CN102990220B - 摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法 - Google Patents

Abstract

摩擦焊机的主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法：在焊机主轴与尾座处于焊接压力作用下的顶锻时间内时松开导向罩3的螺栓，利用导向罩3与主轴在顶锻状态下同心的原理，通过导向罩3将主轴侧1相对尾座侧2的位置对正在尾座侧2上，这样就得到了在焊接顶锻状态下主轴与尾座之间真实的同轴度状态；在得到上述状态下的主轴与尾座间同轴情况数据的条件下再进行尾座位置相对主轴的调解，在此状态下进行零件摩擦焊接，满足零件焊接跳动为0.1mm的技术要求。本发明解决了现有技术的技术瓶颈，可在同类零件中推广使用，在新一代航空发动机、动力燃机系列中具有广阔的应用前景。

Description

摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法

技术领域

本发明涉及摩擦焊操作工艺及应用技术领域，特别提供了一种摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法。

背景技术

现有技术中，惯性摩擦焊接是一种固态焊接过程，即两个待焊零件，一个装夹在主轴上，一个装夹在尾座上，将主轴上的飞轮加速到预定的转速而产生出动能，然后脱开马达，靠飞轮的惯性继旋转，这时液压油缸加压使两个零件接触并摩擦，随着飞轮速度的降低，飞轮上所储存的动能转化为摩擦所产生的热能，在飞轮扭矩和油缸压力的联合作用下对接触面产生强大的锻造作用而使两个零件焊接在一起。

惯性摩擦焊是世界上最先进的连接技术之一。它焊出的焊缝为锻造的、超细的、等轴晶粒组织，摩擦焊缝接头强度等于甚至稍高于母材的强度，不产生与熔化和凝固有关的冶金缺陷，如气孔、夹杂和裂纹等。摩擦焊焊接接头为整体同步均匀加热，受力均匀，热输入速度快，热影响区窄。由于摩擦压力和扭矩的联合作用，摩擦焊有“自清理”作用，所以焊缝很少产生冶金缺陷。摩擦焊机可控参数少，易形成优质、稳定、经济性好的焊缝。摩擦焊接精度高。

惯性摩擦焊接适用典型零件简介：航空发动机压气机转子组合件，是发动机的关键件，由材料为GH4169的5级单盘通过惯性摩擦焊工艺连接而成，该零件结构复杂，内外型面加工空间狭小，敞开性差，尺寸精度及技术条件要求严格，其中盘与盘腹板之间的同轴度要求一直是设计重点要求的技术条件之一，其数值的高低直接影响着压气机转子的动平衡量的大小，甚至引起发动机喘振。

惯性摩擦焊机主要包括以下部分：1、主机包括床身、床头、滑台、尾座和拉杆等；2、传动系统包括主电机、主油泵、液压马达和传动齿轮等；3、压力系统包括电机、油泵、阀门、管路、油缸和推力杆等；4、电器控制系统包括控制焊接顺序和自动焊接循环、速度、压力等有关线路和元件组成的控制器；另外，惯性焊机一般采用等压力设计原理的主轴和独立的尾座位置可调机构，导向罩精度控制装置、压力制动补偿技术、速度起始点探测控制等技术、油温控制技术以及全数字PLC控制系统和人机交换界面等等。如图1、2、3所示。

惯性摩擦焊接工艺参数:①焊接能量②转动惯量③焊接压力④焊接缩短量⑤焊接跳动等。

在摩擦焊接过程中，特别是在航空发动机鼓筒类零件焊接过程中，为保证发动机转子同轴度精度，需要进行摩擦焊机主轴与尾座侧的同轴度精度调整，以满足焊接后零件的同轴度要求，而传统的焊机同轴度调整技术由于是在非焊接状态下进行测量并获得的，所以无法准确反映出主轴与尾座零件在焊接状态下真实的相对位置，这样直接导致了焊接正式件的零件同轴度常常无法满足要求而超差，也没有充分挖掘出焊机的潜力。造成压气机转子动平衡数值超差，零件呈报处理。

现有技术中，本发明的创新工程背景中适用的惯性摩擦焊机焊接压力为380吨，在焊接高温合金组件时焊机主轴侧需要配重重达5吨的3个大飞轮，并且该飞轮需要不断拆卸与安装，在5吨重的飞轮压力的作用下主轴相对尾座侧之间的同轴度在非焊接状态下经常处于0.02mm-0.18mm偏心的状态（如图6所示），即主轴侧下沉，这样第一导致了当焊机主轴插入尾座时与尾座上的导向罩轴承发生严重的挤压现象，严重磨损了主轴表面，破坏了焊机精度，第二就是导致在非焊接状态下测量不能得到焊机在焊接状态下主轴与尾座之间真实的同轴情况，用这种状态的测量数据调整焊机主轴与尾座之间的同轴度将很容易导致焊接零件的同轴度超差。非焊接状态下的主轴和尾座之间同轴度测量是指在主轴侧安放1个三角支架，在支架上安装百分表，随着主轴的转动表针测量尾座上的相关基准面的径跳值（如图6所示），用这样的方法来检查同轴度势必将主轴倾斜的偏差带到两者之间的同轴度数值中来。如图8所示，假设尾座自身跳动为零的状态下，如果在图中“0”点处把表调零，那么主轴带动百分表旋转180°后由于主轴下沉的影响在180°的位置处百分表的跳动为ΔL，这个ΔL就是由于主轴下沉导致的主轴中心线与尾座中心线之间的差值，下沉越大，ΔL越大；如果以这种状态进行主轴与尾座之间的精度调整，比如说尾座与主轴同轴度调整为“0”对“0”，那么实际上两者之间还存在着ΔL/2的径向偏差，所焊接出来的零件的径向同轴度很有可能跳动值为ΔL/2，而在实际生产中我们也曾验证了上述情况是真实存在的，比如调整为“0”对“0”时焊件焊后同轴度为0.25mm左右。已经属于严重超差（要求在0.1mm以内）。这些都证明在非焊接状态下将主轴与尾座调整成“0”对“0”的状态是不能焊接出合格产品的。

而焊机处于焊接状态（顶锻状态）时，即主轴套入尾座导向罩中时（如图7所示）尾座侧在295.7MPa焊接压力的作用下将主轴牢牢地顶正了，使主轴下沉现象消失，ΔL偏差情况也消失，此时主轴与尾座之间的柜对位置处于直线平行状态，所以说在焊接压力作用下才是主轴与尾座之间真实的位置状态，这与非焊接状态时（主轴尾座分离）的主轴与尾座之间的相对位置状态是不一致的，这就使在非焊接状态下使用上述三角表架方法迸行的同轴度测量和调整并没有真正反映出焊接状态时主轴和尾座之间的真正的相对位置。本发明要解决的问题就是得到在焊接压力作用下主轴与尾座之间真实的同轴度状态的数据，以便利用该数据进行焊机主轴侧与尾座侧之间的同轴度精度的调整，减少使用试验件进行多件次的摸索，降低正式件焊前480B惯性摩擦焊机的调整费用，缩短调整时间。

人们迫切希望获得一种技术效果优良的摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果优良的摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法。

本发明一种摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法，其特征在于：由于480B摩擦焊机导向罩与主轴属于过渡配合，允许的最大过盈量为0.0254mm，且直径达876.3mm的主轴自身径向跳动仅为0.03mm，所以我们可以在焊机主轴与尾座处于焊接压力作用下的顶锻时间内（120秒）时松开导向罩螺栓，巧妙地利用导向罩与主轴在顶锻状态下同心的原理，通过导向罩这个“印章”将主轴侧相对尾座侧的位置对正“印”在尾座侧上，这样就得到了在焊接顶锻状态下主轴与尾座之间真实的同轴度状态；

在得到上述状态下的主轴与尾座间同轴情况数据的条件下再进行尾座位置相对主轴的调解，虽然在非焊接顶锻状态下不同心，但是其实两者在焊接状态下己经基本同心了，在此状态下进行零件摩擦焊接，满足零件焊接跳动为0.1mm的技术要求。

所述摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法的具体操作步骤及内容要求如下：

首先将尾座侧导向罩固定螺丝拧松，然后开动机床，将尾座侧向前移动，使主轴侧套入尾座螺丝已经被拧松的导向罩中，这样在顶紧过程中由于拧紧螺钉已经松开，且导向罩轴承与主轴之间的最大过盈量达0.0254mm，所以导向罩与主轴在这样的条件下认为是绝对同心的，并且导向罩可以与主轴一起在顶撞的条件下按主轴的真实位移量一起进行移动；这样就好像主轴是一个图章，而尾座是一张白纸，导向罩是“印”在白纸上的一个印张，即主轴通过导向罩在尾座上“印”了一个“印章”，这样主轴与尾座之间在焊接顶撞状态下的真实相对位置情况记录下来；

然后在上述状态下进行零件的顶撞试验；在进行顶撞试验的过程中迅速使用六方扳手将固定导向罩的螺丝拧紧，重复进行3次零件碰撞试验，在此期间继续进行固定导向罩螺丝的拧紧工作，以稳定导向罩和主轴的相对状态；最好开动机床，将导向罩与主轴侧分开，使焊机处于非焊接状态，这样就实现了借助导向罩的跳动值真实地反映出主轴侧与尾座侧之间的同轴度关系的目的。

然后通过使导向罩位置相对不变的基础上单独调整尾座侧相对主轴的径向位置，使尾座在8点方向上的跳动值与导向罩保持一致；使用三角架并安装百分表对导向罩内径径跳值和尾座侧基准面径跳值分别进行打表测量，并且各自记录3-20个方向上的跳动量，其中这时的导向罩内径3-20点跳动值就是主轴相对尾座的真实位置；如果导向罩的3-20点径跳值如图5所示，那么在图中我们看到导向罩最下方的内径径跳值读数为“+0.14mm”，根据图8所示的偏差计算公式：L₁-L₁=L₂-L₂=ΔL可知，尾座要想和主轴真正同心需要在顶部是零点的情况下将其尾座测量面也调整到相应读数对应的数值“+0.14mm”，而尾座测量面的左右方位也像图5所示的那样分别调整为“+0.1mm”和“+0.03mm”；最后将刚才与尾座调整时一起移动的导向罩单独调整回图5中所示的原始位置状态即可。

这样就完成了惯性摩擦焊机在真实情况下（模拟焊接环境条件下）主轴与尾座之间同轴度精度的调解工作，而不是在非焊接环境条件情况下单纯使用打表测量的方法所获得的不是真实情况的同轴度数据。即使这样的同轴度数据在非焊接顶撞状态下不是同心的，也没有关系。

本发明涉及焊接连接技术，特别针对大型惯性摩擦焊机的主轴侧与尾座侧同轴度调整的方式，主要应用于航空发动机压气机转子组合件及鼓筒类零件的摩擦焊接，解决了GH合金材料焊接时由于主轴飞轮配重过大导致的在非焊接状态下的跳动实测值并不是主轴与尾座之间真实的状态的技术瓶颈，可在同类零件中推广使用，在新一代航空发动机、动力燃机系列中具有广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为零件在顶锻位置时的示意图；

图2为主轴和尾座在测量时的示意图；

图3为尾座侧正视示意图；

图4为480B惯性焊机示意图；

图5为导向罩或零件内径8点测量举例图；

图6为非焊接状态下主轴在飞轮重量的作用下下沉示意图；

图7为焊接状态下主轴套入导向罩后在焊接顶锻时下沉现象消除示意图；

图8为偏差计算公式原理图示意图。

具体实施方式

附图中各个附图表及含义如下：

主轴侧1、尾座侧2、导向罩3、主轴件4、尾座件5、尾座测量面6、导向罩测量面7；表架和表21；导向罩斜铁31，尾座斜铁22，内六方螺栓81；工件22，导向轴承41，百分表23，飞轮24；尾座中心线25，主轴中心线11。

实施例1

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

1、这是一种用于进行摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的专用方法，按图3所示首先将内六方螺栓4和导向罩斜铁8螺栓拧松后；按图1所示尾座侧2通过导向罩3与主轴侧1套在一起；在己经安装零件的前提下，进行3次焊机焊接零件时所用焊接压力的顶撞试验。

2、按图2和图3所示，在顶撞过程中拧紧内六方螺栓4；然后驱动尾座侧2与主轴侧1分开后保持适当距离后继续拧紧内六方螺栓4，在主轴侧1端面上安装上表架和表6后旋转主轴侧1对尾座侧2上的尾座测量面5内径和导向罩3内径分别进行跳动测量8点方向，并记录实际值，如图5所示。

3、在进行完尾座测量面5和导向罩3的内径测量之后，遵照导向罩3的测量结果，通过尾座斜铁7配合表架和表6打表测量进行尾座侧2与主轴侧D的同轴度调整，使尾座测量面5内径8点方向径向跳动值与记录的导向罩3内径实测跳动数值一致8点方向，如图5所示。然后松开内六方螺栓4配合表架和表6将导向罩内径跳动值调整至原先的记录的实测量8点方向，如图5所示，最后拧紧导向罩斜铁8螺栓，如图2所示。

使用本实施例所述方法可以有效降低大型惯性摩擦焊机焊接正式件之前进行的焊机精度调整工作的时间和试验件焊接费用，其中仅节省试验件毛料费用每年就达到120万元以上。而且提高了鼓筒类零件的制造质量，不仅解决零件同轴度技术条件保证困难的技术瓶颈，而且有效减少了因同轴度以及动平衡量的不合格而产生的昂贵的废品损失和高的呈报率，取得了良好经济效益并可适用于系列产品上，扩大使用需求，会创造出巨大的经济效益和军事效益。

实施例2

一种摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法，由于480B摩擦焊机导向罩与主轴属于过渡配合，允许的最大过盈量为0.0254mm，且直径达876.3mm的主轴自身径向跳动仅为0.03mm，所以我们可以在焊机主轴与尾座处于焊接压力作用下的顶锻时间内（120秒）时松开导向罩螺栓，巧妙地利用导向罩与主轴在顶锻状态下同心的原理，通过导向罩这个“印章”将主轴侧相对尾座侧的位置对正“印”在尾座侧上，这样就得到了在焊接顶锻状态下主轴与尾座之间真实的同轴度状态；

在得到上述状态下的主轴与尾座间同轴情况数据的条件下再进行尾座位置相对主轴的调解，虽然在非焊接顶锻状态下不同心，但是其实两者在焊接状态下己经基本同心了，在此状态下进行零件摩擦焊接，满足零件焊接跳动为0.1mm的技术要求。

所述摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法的具体操作步骤及内容要求如下：

首先将尾座侧导向罩固定螺丝拧松，然后开动机床，将尾座侧向前移动，使主轴侧套入尾座螺丝已经被拧松的导向罩中，这样在顶紧过程中由于拧紧螺钉已经松开，且导向罩轴承与主轴之间的最大过盈量达0.0254mm，所以导向罩与主轴在这样的条仵下认为是绝对同心的，并且导向罩可以与主轴一起在顶撞的条件下按主轴的真实位移量一起进行移动；这样就好像主轴是一个图章，而尾座是一张白纸，导向罩是“印”在白纸上的一个印张，即主轴通过导向罩在尾座上“印”了一个“印章”，这样主轴与尾座之间在焊接顶撞状态下的真实相对位置情况记录下来；

然后在上述状态下进行零件的顶撞试验；在进行顶撞试验的过程中迅速使用六方扳手将固定导向罩的螺丝拧紧，重复进行3次零件碰撞试验，在此期间继续进行固定导向罩螺丝的拧紧工作，以稳定导向罩和主轴的相对状态；最好开动机床，将导向罩与主轴侧分开，使焊机处于非焊接状态，这样就实现了借助导向罩的跳动值真实地反映出主轴侧与尾座侧之间的同轴度关系的目的。

然后通过使导向罩位置相对不变的基础上单独调整尾座侧相对主轴的径向位置，使尾座在8点方向上的跳动值与导向罩保持一致；使用三角架并安装百分表对导向罩内径径跳值和尾座侧基准面径跳值分别进行打表测量，并且各自记录3-20个方向上的跳动量，其中这时的导向罩内径3-20点跳动值就是主轴相对尾座的真实位置；如果导向罩的3-20点径跳值如图5所示，那么在图中我们看到导向罩最下方的内径径跳值读数为“+0.14mm”，根据图8所示的偏差计算公式：L₁-L₁=L₂-L₂=ΔL可知，尾座要想和主轴真正同心需要在顶部是零点的情况下将其尾座测量面也调整到相应读数对应的数值“+0.14mm”，而尾座测量面的左右方位也像图5所示的那样分别调整为“+0.1mm”和“+0.03mm”；最后将刚才与尾座调整时一起移动的导向罩单独调整回图5中所示的原始位置状态即可。

这样就完成了惯性摩擦焊机在真实情况下（模拟焊接环境条件下）主轴与尾座之间同轴度精度的调解工作，而不是在非焊接环境条件情况下单纯使用打表测量的方法所获得的不是真实情况的同轴度数据。即使这样的同轴度数据在非焊接顶撞状态下不是同心的，也没有关系。

本实施例涉及焊接连接技术，特别针对大型惯性摩擦焊机的主轴侧与尾座侧同轴度调整的方式，主要应用于航空发动机压气机转子组合件及鼓筒类零件的摩擦焊接，解决了GH合金材料焊接时由于主轴飞轮配重过大导致的在非焊接状态下的跳动实测值并不是主轴与尾座之间真实的状态的技术瓶颈，可在同类零件中推广使用，在新一代航空发动机、动力燃机系列中具有广阔的应用前景。

Claims (1)

1.摩擦焊机主轴侧与尾座侧同轴度精度调整的方法，其特征在于：由于摩擦焊机导向罩与主轴属于过渡配合，允许的最大过盈量为0.0254mm，且直径达876.3mm的主轴自身径向跳动仅为0.03mm，所以在焊机主轴与尾座处于焊接压力作用下的顶锻时间内时松开导向罩螺栓，利用导向罩与主轴在顶锻状态下同心的原理，通过导向罩将主轴侧相对尾座侧的位置对正在尾座侧上，这样就得到了在焊接顶锻状态下主轴与尾座之间真实的同轴度状态；

在得到上述状态下的主轴与尾座间同轴情况数据的条件下再进行尾座位置相对主轴的调解，在此状态下进行零件摩擦焊接，满足零件焊接跳动为0.1mm的技术要求；

首先将尾座侧导向罩固定螺丝拧松，然后开动机床，将尾座侧向前移动，使主轴侧套入尾座螺丝已经被拧松的导向罩中，这样在顶紧过程中由于拧紧螺钉已经松开，且导向罩轴承与主轴之间的最大过盈量达0.0254mm，所以导向罩与主轴在这样的条仵下认为是绝对同心的，并且导向罩可以与主轴一起在顶撞的条件下按主轴的真实位移量一起进行移动；这样主轴与尾座之间在焊接顶撞状态下的真实相对位置情况记录下来；

然后在上述状态下进行零件的顶撞试验；在进行顶撞试验的过程中使用六方扳手将固定导向罩的螺丝拧紧，重复进行3次零件碰撞试验，在此期间继续进行固定导向罩螺丝的拧紧工作，以稳定导向罩和主轴的相对状态；

然后通过使导向罩位置相对不变的基础上单独调整尾座侧相对主轴的径向位置，使尾座在8点方向上的跳动值与导向罩保持―致；对导向罩内径径跳值和尾座侧基准面径跳值分别进行测量，并且各自记录3-20个方向上的跳动量，其中这时的导向罩内径3-20点跳动值就是主轴相对尾座的真实位置；根据偏差计算公式:L₁-L₁’＝L₂-L₂’＝△L可知，尾座要想和主轴真正同心需要在顶部是零点的情况下将其尾座测量面也调整到相应读数对应的数值；最后将刚才与尾座调整时一起移动的导向罩单独调整回原始位置状态即可。