第一节装配与焊接用夹具

第一节　装配与焊接用夹具

一、概述

在焊接生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，经常使用一些工具和装置来完成装配和焊接的工作。我们把其中用以夹持并确定工件位置的工具和装置统称为焊接夹具。

由于在装配和焊接过程中，使用夹具的目的和要求不一样，对焊接支承、定位和夹紧的装置，习惯上称为焊接胎具。如果这个胎具还能使焊件按装配或焊接的工艺要求翻转或回转，就叫它为焊接转胎。

大多数焊件夹具，都是根据本厂的产品结构特点、生产条件和实际需要自行设计和自行制作的。目前，还不能像电焊机那样设计成统一规格的标注设备。所以在工厂中常常把这些为生产工艺服务的非标准设备统称为工艺装备。

1.焊接夹具的地位与作用

（1）提高产品生产效率。使用焊接夹具后，可以省去很多辅助工作（如划线、对准、测量、点固、翻转工件等）的时间。随着高效率焊接方法的采用，辅助时间所占的比例更大。如果不相应地采用机械化和自动化程度较高的焊接夹具与胎具，这种高效率的焊接方法也显示不出它的优越性。例如，制作一个壁厚为16mm的圆筒节，用埋弧自动焊接一条长1.6m的纵向焊缝，只用8min。而装配、架设焊接机头和安置焊剂垫等辅助时间就用40min。焊接时间占总生产时间的五分之一，有五分之四的时间花费在装配等辅助作业上。在这种情况下，即使把焊接速度提高一倍（一般很难办到），也只能提高生产率10%。如果采用高效率的焊接夹具，使辅助时间减少到20min（这是可能的）。那么，劳动生产率就可以提高40%。

（2）提高产品质量。一个焊件在自由状态下焊接，焊后一般都要发生变形。如果它超出技术要求，就会影响到后面总装配工件，或者影响到产品将来的工作性能。利用焊接夹具，可以精确地对焊件定位和牢靠地夹紧。焊接时，它的变形就受到限制。若辅之以反变形的措施，焊后焊件就可以符合产品图纸所要求的形状和尺寸。特别是对那些尺寸精度要求高的焊件，不使用焊接夹具，是无法达到技术要求的。

通常，处于平焊位置或“船形”焊位置（图3-1中所示的（a）、（c））的焊缝是最容易施焊的。焊出来的焊缝成形好，工艺缺陷少。对于处在仰焊位置或立焊位置（图3-1中（b）、（d））的焊缝，因焊接操作不方便，质量难以保证，而且焊接速度也比平焊位置低50%以上。如果使用焊接夹具，把那些立焊或仰焊的焊缝调节到容易施焊的位置上进行焊接，焊缝质量就能提高。

图3-1　焊接位置

（3）扩大焊机的工作范围。一台效率高的埋弧自动焊机，如果没有夹具或胎具配合使用，它只能焊接平焊位置的直线焊缝。如果设计一套滚轮转胎，它就能焊接圆筒形焊件上的环焊缝。焊接变位机还能把各种位置的角焊缝调整到“船形”位置，焊接机头就像在平焊位置上一样对它进行焊接。这样就扩大了自动焊机的应用范围，充分发挥自动焊机的潜力。

（4）改善劳动条件。手工装配的劳动强度大，焊接时靠人力去翻转工件是不可能的，也不安全。使用轻巧灵便的焊接夹具或机械化自动化程度较高的焊接胎具，去代替人工定位、夹紧、翻转工件等，就能改善工人的劳动条件。焊后变了形的焊件，要进行矫正十分困难，而且劳动强度大。如果通过焊接夹具减少或防止了焊接变形，就有可能取消掉这道繁重的矫正工序。

（5）良好的经济效果。制作焊接夹具虽然要增加产品的成本。但是，决定产品成本的因素主要是原材料消耗和工作时消耗。各种装备和设备投资以及管理费用等，仅仅是分摊到每个产品的一部分。一旦焊接夹具发挥作用，它就能减少装配和焊接工时的消耗，从而提高了产量；由于质量提高了，就可以减少或取消焊后矫正变形或修补工艺缺陷的工序，使整个产品的生产周期缩短。这些效果导致产品成本大幅度降低，远远抵消因制造夹具所增加的那一点成本。

焊接夹具的种类繁多，目前已有的各种夹具的分类，见表3-1。

表3-1　焊接夹具的分类

续表

2.焊接夹具的选择

（1）焊接夹具的基本要求。任何一套焊接夹具，它都应满足下列基本要求。

①保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸。在装配时，夹具必须使被装配的零件或部件获得正确的位置和可靠的夹紧，并且在焊接时它能够防止焊件产生变形。

②使用时安全可靠。在夹具上，凡是受力的各种器件，都应具有足够的强度和刚度，它足以承受重力和因焊件变形所引起的各个方向的力。

③便于施工。夹具应使装配和焊接过程简化，操作程序合理；工件装上或卸下相当方便，不受夹具上的各种器件干扰，也不被夹具卡住而无法卸下；具有供焊把、面具、自动焊机头等进出和移动的空间和工人自由操作的位置；焊缝能处于最方便施焊的位置；在夹具上便于进行中间质量检查等。

④便于操纵。在保证强度与刚度的前提下，应轻巧灵便。定位、夹紧和松开过程省力而又快速等。

⑤容易制造和便于维修。夹具上所用的各种零件或部件应易于加工制作；对易磨零件便于更换。

⑥成本低、制作时投资少，使用时的能源消耗费用和管理费用少。

（2）焊接夹具的选择。焊接夹具的类型很多，选择哪一种类型才适合本厂产品的情况呢？下列几条可作为选择夹具类型的主要依据。

①按本厂或车间产品的批量大小来选择。一般工厂生产的类型分为单件生产、成批生产和大量生产三种。单件生产宜选择既能用于这种产品又能适用于另一种产品的通用夹具。大量生产宜选用或设计专用的夹具，如装配胎具或焊接胎具。尽量选择高效、省力和快速的夹紧装置，以减少辅助时间。成批生产按批量不同又分大批、中批和小批生产。小批生产的产品重复性小，宜选择通用性比较大的夹具。对于中批或大批生产，如果采取流水作业，为了减少辅助时间，可以选择或设计专用夹具。总之，成批生产是介乎单件和大量生产之间，应按实际需要来选择。

②按产品结构特点来选择。反映产品结构特点的是它的几何形状、尺寸大小、重量、焊缝布置和技术要求等因素，这些因素决定着夹具结构的复杂程度。

大型厚板的焊件，由于重量大，除大量生产外，一般都是在工地或简单的工作平台上装配和焊接，这时宜选择结构简单，可单独搬到工件上使用的焊接夹具。如使用挡铁进行定位，用螺旋夹紧器进行夹紧等，一般不使用胎具；对于大型薄壁焊件，因板壁薄，最易变形，使用简单的夹具就难以保证质量。这时，宜选择或设计结构较为复杂的胎具，以加强焊件的刚性；对于机器上的零件或部件最宜使用翻转胎具进行焊接；对于圆柱形或球形的焊件，因它上面有规则的环形焊缝，适宜选择能回转焊件的转胎。

③按产品制造的工艺来选择。一个产品的制造过程可能是先装配后焊接，也可能是装配和焊接交叉进行；它可能是用于手工弧焊法进行焊接，也可能用半自动或自动弧焊法进行焊接。显然，不同的工艺方法和工艺程序，就得选择相应的夹具。

当采取先装配后焊接的工艺程序时，就需要使用不同的夹具。专供装配用的夹具，其主要任务是如何把焊件上各种零件的位置精确地固定下来；专供焊接用的夹具，其主要任务是防止焊件变形和使焊件上各种焊缝能顺利地焊完。所以，应按工艺要求选择相应的夹具。

④根据车间的生产条件来选择。要考虑到车间的起重运输、作业面积、气电供应和技术水平等情况。例如，装配大型工件，如果工件不需要频繁翻转，而且车间起重运输设备能够完成翻转任务，就不必选择或设计可以翻转工件的装配胎具。如果是在工地上进行装配和焊接，例如建造大型储油罐、船体大合拢等，宜选择结构简单、搬动方便的夹具。

二、支承件及其使用

在胎具上直接支承整个工件，并在它上面安置有定位器和夹紧器的构件叫支承件。装配平台是最简单的支承件，此外胎架、焊接变位机上的卡盘等也都是支承件。焊接转胎上的支承件一般都安装在机座上，通过手动的或电动的传动机构使它转动。支承件的结构虽然各不相同，但是都应当满足能够把工件支承得稳固和牢靠；具有足够的强度和刚度（一般应超过被支承工件2～3倍）；定位器和夹紧器在它上面能够迅速而又方便地进行安装和调整；符合结构简单、重量轻、易于操作等要求。

1.装配平台

它是最简单也最常用的一种通用支承件。一般放在车间某一固定位置上。为了适应装配各种产品的需要，它安装在平台上的定位器和夹紧器位置经常需要调整。所以，台面上常开有各种沟槽。装配平台有型钢组合成的、铸铁的和钢筋混凝土的，如图3-2所示。

图3-2　装配平台

2.卡盘

这里指的是焊接变位机（图3-3）上的平面卡盘，它也是一种通用支承件。根据焊接工艺要求，它所夹持的工件能翻转或回转，使大部分焊缝能调整到最容易施焊的位置。所以卡盘实际上是一个可以转动的装配平台。卡盘外形有方的或圆的，如图3-4所示，图3-4（a）是由钢板焊接而成。背面有对称布置的筋板，以提高卡盘的刚性，中部有一轴套，是为了和传动轴配合。

图3-3　焊接变位机

图3-4　平面卡盘

3.滚轮托架

圆筒状的工件进行装配和焊接时用的支承件多数是滚轮托架。如图3-5所示是用四个滚轮支承着一个圆筒体进行装配的示意图。通常横排两个滚轮安装放在一个托架上，构成一副滚轮托架。这两个滚轮之间的距离可以在托架上调节，这样就可以支承各种不同直径的圆筒体。当支承长的圆筒体时，把两副托架的距离拉开即可。

图3-6是一种比较简单的滚轮托架的结构。滚轮由轮座支承，轮座通过螺旋安装在托架所需要的位置上。

图3-5　采用四个滚轮支承着一个圆筒体

图3-6　滚轮托架的结构

一个圆筒体最好使用两副滚轮托架（即四个滚轮）去支承，若超过四个滚轮支承就不容易保证筒体与每个滚轮紧密接触。在安装滚轮时，四个滚轮的中心线应在一个水平面上，而且要互相平行，否则工件在回转过程中发生轴向移动。

4.支承圈

对于长度较大的非圆断面工件，如焊接梁和柱等，焊接时要实现翻转，可以使用若干个支承圈把它夹持在里面，然后把支承圈放在滚轮托架上，如图3-7所示。它的转动是由滚轮传入，滚轮则由电力驱动。如果工件较短，抗扭刚度大，就由附在支承滚轮上的星形轮带动其中一个支承圈，在这个支承圈上设计有钝齿与这个星形轮啮合。这种传动方式比靠滚轮的摩擦传动稳定可靠。一般支承圈是由两个半圆环构成，以便于工件的放进与取出，圈内设置有定位器与夹紧器。确定工件在圈内的位置时，通常都使支承圈内所有器件（包括工件在内）的共同重心和支承圈的几何中心重合，以减少不平衡引起附加力矩，特别是靠摩擦传动的支承圈更应注意。一般都得设计自锁机构，防止支承圈因重力偏心而引起的自转滑动。图3-8为几种支承圈结构的示意图。

图3-7　支承圈

图3-8　支承圈结构示意图

5.胎具

尺寸较大但重量较轻的工件，如构架、框架等，可以使用由型钢构成的胎架来支承。因为胎架的重量轻，所以常在翻转胎具中采用。如图3-9所示为利用胎架支承工件（自动卸货车底架）的焊接胎具实例。

多数情况下，支承件的工作表面就是组装部件时用的支承基准面。它的形状和尺寸主要由待装部件的组装基准面来决定。通用夹具上支承件，一般都做成平面，上面开出沟槽（如T形槽等），以备安装定位器和夹紧器使用。只有专用胎具的支承件才做成与工件形状相适应的胎模形式，如图3-10所示。

图3-9　自动卸货车底架的焊接胎具

图3-10　具有曲面形状的焊接胎架示意图

圆柱状工件的支承，决定于它在装配和焊接过程中是否需要回转。不需要回转的用长V形铁支承，需要回转的使用两根长辊轴或四个滚轮进行支承。

三、定位器及其使用

定位就是把一个零件按照它在产品上的位置准确地定下来的过程。用划线的方法对零件进行定位，既费时又费力，况且定位的精确度要取决于工人的技巧。因此，在夹具上一般很少用这种方法对零件进行定位，多数是用定位器定位。

图3-11就是利用定位器对焊件进行定位装置的实例，工件是由两个平板拼接起来的T形板，装配时，先把左侧板放在平台上，然后使它的左侧边缘与挡铁a、b紧靠，它的端边与挡铁c紧靠。这样，左侧板在平台上的位置就被定下来了。接着再把右侧板放上，先使它的侧边与挡铁d、e紧靠，端边与左侧板的右侧边缘紧靠。这时，右侧板的位置又被定下来。由于这些挡铁事先是按这两个零件的相互位置和尺寸布置的，所以这两个零件在夹具上所获得的位置，就是它们之间的相互位置。如图3-11（b）所示。

图3-11　T形板的定位

可以看出，用定位器定位的精度已经不取决于工人的技巧，而是取决于定位器事先是否安装精确。只要事先严格地按产品图纸和工艺上的要求，精确地布置定位器，那么零件在夹具上进行定位，就能做到快速、准确和省事。而且质量稳定，因为每个工件都是在它上面定位的。

在焊接生产中经常使用的定位器有挡铁、定位销、V形铁和样板等。定位销和样板可以独立使用，挡铁和V形铁通常安装在夹具的支承件上使用。安装在夹具上的定位器，除起定位作用外，还要和夹紧器配合起来承受各种力，如夹紧力、焊接变形引起的约束力等。考虑到夹具的通用性和焊接产生应力和变形的特点，有些定位器设计成可拆的、可退出的和可调节的。

1.挡铁

挡铁是应用最普遍，结构最简单的一种定位器。图3-12是在支承件上常用的各种挡铁。图3-12（a）属于固定挡铁，按定位原理直接把它们焊到钢制的支承上。图3-12（b）是可拆挡铁，直接插入支承件的锥孔上，不用时可以拔除。图3-12（c）是用螺旋固定在支承件上，也属于可拆挡铁。为了便于工件的装上和卸下，宜使用一种可退出的挡铁，如图3-13所示，只要将活动销拔出，挡铁即可退出。

图3-12　挡铁的各种形式

2.定位销

定位销是靠圆柱面与工件的定位基准孔接触进行定位的。在焊接生产中，工件厚度不大，多用短定位销。定位销除固定在夹具上使用的以外，还有设计成可拆的。如图3-14所示，图3-14（b）是有三个定位销的定位器，它把一短段角钢装到长的角钢上。

3.V形铁

直径较小的圆柱工件，如圆棒和钢管进行对接时，常使用V形铁定位。V形铁的几何形状如图3-15所示，槽口的角度φ常用90°，其余尺寸决定于工件的直径D。通常，h=0.8D；H-h=0.2D；当φ=90°时，C=1.41D-2（H-h）。

图3-13　可退出的挡铁

1—活动销；2—挡铁

图3-14　可拆的定位销

4.样板

预先按各零件的相互位置制作样板，装配时使它和工件紧靠进行定位。图3-16（a）是其应用实例。图3-16（b）是管子和法兰装配用的样板定位器，它起对准中心的作用，工件从箭头所示方向放进和取出。

图3-15　V形铁的几何尺寸

图3-16　管座的样板定位器的应用

布置定位器时，假定工件是一个刚性较大的物体，所使用的定位器是支承钉，那么按照定位原理，这个物体只需六个支承钉，并像图3-17所示那样进行布置，它的位置就能定下来。定位时，这些支承钉和物体仅仅发生点的接触，所以这个定位法叫做六点定位法。这六个点的布置规则是：物体的底面（即主要定位基准面）布置三个支承钉，而且要三足鼎立；物体的侧面（即导向定位基准面）布置两个支承钉，这两个支承点尽可能分隔远一些；物体的端面（即止推定位基准面）布置一个支承钉，它最好落在或靠近物体重心线x—x上。

图3-17　刚体的六点定位

焊接结构的零件多是由板材或细长的型材做成，它们局部的刚性小。因此，对这些零件定位时，在主定位基准面上就不能只用三个支承钉，而应当使用一个支承面来代替。如图3-11（b）中的支承平台就起着三个支承钉的作用。

注意利用零件之间的装配联系可以减少定位器的数目。例如图3-11（b）中平板1的定位需要三个挡铁，而平板2只需要两个挡铁就够了。因为平板1的右侧边缘就起到了平板2止推定位基准面所要求的那个挡铁的作用。

此外，布置定位器时，要考虑到各个零件装配的先后顺序，防止工件装上和卸下遇到困难。如图3-18所示是由四块板组成的方框，在平台上布置定位挡铁的两种方案。尽管都能把各零件的位置定下来，但是当焊接变形引起尺寸B减小时，图3-18（a）所示的方框无法从夹具中取出。如果把里面的挡铁1和2换个位置，如图3-18（b）所示，就可避免被卡住的情况。图中小箭头表示夹紧力方向，大箭头表示装配或焊接完成后取出工件的方向。

图3-18　定位挡铁的布置

如果要在夹具上实现反变形的措施，定位器在夹具上的位置就不能按照产品图纸上的形状和尺寸布置，而应把预计到的或实测来的反变形量考虑进去后，再决定它的位置。一般预测或实测的反变形量可能有误差，而且不同工人进行焊接引起的变形量常有差别。因此，用以控制变形的焊接夹具，宜选择可以调节的定位器。

根据实践经验，一个零件的定位基准或待装部件用的组装基准，可以按下列原则去选择。

（1）当在零件或部件的表面上既有平面又有曲面时，优先选择平面作为主要定位基准面或组装基准面，尽量避免选择曲面，否则夹具制造困难。如果各个面都是平面时，则选择其中较大的平面作为主定位基准面或组装基准面。

（2）应当选择在零件或部件上具有窄而长的表面作为导向定位基准面。

（3）应当选择零件或部件上窄而短的表面作为止推定位基准面。

（4）以产品图纸上已经规定好的定位孔或定位面作为定位基准。若没有规定时，应尽量选择设计纸上用以标注各零件位置尺寸的基准作为定位基准。如确定尺寸的边线、中心线等。

（5）尽量利用零件上经过机械加工的表面或孔作为定位基准，或者以上道工序的定位基准作为本工序的定位基准。备料过程中，冲剪和自动气割的边缘以及原材料本身经过轧制的表面都比较平整光洁，可以作为定位基准。手工气割的边缘和手工成型的表面其精度差，一般不宜作为定位基准。

上述原则要综合考虑，灵活应用。检验定位基准选择得是否合理的标准是：能否保证定位质量、方便装配和焊接，以及是否有利于简化夹具的结构等。

因此，焊件在夹具上定位的具体做法是：根据工件结构的特点和装配焊接的工艺要求，首先，选择该工件的定位基准以及选择与之相适应的定位器，然后按照定位原理和工艺要求在夹具的支承件上精确地布置这些定位器。装配时，只要把工件的定位基准与定位器紧密接触即完成定位。

例如，工字梁在胎具上进行装配时，有两个面可作组装基准。图3-19（a）是以下盖板的底平面做组装基准，即采取立装。这样缺点较多，重心高，不稳定。装配上盖板时，定位与夹紧困难，需要仰面点固。因此，宜选择图3-19（b）那样以腹板侧面作为整个工字梁的组装基准，即采取倒装。这样装配稳定而方便。但是，两面点固时工件需要翻转。

图3-19　工字梁组装基准面的选择

翻斗车车体的外部轮廓形状，既有曲面又有平面（图3-20（a））。宜选择它的上表面作组装基准，即采取反装，这样夹具结构大为简化，如图3-20（b）所示。

图3-20　翻斗车车体的组装基准

汽车的车门外表面虽然是个曲面，但由于零件集中在内侧，从装配和焊接工艺看就应以外曲面作为基准组装，况且它是薄壁结构，局部刚性弱。支承基准宜做成胎模状，如图3-21所示。

四、夹紧器及其使用

装配时，对零件施加外力，使它始终保持着既定位置的装置叫夹紧器。它的种类很多，按作用原理分，有杠杆、斜楔、螺旋、偏心轮等；按外力的来源分，有手动、气动、液动和电磁式等。对手动式的夹紧器有两个基本要求：一是用最小的力就能得到预期的夹紧力；二是当手撤离夹紧器后，它仍然能对工件施加与未撤离时相同的力量，也就是要求所使用的夹紧器具有自锁性能。此外，还希望夹紧器的夹紧力要适中，过大会造成工件局部变形和表面损伤；夹紧过程迅速而可靠。

图3-21　汽车车门用的焊接胎具

1—汽车车门；2—焊接胎膜

1.杠杆夹紧器

杠杆是最简单的一种机械，如图3-22所示在焊接生产中可以单独使用。但是，更多的是和斜楔、螺旋、偏心轮等组合起来使用。正确使用杠杆，可以达到省力、省时（快速）或改变力作用方向的目的。

杠杆必须由三个点和两个臂组成，如图3-23所示。支持杠杆转动的点叫支点；承受重物的点叫重点；对杠杆施力的点叫力点。支点到重点的距离叫重臂，如图3-23（a）所示，支点到力点的距离叫力臂。

图3-22　杠杆的应用

图3-23　杠杆夹紧器的工作原理

按杠杆工作时支点、重点和力点的相互位置分成三类杠杆：支点在中间的为第一杠杆，重点在中间的为第二杠杆，力点在中间的为第三杠杆。拿第一杠杆来说（图3-23（a）），力臂愈大，则愈省力，但力的行程大；反之，力臂短则费力，但力的行程小，动作迅速。如果力臂和重臂相等时，则既不省力也不省时，只改变力作用的方向。实际生产中就是利用这些原理去达到扩大夹紧力、快速动作和改变力作用方向的目的。

2.斜楔夹紧器

利用楔的斜面将它的推力转变为夹紧力，从而将工件夹紧的一种机构叫斜楔夹紧器。楔的斜面可以直接或间接压紧工件，如图3-24所示。后者当工件表面粗糙使斜楔移动困难或防止斜楔损伤工件表面时使用。图3-24（a）表示出斜楔的受力情况，P为锤击力，夹紧工件的力大小等于W（其方向指向工件），α叫斜楔升角。为了使斜楔有自锁作用，工作时不会自动滑出来，斜楔升角应小于摩擦角（φ₁+φ₂）。一般小于12°就能获得自锁性能。考虑到安全，手工操作的斜楔取α=6°～10°。斜楔常用45号钢制造，淬硬到HRC42～46使用。

图3-24　斜楔工作原理图

斜楔夹紧器的优点是结构简单。但是，夹紧力有限，约为锤击力P的3倍。实际使用如图3-25所示。

3.螺旋夹紧器

利用螺旋（丝杆）直接或间接夹紧工件的装置叫螺旋夹紧器。它的结构简单，夹紧较牢靠，通用性大，既可以独立使用，也可以安装在夹具上和定位器配合使用，所以在焊接生产中广为应用。缺点是夹紧和松开比较费时和费力。为此，常和其他机构组合使用。

螺旋夹紧器的夹紧作用，可以是螺母不动旋转螺杆，或反过来，螺杆不动旋转螺母来达到，其中以前者应用最多。

弓形螺旋夹紧器（图3-26）是最通用的一种移动式夹具，一般由螺杆、螺母和主体三个基本部分组成。此外，还有压块、手柄等其他零件。

图3-25　使用斜楔夹紧器的实例

（1）螺杆。螺旋夹紧器的夹紧力是靠绕在螺杆圆柱面上的螺纹表面（它是一个斜面）与螺母上的螺纹表面之间的相对移动后产生的。因此，力的作用原理和斜楔基本相同。标准的三角螺纹、方形螺纹和梯形螺纹都可使用，这些螺纹的自锁性能良好。一个螺旋夹紧器夹紧力的大小，决定于螺杆直径的粗细、手柄长短和所施加的外力大小等因素。

（2）螺母。螺母容易磨损，为了便于更换和简化修理工作，一般不直接在主体上加工出螺母的螺纹，而是设计成衬套式的螺母，把它镶到主体上，如图3-26所示。

（3）压块。螺杆头部直接与工件接触，会损伤工件表面，旋转螺杆时还可能带动工件一起旋转，破坏工件既定位置。因此，常在螺杆头部装上压块，工作时螺杆转动而压块不动，压块与工件接触的面积较大，有利于减少工件局部变形。常用的压块有图3-27两种结构形式。图3-27（a）端面光滑，用于夹紧已加工过的表面或表面光洁的不锈钢或铝板等。图3-27（b）端面有齿纹，用于夹紧具有比较粗糙表面的工件。

图3-26　弓形螺旋夹紧器

1—主体；2—手柄；3—螺杆；4—螺母；5—压块

图3-27　压块

为了克服螺旋夹紧器拧紧和松开耗费时间的缺点，可使用快速夹紧的螺旋夹紧器（图3-28）。夹紧不同尺寸的工件时，调节主体上齿条啮合的齿数就能达到快速改变夹紧的行程。

图3-28　快速夹紧的螺旋夹紧器

安装在夹具上的螺旋夹紧器一般都设计成可退出的，这样就不妨碍工件的装上和卸下。这一类夹紧器式样很多，图3-29为其中两种快速退出的夹紧器结构。图中箭头表示退出的运动方向。图3-29（a）是通过铰链实现快速退出；图3-29（b）在主体上开有滑槽，固定在支座上的销钉插在滑槽内，主体是通过滑槽实现快速退出的。当主体紧贴止动面AB时，夹紧器就可以工作。

图3-29　快速退出的螺旋夹紧器

1—铰链；2—支座；3—主体；4—销子；5—滑槽；6—止动面

使用螺旋和杠杆组合起来的夹紧器例子也很多，图3-30为其中的一种，它也能快速退出。

图3-30　螺旋—杠杆夹紧器

4.偏心夹紧器

利用偏心件来实现夹紧工件的机构叫偏心夹紧器。在夹具中采用的偏心件是一个圆偏心轮，如图3-31（a）所示。当转动偏心轮时，由于它的转动中心与几何中心不重合（有偏心距e），转动中心到被压表面间的距离（即行程）越来越大，因而能把工件夹紧。从工作原理看，它的受力关系和斜楔相似。如果1点对准0°处，使偏心轮转动180°（图中只转90°），则偏心轮的行程为2e，它就像一根高为2e，底长为πD/2的斜楔一样，如图3-31（b）曲线所示。不同的是斜面是弧形，升角α是变化的。转动90°时（图中所示位置）升角最大。

图3-31　偏心夹紧的工作原理图

单个使用的偏心轮，考虑了自锁条件，其偏心距为e≤0.075D，通常标准偏心距在1.7～7mm之间。因此，偏心轮的外径D≈30～100mm。手把长度约为D的两倍。

偏心夹紧器的优点是结构简单，动作迅速，使用方便，手柄扳转一次就能迅速地夹紧工件。缺点是夹紧行程受偏心距限制，夹紧力较小，自锁性能差。一般适用于工件被压表面尺寸公差较小和振动不大的情况。

直接利用偏心件压紧工件的情况较少，通常都和其他构件结合使用。图3-32是和杠杆组合的实例，这两者均能快速退出，图3-32（a）把偏心轮松开，再把杠杆（即压板）向右一拉即可退出；图3-32（b）的手柄朝松开方向扳转，拨动销钉即能退出。

图3-32　偏心—杠杆组合夹紧器

图3-33　螺旋拉紧器

1—左螺纹；2—右螺纹；3—螺母

5.拉紧器和推撑器

在装配过程中经常遇到两个工件对不准、靠不拢或错边等情况，常使用起拉紧、顶紧和推撑作用的夹具。这些夹具在焊接过程中也可以用来防止焊接变形，焊后又可以用来进行变形矫正。

（1）拉紧器。以螺旋拉紧器应用最广。图3-33所示是其中两种，它们具有左右螺纹（又叫正反丝扣）的螺杆和螺母。图3-33（a）转动螺母，两螺杆就能把工件向里拉紧，反向旋转即能松开。图3-33（b）则是旋转螺杆，螺母向里或向外移动，使工件靠拢或分开。

（2）推撑器。把两个工件顶紧或撑开，而本身受压力的装置叫推撑器。日常使用的千斤顶就是一种推撑器。图3-34所示是一种柱状螺旋推撑器，转动螺杆1或者转动管柱3都能把两工件撑开。

图3-34　柱状螺旋推撑器

1—螺杆；2—螺母；3—管柱

6.快速夹紧装置

为适应大量生产的要求，利用压缩空气作动力推动压杆，就可以很快地实现夹紧和松开工件的动作。同样，利用电磁的吸引力，也可以达到快速吸紧工件的目的。

（1）气动夹紧器。气动夹紧器是利用压缩空气为动力去夹紧工件的一种装置。它又分活塞气缸式、薄膜气缸式和软管式三种。

活塞气缸又叫风缸，种类较多。图3-35是一种双向的气缸示意图，它从两面供气。工作时压缩空气从右边通入气缸，使活塞同活塞杆一起向左推进。工作结束后，将压缩空气从左边通入气缸，右边排气，使活塞和活塞杆一起向右推进，恢复到工作前的位置。图3-36是活塞杆直接压紧工件的应用图示。

图3-35　双向活塞气缸示意图

图3-37所示是薄膜式气缸（又叫气压室）的结构。在缸内的橡皮膜起到图3-35中活塞的作用。当压缩空气由管接头进入气缸时，推动橡皮膜而带动推杆移动，由它去推动夹紧机构而夹紧工件。当压缩空气停止进入气缸而处于回气时，在弹簧的作用下，使橡皮膜及推杆朝反方向移动而将工件松开。薄膜式气缸的优点是省力、体积小、成本低。缺点是联杆行程短。图3-9是使用这种气缸的实例。

图3-36　直压式气动夹具

图3-37　薄膜式气缸的结构

1—管接头；2—橡皮膜；3、4—弹簧；5—推杆

气缸可以和杠杆、斜楔、铰链、偏心轮等机构组合成复合式的快速夹紧器。图3-38是气缸和杠杆铰链联合夹紧工件的实际用例。

图3-38　气动的杠杆铰链夹具

图3-39所示是软管式夹紧器，当压缩空气通入软管时，软管胀起而推动夹紧机构，从而把工件夹紧。图3-39（a）是直压式，图3-39（b）是压板（杠杆）式。这种夹紧器是在需要沿直线上多点压紧的情况下使用。因夹紧力小，所以在薄板装配和焊接时使用较多。

图3-39　软管式夹紧器

1—压杆；2、3—软管；4—压板

（2）磁力夹紧器。这种夹紧器是利用电磁力吸引具有磁性的零件，以达到夹紧工件的目的。通电时即夹紧，断电时即松开，所以动作迅速。磁力夹紧器需要使用直流电源，电压在24～90V之间。图3-40所示是携带式磁力夹紧器中的一种，它兼有丁字接头的定位与夹紧的作用。磁力夹紧器主要是由线圈和铁心组成，可以在厚度为5～35mm的平板对接、丁字接和搭接的装配和焊接过程中使用。

两平板拼接时，夹紧和松开最快的方法是在电磁平台上进行。如图3-41所示，是用埋弧自动单面焊两面成型拼接钢板时使用的电磁平台。图中线圈通电后，铁心即产生磁场，把工件吸住。需要沿焊缝长度上两边每隔0.5m配置一套电磁铁。图中的中间部分是软管气动夹紧装置，目的是使铜垫顶紧焊缝底部，以保证反面成型。没有磁性的不锈钢和铝板结构，不能使用这种夹紧器。

图3-40　磁力夹紧器

图3-41　电磁平台

1—铜垫；2—线圈；3—铁心；4—工件；5—软管

在夹具上对焊件夹紧有两个目的：第一个是使工件的定位基准与定位元件紧密接触；第二个是保持焊接（或点固）过程中零件位置不变动。要达到上述目的，必须研究解决夹紧力的数目、作用方向、作用点和力的大小问题。

原则上，一个零件若用六个支承钉进行定位，其夹紧力的数目也应当有六个，而且都应指向各个支承点。这样就能避免夹紧力和反作用力构成力偶，引起工件夹不牢，发生翻转或位置变动等不良情况。但是，从工件结构特点、工艺要求、简化夹具结构和操作方便等方面考虑，夹紧力的数目就可能多于六个或少于六个。

如前面图3-11所示的T形板，在平台上进行装配。如果这两个零件备料尺寸精确而又比较平直的话，就不必考虑夹紧的问题。因为工件不必翻转，它的自重就能保证与平台紧贴，由于零件小，人力也能使工件与挡铁靠紧。

刚性较大的零件，在不致引起弯曲变形的前提下，夹紧力的数目可以少于所用支承点的数目。这时力的作用点要落在支承点之间。例如，用三个支承钉支承一个铸钢件，并且用一个力夹紧时，这个夹紧力就应作用在这三个支承点所构成的三角形范围之内，如图3-42（a）影线所示。对于刚性小的零件，夹紧力最好指向定位器，若有困难，也尽量靠紧定位器处。图3-42（b）示出夹紧力作用点的合理位置。如果有可能，集中的夹紧力，最好作用在工件上局部刚性较大的部件，以减少工件局部变形。

图3-42　集中夹紧力的作用

为了减少焊接过程中产生的约束应力，在某些方向（主要是板平面内的纵向或横向）上允许工件自由伸缩，在这些方向上就不要夹紧。

利用焊接夹具防止角变形和弯曲变形比较有效，因此在焊接用的胎具上，就应根据这个特点去配置夹紧器。

确定夹紧力大小时，一般考虑下列因素。

①夹紧力应能克服零件上局部变形，这些变形不是因为长度的变长或缩短，而是因零件刚性不足，在备料（剪切、气割、冷弯、热煨等）、储存或运输过程中可能引起局部不平直。严重的必须经矫正后才能投入装配，因为强力装配要引起很大的装配应力。只有轻微的变形，才能通过夹紧器去克服。例如圆筒体的卷圆，不可避免要出现错边、卷圆过渡或卷圆不足的现象。在装配时，就要借助夹具对它进行拉、压、顶才能顺利地装配。

②当工件在胎具上实现翻转或回转时，夹紧力足以克服重力和惯性力，把工件牢牢地夹持在胎具上。

③需要在夹具上实现焊件预反变形时，夹具就得具有使焊件获得预定反变形量所需要的夹紧力。

④夹紧力要足以应付焊接过程中热应力引起的约束应力。

并不是每一个夹紧器都会遇到上述受力情况。但是，从安全出发，应当全面考虑这些因素，把最不利的受力状态所需要的最大夹紧力确定下来，然后再增加一定安全余量，作为设计夹紧器构件的基本数据。