一种用于金属三明治板焊接的工装夹具及其使用方法与流程

本发明涉及工装夹具的技术领域，具体地说是一种用于金属三明治板焊接的工装夹具及其使用方法。

背景技术：

目前，金属三明治板是指面板和芯板都使用金属材料，通常在海洋结构中选用钢和铝，根据芯部结构的特征，金属三明治板大致可以分为波纹型和蜂窝型，最常用的是波纹型夹芯，常见的波纹型夹芯有i型、v型、c型等。

国内金属三明治板处于起步阶段，现有的三明治板的工装夹具固定方式均是处于手动螺栓固定，效率低，精度控制差，自动化程度低，不适合大型三明治板焊接。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种改进的用于金属三明治板焊接的工装夹具及其使用方法，通过设置可配合的芯板气压固定装置和面板气压固定装置，提高了控制精度和使用效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于金属三明治板焊接的工装夹具，包括底座板和设在底座板上需要进行加工的三明治芯板和三明治面板，其特征在于：底座板的中部设有芯板气压固定装置和面板气压固定装置，底座板的两侧部设有导轨和导杆，导轨上安装有工字钢横梁，通过导轨和导杆的配合，使得工字钢横梁沿着导轨进行横向移动，底座板的一端设有气缸控制器，用以驱动芯板气压固定装置和面板气压固定装置；芯板气压固定装置包括芯板气缸和与芯板气缸相连的芯板固定杆组，用以对三明治芯板进行固定，面板气压固定装置包括面板气缸和与面板气缸相连的面板气缸固定杆，用以对三明治面板进行固定。

优选的，芯板气压固定装置还包括一组平行设置的支架，支架上安装有芯板气缸和芯板气缸固定板组，芯板气缸通过快插装置与供气气管相连；芯板气缸固定板组包括芯板气缸固定杆和芯板气缸固定板，芯板气缸固定杆与芯板气缸固定板之间垂直设置。

进一步，面板加压固定装置还包括压盘，面板加压固定装置固定于工字钢横梁上，面板气缸固定杆的一端与面板气缸相连，另一端与压盘相连，压板表面设有橡胶层，面板气缸通过快插装置与供气气管相连。

进一步，导轨与工字钢横梁的连接处设有导轨滑块，导轨滑块的一端固定于工字钢横梁上，另一端卡设与导轨侧面的导向槽中。

进一步，工字钢横梁有2-8根，并列设置于底座板上，所有工字钢横梁的两端分别穿设有一根导杆，导杆与导轨平行设置，导杆的两端通过固定支座固定于底座板上，导杆的长度大于导轨的长度，导杆与固定支座、工字钢横梁的连接处分别设有橡胶环，导轨上设有导轨限位装置。

更进一步，气缸控制器包括面板和芯板气缸控制继电器和控制开关，面板和芯板气缸控制继电器与芯板气缸、面板气缸相连，控制开关设有高压气流和低压气流选项，用以对芯板气缸和面板气缸的气流进行控制。

一种用于金属三明治板焊接的工装夹具的使用方法，其特征在于：使用步骤如下：a、将若干根平直无变形的芯板一一放置在芯板气压固定装置的支架组之间，打开芯板气缸开关，通入高压气体使芯板气缸将芯板紧紧固定在底座板上；b、固定好芯板后校准芯板的直线度，对有偏差的部位松开芯板气缸，重新校直后再进行芯板的锁紧；c、将面板放在芯板之上，使得面板与芯板对齐，启动面板气缸，使得面板与芯板紧密接触，然后再面板上对应底部芯板位置划线，标出焊接位置；d、当芯板全部被焊接至面板上后，将工件从底座板上取下，焊接第二块面板前，需要将工件翻转后放置在底座板上，然后直接将第二块面板焊接至工件的芯板上。

优选的，c步骤中，面板与芯板对其过程中，首先使用面板的窄边与芯板的两端对齐，然后调整面板宽度方向的位置，使最中间的一块芯板对准面板长度方向的中心线；面板调整好后，要对芯板气缸的气流进行限制，拔下气缸控制器上中与芯板气缸相连的气管，用另一段气管分别连接气缸控制器的出气口和进气口，使得气缸控制器自锁。

d步骤中，钢结构三明治板焊接时，气缸压力调节到0.5mpa，在焊接过程中，采用从中间向两边、随焊散热原则；首先焊接面板一侧的焊缝，然后将面板转过180º，再对剩下的焊缝进行焊接。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，设有芯板气压固定装置和面板气压固定装置，通过相应的气缸控制，将芯板和面板固定在指定的位置，便于后续的焊接加工，固定方式牢固有效；

2、本发明的技术方案的中，导轨与工字钢横梁的连接处设有导轨滑块，导轨滑块的一端固定于工字钢横梁上，另一端卡设与导轨侧面的导向槽中，工字钢横梁安装在导轨上并通过导杆实现横向移动，可以调节相应的芯板位置，使得芯板的定位更精准，同时可以适应不同尺寸芯板的固定要求；

3、本发明设置的气缸控制器包括面板和芯板气缸控制继电器和控制开关，控制开关对芯板气缸和面板气缸的气流进行限制，气缸控制继电器对芯板气缸和面板气缸的动作进行控制，使得气缸运动更为精确，作用力更为恰当，不会损坏芯板和面板，同时又能提供足够的压力；

4、本发明结构简单，设计合理，使用方法，同时本发明的工装夹具紧固力大，操作简单，特别是进行频繁的开合夹紧工件时具有较高的效率，适用于大型三明治板的激光焊接。

附图说明

图1为本发明的一实施例的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的左视图。

附图标记：

1底座板、2工字钢横梁、3导轨滑块、4导轨、5导杆、6固定支座、7支架、8快插装置、9芯板气缸固定杆、10气缸控制器；

11芯板气缸控制继电器、12气缸控制开关、13导向槽、14限位装置、15芯板气缸、16芯板气缸固定板、17压盘、18面板气缸固定杆、19面板气缸、20面板加压固定装置、21气缸固定装置、22螺栓。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种用于金属三明治板焊接的工装夹具，具体参见图1，包括底座板和设在底座板上需要进行加工的三明治芯板和三明治面板，其与现有技术的区别在于：底座板的中部设有芯板气压固定装置和面板气压固定装置，底座板的两侧部设有导轨和导杆，导轨上安装有工字钢横梁，通过导轨和导杆的配合，使得工字钢横梁沿着导轨进行横向移动，底座板的一端设有气缸控制器，用以驱动芯板气压固定装置和面板气压固定装置；芯板气压固定装置包括芯板气缸和与芯板气缸相连的芯板固定杆组，用以对三明治芯板进行固定，面板气压固定装置包括面板气缸和与面板气缸相连的面板气缸固定杆，用以对三明治面板进行固定。具体来说，芯板和面板安装于指定位置后，芯板气缸开打，芯板气缸固定杆对芯板进行固定；所述面板气缸打开，面板固定杆下压，对三明治板面板进行固定。

优选的，芯板气压固定装置还包括一组平行设置的支架，支架上安装有芯板气缸和芯板气缸固定板组，芯板气缸通过快插装置与供气气管相连；芯板气缸固定板组包括芯板气缸固定杆和芯板气缸固定板，芯板气缸固定杆与芯板气缸固定板之间垂直设置。具体来说，芯板气缸固定板安装于芯板气缸固定杆末端，增加固定芯板的接触面积，保证芯板安装水平。芯板气缸通过螺栓安装在支架上，快插装置与气缸通过螺纹孔相互连接，气管安装在快插装置中，芯板气缸打开时，气体通过快插装置进芯板气缸，推动芯板气缸固定杆使芯板气缸固定板与芯板紧密接触，在支架、芯板气缸固定板和芯板气缸固定杆共同作用下完成对芯板的固定。

进一步，面板加压固定装置还包括压盘，面板加压固定装置固定于工字钢横梁上，面板气缸固定杆的一端与面板气缸相连，另一端与压盘相连，压板表面设有橡胶层，面板气缸通过快插装置与供气气管相连。具体来说，面板压紧固装置安装在工字钢横梁上，快插装置与气压紧固装置通过螺纹孔相互连接，气管安装在快插装置中，面板气缸固定杆一端安装压盘，压盘和面板气缸固定杆通过螺纹连接，面板气缸打开时，气体通过快插装置进入气压紧固装置，使压盘与面板紧密接触，增加面板紧固力。面板固定杆末端设置有保护层，保护层对应的压盘与面板接触面，保护层可以用硬度不大的材料做成，减少工装夹具对工件的破坏。

导轨与工字钢横梁的连接处设有导轨滑块，导轨滑块的一端固定于工字钢横梁上，另一端卡设与导轨侧面的导向槽中。

进一步，工字钢横梁有2-8根，并列设置于底座板上，所有工字钢横梁的两端分别穿设有一根导杆，导杆与导轨平行设置，导杆的两端通过固定支座固定于底座板上，导杆的长度大于导轨的长度，导杆与固定支座、工字钢横梁的连接处分别设有橡胶环，，减少导杆在孔之中运动时产生的金属摩擦和振动。导轨上设有导轨限位装置，限位装置是设置在导轨末端的块体，通过螺栓将其固定于导轨和底座板上，块体高度不高于滑块高度，且周围设置有橡胶圈起缓冲作用。

更进一步，气缸控制器包括面板和芯板气缸控制继电器和控制开关，面板和芯板气缸控制继电器与芯板气缸、面板气缸相连，控制开关设有高压气流和低压气流选项，用以对芯板气缸和面板气缸的气流进行控制。

在一个实施例中，通过气缸控制器10驱动芯板加压固定装置21和面板加压固定装置20，工字钢横梁2安装在导轨4上并通过导杆5实现横向移动，芯板和面板安装于指定位置后，所述芯板气缸15开打，芯板气缸固定杆9对芯板实现固定；所述面板气缸20打开，面板固定杆18下压，对三明治板面板进行固定。

在焊缝长度方向上安装气压固定装置21，每个支架7安装后用平行尺校准平行度，待平行尺与气压固定装置21之间无缝隙时，将芯板气缸15通过螺栓22安装在支架7上，快插装置8与芯板气缸15通过螺纹孔相互连接，使用时将气管的一端安装在快插装置8中，另一端气管与芯板气缸15连接起来，所述芯板气缸15打开时，气体通过快插装置8进芯板气缸15，推动芯板气缸固定杆9使芯板气缸固定板16与芯板紧密接触，在支架7、芯板气缸15和芯板气缸固定板16共同作用下完成对芯板的固定。

底座板1上安装导轨4，通过螺栓22固定在底座板1上，导轨4与工字钢横梁2两端之间安装有导轨滑块3，导轨滑块3通过螺栓22固定在工字钢横梁2上，导轨滑块3装卡于导轨侧面的导向槽13中。所述导杆两端安装有固定支座6，且使用螺栓22固定于底座板1上。导杆5穿过工字钢横梁2两端，其长度长于导轨4，工字钢横梁2的穿孔和固定支座1的孔与导杆5之间均安装有橡胶环，减少导杆5在圆孔中运动时产生的金属摩擦和振动。导轨4末端安装有导轨限位装置14，所述限位装置14为设置在导轨末端的块体，通过螺栓将其固定于导轨4和底座板1上，块体高度不高于滑块3高度，且周围设置有橡胶圈起缓冲作用。

面板加压固定装置20安装在工字钢横梁2上，快插装置8与面板气缸19通过螺纹孔相互连接，气管安装在快插装置8中，所述面板气缸19中的面板气缸固定杆18一端安装压盘17，压盘17和面板气缸固定杆18通过螺纹连接，所述面板气缸19打开时，气体通过快插装置8进入面板气缸19，使压盘17与面板紧密接触，增加面紧固力。压盘表面安装有橡胶层，减少工装夹具对工件的破坏。

三明治板的气压控制器10安装于底座板1侧边的控制箱中，所述气缸控制器10包括面板和芯板气缸控制继电器11及气缸控制开关12，气缸控制开关设置有高压气流和低压气流选项，控制开关对芯板气缸15和面板气缸19的气流进行限制；将气缸控制开关12与气缸控制继电器11连接，气缸控制继电器11与芯板气缸15和面板气缸19相互连接，气缸控制继电器11控制芯板15和面板气缸19的动作。

综上所述，本发明专利的工装夹具紧固力大，操作简单，特别是进行频繁的开合夹紧工件时具有较高的效率，适用于大型三明治板的激光焊接。

在一个使用方法的实施例中，使用步骤如下：a、将若干根平直无变形的芯板一一放置在芯板气压固定装置的支架组之间，打开芯板气缸开关，通入高压气体使芯板气缸将芯板紧紧固定在底座板上；b、固定好芯板后校准芯板的直线度，对有偏差的部位松开芯板气缸，重新校直后再进行芯板的锁紧；c、将面板放在芯板之上，使得面板与芯板对齐，启动面板气缸，使得面板与芯板紧密接触，然后再面板上对应底部芯板位置划线，标出焊接位置；d、当芯板全部被焊接至面板上后，将工件从底座板上取下，焊接第二块面板前，需要将工件翻转后放置在底座板上，然后直接将第二块面板焊接至工件的芯板上。

优选的，c步骤中，面板与芯板对其过程中，首先使用面板的窄边与芯板的两端对齐，然后调整面板宽度方向的位置，使最中间的一块芯板对准面板长度方向的中心线；面板调整好后，要对芯板气缸的气流进行限制，拔下气缸控制器上中与芯板气缸相连的气管，用另一段气管分别连接气缸控制器的出气口和进气口，使得气缸控制器自锁。

d步骤中，钢结构三明治板焊接时，气缸压力调节到0.5mpa，在焊接过程中，采用从中间向两边、随焊散热原则；首先焊接面板一侧的焊缝，然后将面板转过180º，再对剩下的焊缝进行焊接。

在另一个使用方法实施例中，三明治板焊接时，将平直无变形的芯板放在之前安装好的芯板气压固定装置21之间，打开芯板气缸开关，通入高压气体使芯板气缸15将芯板紧紧固定在底座板1上。固定好芯板后校准芯板的直线度，对有偏差的部位松开气缸15和气缸固定螺母22，待芯板一条直线上之后再上紧螺栓22和芯板气缸15。

固定好芯板后，将面板放在芯板之上，首先使用面板的窄边与芯板的两端对齐，然后调整面板宽度方向的位置，使最中间的一块芯板对准面板长度方向的中心线，摆放完成后在面板顶部用气缸19固定，面板与芯板紧密接触，最后在面板上对应底部芯板位置划线，标出焊接位置。当芯板全部焊接在面板上，将工件取下底座板1。焊接第二块面板前需要将工件翻转过来放在底座板1上，直接将第二块面板放在之前焊好的工件上。

面板调整好后，要对芯板气缸控制器气流进行限制，拔下控制箱中的芯板气缸相连的气管，用一段气管连接控制器的出气口和进气口，使得控制器自锁。钢结构三明治板焊接时，气缸压力调节到0.5mpa。为了减少三明治板的焊接变形，在焊接过程中，采用从中间向两边、随焊散热原则。首先焊接面板一侧的焊缝，然后将面板转过180º，再对剩下的焊缝进行焊接。相邻两道焊缝分开焊接，以避免热量集中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。