CN102489869A - 一种基于摩擦焊的镶块固定方法及装置 - Google Patents

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杨林龙
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Abstract

本发明涉及 一种基于摩擦焊的镶块固定方法，包括以下步骤：将镶块、铸件同轴设置，使镶块的外表面对应铸件的内表面；并且使镶块能够绕其轴心线旋转，铸件能够沿其轴向运动；旋转镶块，同时给予铸件施加轴向压力，使镶块的外表面、铸件的内表面相互摩擦产生热量，当铸件的内表面到达锻造温度开始熔化时，停止镶块旋转、铸件轴向运动；给予铸件相对镶块运动的压紧力，直至镶块贴合在铸件上。旋转装置包括操作台、旋转轴、镶块锁紧装置、设置铸件锁紧装置以及轴向驱动装置。 本发明简化了铸件的铸造工艺，降低铸造成本；简化铸件结构，提高铸件性能；不仅镶块与铸件本体结合性较好，可以承受较高的扭矩，而且优化了铝合金铸件的铸造工艺。

Description

一种基于摩擦焊的镶块固定方法及装置
技术领域
本发明涉及铸造领域，不同材料间的焊接方法，特别是涉及一种基于摩擦焊的镶块固定方法及装置。
背景技术
目前，常规的实现镶块与铸件连接的方法有两种：一是铸造方法，即浇注时金属液包裹着镶块，与铸件形成一体，此方法的缺点是：铸造工艺性复杂，要求的铸造工艺水平高，铸件与镶块的贴合性一般，中间有层空气膜，不利于热量传递，在某些领域应用有重大缺陷；二是机械安装的方法，将铸件和镶块加工成相应的形状，用螺栓将镶块固定在铸件上，这种方法缺点是：加工精度要求高，铸件与镶块的贴合性差，镶块易松动脱落，不利于长久使用。
以铝合金缸体为例：铝合金缸体以铸造浇注时结合的让铸方法，存在差结合且不均匀，同时影响缸体中心距的设计，水冷却不能直接冷却缸套，如图4所示。
发明内容
本发明一个目的是提供一种基于摩擦焊的镶块固定方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于摩擦焊的镶块固定方法，该方法用于将铁质的镶块固定在铝合金的铸件上，包括以下步骤：
（1）、将镶块、铸件同轴设置，使镶块的外表面对应铸件的内表面；并且使镶块能够绕其轴心线旋转，铸件能够沿其轴向运动；
（2）、旋转镶块，同时给予铸件施加轴向压力，使镶块的外表面、铸件的内表面相互摩擦产生热量，当铸件的内表面到达锻造温度开始熔化时，停止镶块旋转、铸件轴向运动；
（3）、给予铸件相对镶块运动的压紧力，直至镶块贴合在铸件上。
优选地，镶块的外表面、铸件的内表面通过机加工完成。
优选地，镶块的外表面、铸件的内表面的同轴度、粗糙度以及同方向的锥度保持一致。
优选地，步骤（2）中，镶块的旋转线速度大于10m/s。
优选地，步骤（2）中铸件施加轴向压力为5～15N/mm 2 。
本发明另一个目的是提供一种实现基于摩擦焊的镶块固定方法的旋转装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种旋转装置，包括操作台、设置在所述的操作台上的旋转轴、设置在所述的旋转轴上的镶块锁紧装置、设置在所述的操作台上的铸件锁紧装置以及驱动所述的铸件进行轴向运动的轴向驱动装置。
本发明中铸件表面获得能量升高的温度并没有达到其熔点（半固态），及铸件表面的金属在热塑性状态下实现的类锻态固相连接。由于镶块材质为铁，熔点远远高于铸件（铝合金）的熔点，因此镶块不会产生大的塑性变形。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明简化了铸件的铸造工艺，降低铸造成本；对于某些铸件，可以简化铸件结构，提高铸件性能；由此种方法固定的镶块，不仅镶块与铸件本体结合性较好，可以承受较高的扭矩，而且优化了铝合金铸件的铸造工艺。
附图说明
附图1为本发明中镶块与铸件的连接示意图；
附图2为本发明中缸套与缸体的连接示意图；
附图3为本发明中发动机缸套的示意图；
附图4为现有技术中发动机缸套的示意图。
其中：1、旋转轴；2、镶块；3、铸件；4、贴合层；5、缸套；6、缸体；7、焊缝。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
一种基于摩擦焊的镶块固定方法，该方法用于将铁质的镶块固定在铝合金的铸件上。
其使用如下的固定装置：包括操作台、设置在操作台上的旋转轴1、设置在旋转轴上的镶块锁紧装置、设置在操作台上的铸件锁紧装置以及驱动铸件进行轴向运动的轴向驱动装置。
以下阐述下使用该装置的操作步骤，如图1所示：
（1）、将镶块2通过镶块锁紧装置固定在旋转轴1上，铸件3与镶块2同轴设置后通过铸件锁紧装置固定，镶块2和铸件3的配合面相对，如镶块2的外表面对应铸件3的内表面，保证镶块2和铸件3具有一定的同轴度、粗糙度和适当间隙，以及配合面有同方向的锥度，镶块2的外表面、铸件3的内表面通过机加工完成；
（2）、转动旋转轴1使镶块以大于10m/s的旋转线速度旋转，同时轴向驱动装置对铸件施加轴向10 N/mm 2 的压力，使镶块2、铸件3相互摩擦产生热量，当铸件3的内表面到达锻造温度开始熔化时，停止镶块2的旋转、铸件3的轴向运动；
（3）、给予铸件3相对镶块2运动的力，即热塑性下的锻压力，这样铸件3表面的分子扩散再结晶，形成包裹与镶块2表面的贴合层4，达到将镶块2固定在铸件3上的目的。
以下以发动机缸套的固定方法为实施例进行阐述：
如图2所示：首先将缸套5（相当于镶块）固定在旋转装置的旋转轴1上，调整缸体6（相当于铸件）的位置，使缸体6与缸套5保持在同一轴线上，然后锁紧缸体6；
沿轴向调整缸体6与缸套5的间距，启动旋转轴1带动缸套5一起旋转后，对缸体6慢慢施以轴向的压力，当缸体6摩擦的表面达到锻压温度时，停止缸套5的旋转，同时给缸体6相对缸套5运动的力，即热塑性下的锻压力，这样缸体6表面的分子扩散再结晶，形成包裹与缸套5表面的焊缝7。从而达到将缸套5固定在缸体6上的目的，如图3所示。
铝合金缸体以铸造后加工缸体本身及缸套，后通过缸套旋转与缸体本身产生摩擦使缸体本身表面铝变成半固液，缸套旋转停止而结合，使缸径中心距达到最小设计，以进一步减小发动机尺寸及重量，同时结合效果均匀，水冷却直接冷却缸套。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种基于摩擦焊的镶块固定方法，该方法用于将铁质的镶块固定在铝合金的铸件上，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、将镶块、铸件同轴设置，使镶块的外表面对应铸件的内表面；并且使镶块能够绕其轴心线旋转，铸件能够沿其轴向运动；
（2）、旋转镶块，同时给予铸件施加轴向压力，使镶块的外表面、铸件的内表面相互摩擦产生热量，当铸件的内表面到达锻造温度开始熔化时，停止镶块旋转、铸件轴向运动；
（3）、给予铸件相对镶块运动的压紧力，直至镶块贴合在铸件上。
2. 根据权利要求1所述的一种基于摩擦焊的镶块固定方法，其特征在于：镶块的外表面、铸件的内表面通过机加工完成。
3. 根据权利要求1所述的一种基于摩擦焊的镶块固定方法，其特征在于：镶块的外表面、铸件的内表面的同轴度、粗糙度以及同方向的锥度保持一致。
4. 根据权利要求1所述的一种基于摩擦焊的镶块固定方法，其特征在于：步骤（2）中，镶块的旋转线速度大于10m/s。
5. 根据权利要求1所述的一种基于摩擦焊的镶块固定方法，其特征在于：步骤（2）中铸件施加轴向压力为5～15N/mm2。
6. 一种实现如权利要求1所述的固定方法的旋转装置，其特征在于：包括操作台、设置在所述的操作台上的旋转轴、设置在所述的旋转轴上的镶块锁紧装置、设置在所述的操作台上的铸件锁紧装置以及驱动所述的铸件进行轴向运动的轴向驱动装置。
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