栓安装在平板39上，偏心轮54和步进电动机55通过销连接，连杆52通过固定轴套56使其运动始终保持在垂直方向上。

结合附图，本实用新型的使用方法如下：

对焊时，将焊件放置于左焊接板42和右焊接板41上，焊接人员根据焊接经验预估焊件的变形量，调节升降杆22改变夹持框24的位置，转动螺杆25对焊件进行垂直方向的定位，从而精确的预置金属平板的反方向变形量，再转动螺杆43，对焊件进行夹紧固定。此时焊接准备就绪，可以开始焊接。焊接时，焊缝产生的变形量与焊接前预置的反变形量相抵消，从而减少焊接变形和残余应力，提高了焊接结构的性能和尺寸精度。

焊接反面时，先拧松螺杆25，解除夹持框24对焊件的定位，降低升降杆22，向左或者向右移动取下夹持框24，从周向定位连接件35中取出定位棒33，通过转动摇臂31，实现对平板39的180°翻转，使用定位棒33穿过加强筋板12的通孔与周向定位连接件35的盲孔配合，对翻转后平板39的位置进行定位，此时焊接人员操作焊枪即可实现对焊件的反面焊接。对平板39在圆周上任意位置的定位时，先通过转动摇臂31带动平板39转动一个角度θ₁，使用定位棒33进行周向定位，之后解除定位销37与周向定位连接件35的配合，反向转动定位销37带动平板39转动另一角度θ2，平板39正反向旋转的角度抵消，提高了圆周运动定位的精度。此焊接过程不需要拆卸焊件，减少了焊接人员的劳动量，提高了生产效率，由于焊缝位置没发生变化，保证了焊接的可靠度，提高了焊缝的质量，且平板39可旋转于不同的角度，实现了对焊件的全位置变位焊接。

不等厚金属板材进行焊接时，先将一焊件固定在右焊接板41上，通过步进电动机55带动偏心轮54转动，偏心轮54带动曲柄51运动，曲柄51带动连杆52运动，连杆52带动滑块53在垂直方向运动至目标高度，断开步进电动机55的电源后滑块53的位置保持不变，将另一焊件放置于滑块53上，调节升降杆22使夹持框24上升至焊件人员经验预置反变形的位置处，即可通过反变形控制焊接热变形的方式实现对不等厚金属板材的焊接。步进电动机55具有优良的控制精度，使用步进电动机55保证了不等厚金属板材焊接位置的准确度。

角焊时，拧松连接螺栓45，先将一焊件放置于左焊接板42上，转动左焊接板42上的螺杆43实现对焊件的定位夹紧，再转动右焊接板41到达目标角度位置，拧紧连接螺栓45实现对右焊接板41的位置固定，将另一焊件放置于右焊接板41上，转动右焊接板41上的螺杆43，实现对焊件的位置固定，之后转动摇臂31使焊件的焊缝转动到平行于底座的水平位置上，使用定位棒33对转动后的位置进行定位，焊接人员操作焊枪可实现对焊件在不同角度的焊接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不限制于本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属板材焊接夹具，其特征在于：包括焊件支承模块、焊件反变形控制模块、焊件旋转定位模块、焊件夹持固定模块、焊件垂直定位模块；所述焊件反变形控制模块固定连接在焊件支承模块的底座上，所述焊件旋转定位模块安装在焊件支承模块的加强筋板上，所述焊件夹持固定模块固定在焊件旋转定位模块的平板上，所述焊件垂直定位模块固定安装在焊件旋转定位模块的平板上。

2.根据权利要求1所述的金属板材焊接夹具，其特征在于所述焊件支承模块包括底座、加强筋板；所述底座为平板，底座两端安装有加强筋板；所述加强筋板通过焊接连接在底座上，加强筋板上设有两直径相同的孔，用于轴和连接件的支承定位；所述加强筋板左端设有数量为30的圆周均布等径通孔，小孔形状为圆形，用于焊接装置的周向定位。

3.根据权利要求1所述金属板材焊接夹具，其特征在于所述焊件反变形控制模块包括套筒、升降杆、固定螺母、夹持框、螺杆；所述套筒通过焊接安装在底座上；所述升降杆外径和套筒内径相同，升降杆侧壁设有一螺纹孔；所述夹持框左右两端空心，夹持框下端设有另一升降杆，上端设有多个螺杆，该升降杆上端和夹持框通过焊接连接，升降杆下端设有倒角；所述套筒和升降杆、以及夹持框组成二级升降装置，其中：第一级升降为套筒和升降杆之间的升降，第二级升降为升降杆和夹持框之间的升降，套筒内设有与升降杆相匹配的螺纹，套筒和升降杆之间通过螺纹配合，升降杆和夹持框之间为间隙配合，夹持框通过升降杆侧壁上的固定螺母锁紧在给定位置。

4.根据权利要求1所述的金属板材焊接夹具，其特征在于所述焊件旋转定位模块包括摇臂、轴、定位棒、手把、周向定位连接件、旋转夹板、定位销、连接件、平板；所述摇臂和轴之间采用销连接；所述轴通过孔安装在加强筋板上，轴和孔的配合为间隙配合；所述周向定位连接件通过螺栓安装在轴上；所述旋转夹板左右各一个，左端旋转夹板通过周向定位连接件实现轴向的定位，右端旋转夹板通过螺栓连接固定在连接件上，连接件安装于右端加强筋板上，与孔之间的配合为间隙配合，旋转夹板上设有螺纹孔，用于平板的安装固定；所述平板上设有与旋转夹板相配合的螺纹孔，通过螺栓安装于夹板上，前后两平板上分别设有一个用于安装左焊接板的螺纹孔，后平板上设有用于安装步进电动机和固定轴套的螺纹孔。

5.根据权利要求1所述的金属板材焊接夹具，其特征在于所述焊件旋转定位模块包括摇臂、轴、定位棒、手把、周向定位连接件、旋转夹板、定位销、连接件、平板；所述周向定位连接件左端设有与加强筋板左端一致的数量为30的圆周均布等径盲孔，相邻两孔之间的角度为12°，周向定位连接件右端设有数量为30的圆周均布等径盲孔，盲孔带有矩形凹槽；右端小孔与左端小孔设有角度错位，错位角度为左端相邻两小孔角度的一半为6°；所述定位棒形状与加强筋板左端小孔相似为圆形，所述手把和定位棒通过焊接连接；所述定位销设有矩形凸台。

6.根据权利要求1所述的金属板材焊接夹具，其特征在于所述焊件夹持模块包括左焊接板、右焊接板、螺杆、压板、连接螺栓；所述左焊接板设有与平板上相配合的螺纹孔，左焊接板通过螺栓安装固定在平板上，左焊接板一端设有用于连接右焊接板的螺纹孔，另一端下底板设有一通孔，用于滑块在垂直方向的运动；所述右焊接板置于平板上，其一端设有与左焊接板相配合的螺纹孔，左右焊接板通过螺栓连接在一起，右焊接板可围绕左焊接板做相对运动；左右焊接板上底板设有螺杆，螺杆小端设有用于增大焊接定位接面积的压板，所述压板为圆形形状，与螺杆通过焊接连接在一起。

7.根据权利要求1所述的金属板材焊接夹具，其特征在于所述焊件垂直定位模块包括曲柄、连杆、滑块、偏心轮、步进电动机；所述偏心轮通过定位销安装在步进电动机轴上；所述曲柄和偏心轮连接在一起；所述连杆和曲柄连接；所述连杆通过固定轴套约束在垂直方向上运动，连杆长度为曲柄长度的1.5倍；所述滑块通过焊接连接在连杆上；步进电动机带动曲柄连杆运动，实现滑块沿垂直于左焊接板通孔的上下运动，以实现对焊件的垂直定位；所述步进电动机和固定轴套上设有与后平板相配合的螺纹孔，步进电动机和固定轴套通过螺栓固定安装在后平板上。

8.根据权利要求1所述的金属板材焊接夹具，其特征在于所述的所有零件之间的螺纹连接为左旋螺纹。

9.根据权利要求1所述的金属板材焊接夹具，其特征在于所述的焊件整周运动的精度为6°。

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