CN109202269A - 一种线性摩擦焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线性摩擦焊设备。该设备包括立柱、振动滑台、顶锻滑座、顶锻油缸以及平衡油缸，振动滑台可沿立柱线性移动，振动滑台上设有振动夹具，顶锻滑座上设有顶锻夹具，顶锻油缸用于产生顶锻力并传递至顶锻滑座，平衡油缸设在立柱和振动滑台之间，平衡油缸内的液压油可产生平衡力并作用于所说振动滑台，平衡力与顶锻力的方向相反。通过平衡油缸内的液压油产生平衡力并作用在振动滑台上，且该平衡力与顶锻力方向相反，能够减弱甚至消除振动滑台所受不平衡力导致的变形，从而提高了焊接精度。本发明的线性摩擦焊接设备结构精简紧凑，便于安装拆卸，不需要更换焊接设备也能满足针对不同大小的焊接面进行摩擦焊接，焊接效率高，适用范围广。

Description

一种线性摩擦焊接设备

技术领域

本发明涉及焊接设备领域，特别是涉及一种线性摩擦焊接设备。

背景技术

线性摩擦焊接(Linear Friction Welding)是近年来得到快速发展的一种焊接技术，主要应用于发动机整体叶盘和飞机框梁类工件的制造，其焊接原理是：在焊接压力作用下，振动焊件在垂直方向上高频振动，顶锻焊件在水平方向顶锻力的作用下与振动焊件端面接触，在接触面上发生高频摩擦产生热量，随着温度升高，接触面材料软化、变形，当磨擦表面达到粘塑性状态时，迅速停止振动摩擦，保证两个焊件振动方向对齐，并保持顶锻力一段时间，两个焊件就连接为一体，完成焊接过程。

线性摩擦焊接过程中，焊接面的法向上有一个很大的顶锻力：以钛合金材料的焊接为例，当焊接面积为1000mm²时，顶锻力约为70～100KN。随着焊接面积的增大，焊接载荷随之正比增大。当焊接面积为10000mm²时，顶锻力约为700～1000KN。

常用的摩擦焊接设备的结构中，顶锻力由顶锻油缸和顶锻活塞杆在液压系统提供的压力作用下产生。随着焊接面积的增大，顶锻力成比例增大，传递到振动滑台上引起的变形增大，导致焊接精度下降。通常的解决办法是换成刚度更大的振动滑台以及更大规格的导轨组件，这将导致设备的总质量大增，并且需要液压系统提供更大的激振力来实现振动部位的振动，从而导致液压系统庞大，成本显著增加。

因此，需要提供一种能自动平衡顶锻力的线性摩擦焊接设备。

发明内容

本发明实施例提供了一种线性摩擦焊接设备，该设备能够自动平衡施加在振动滑台上的顶锻力，解决了因顶锻力增大而导致振动滑台产生较大变形的问题，提高了焊接精度。

本发明的实施例提出了一种线性摩擦焊接设备，该设备包括立柱、振动滑台、顶锻滑座、顶锻油缸以及平衡油缸，振动滑台可沿立柱线性移动，振动滑台上设有振动夹具，顶锻滑座上设有顶锻夹具，顶锻油缸用于产生顶锻力并传递至顶锻滑座，平衡油缸设在立柱和振动滑台之间，平衡油缸内的液压油可产生平衡力并作用于所说振动滑台，平衡力与顶锻力的方向相反。

在第一种可能的实现方式中，平衡油缸的一端设有内孔腔，内孔腔用于容纳液压油，另一端为封闭基座，封闭基座与立柱可拆卸连接。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，内孔腔的腔口朝向振动滑台的端面，内孔腔的孔径与顶锻油缸的油腔内径相当。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，振动滑台的端面安装有平板，平板大于平衡油缸的缸体外径，用于封闭内孔腔的腔口。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，平板与平衡油缸的端面之间留有间隙，在平衡油缸的端面设有环形槽，环形槽内安装有密封元件，密封元件用于密封间隙，使平衡油缸的端面与平板之间密封。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，密封元件为弹性密封圈。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，还包括油管和调压阀，油管连通平衡油缸和顶锻油缸，所说调压阀设在油管上用于调节通向平衡油缸的液压油压力。

综上，本发明实施例的一种线性摩擦焊接设备，在立柱和振动滑台之间增设平衡油缸，通过平衡油缸内的液压油可产生平衡力并作用于振动滑台，由于该平衡力与顶锻油缸产生的顶锻力方向相反，该平衡力可以抵消传递至振动滑台上的顶锻力，以减弱甚至消除顶锻力作用在振动滑台上引起的变形，避免了对焊接精度的影响，通过平衡油缸产生的平衡力抵消顶锻力，进一步提高了设备的焊接精度，在不更换设备的情况下，能够适用于针对不同焊接面积所需的顶锻力和平衡力，操作便捷，节约了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的摩擦焊接设备结构的俯视示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是本发明实施例的线性摩擦焊接设备结构的俯视示意图。

图4是图3的B-B剖视图。

图5是图4的局部示意图。

图中：

1：立柱；2：振动滑台；3：振动夹具；4：振动焊件；5：顶锻夹具；6：顶锻焊件；7：过渡盘；8：顶锻活塞杆；9：顶锻油缸；10：顶锻滑座；11：床身；12：导轨；13：滑块；14：密封元件；15：平板；16：平衡油缸；17：油管；18：间隙；19：调压阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“前面”、“后面”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1和图2是现有技术的一种摩擦焊接设备的结构示意图。

如图1和图2所示，一般现有技术提供的摩擦焊接设备结构为：两根导轨12安装在4个滑块13上实现振动，振动夹具3安装在振动滑台2 上，振动焊件4安装在振动夹具3上；顶锻滑座10安装在床身11上，顶锻夹具5安装在顶锻滑座10上，顶锻焊件6安装在顶锻夹具5上，过渡盘7固定在顶锻夹具5上，顶锻油缸9固定，顶锻活塞杆8驱动顶锻焊件 6、顶锻夹具5、过渡盘7一起前后运动。

焊接过程中的顶锻力由顶锻油缸9和顶锻活塞杆8在液压系统提供的压力油作用下产生。顶锻力通过振动工件4作用在振动滑台2、滑块13、导轨12、立柱1等工件上，随着焊接面积的增大，顶锻力成比列增大，为了不影响焊接精度和效率，需要采用更大规格的导轨和滑块，并且还需要采用更大的振动滑台以减小引起的变形，这些零部件的质量增加会导致振动部件的总质量大增，需要液压系统提供更大的激振力实现振动部位的振动，从而导致液压系统庞大，成本显著增加。

图3和图4是本发明实施例的一种摩擦焊接设备的结构示意图。

如图所示，本发明是在图1所示摩擦焊接设备的基础上进行改进，该设备主要包括立柱1、振动滑台2、顶锻滑座10、顶锻油缸9以及平衡油缸16，其中，在振动滑台2上设有振动夹具3，振动滑台2可沿该立柱1 线性移动，在顶锻滑座10上设有顶锻夹具5，顶锻油缸9可在液压系统的控制下产生顶锻力并传递至顶锻滑座10，本发明的平衡油缸16设在立柱 1和振动滑台2之间，该平衡油缸16内的液压油可产生平衡力并作用在振动滑台2上，并且该平衡力与顶锻力的方向相反。

在具体焊接操作时，当顶锻力作用在顶锻焊件6上并传递至振动滑台 2，振动滑台2受力不平衡时会产生一定的变形，本发明的设备由于在立柱1和振动滑台2之间设置了平衡油缸16，在焊接过程中可产生与顶锻力方向相反的平衡力，通过平衡力减弱甚至消除振动平台2上不平衡的顶锻力，避免了振动滑台2的结构变形，从而提高了焊接精度，由平衡油缸产生的平衡力可控性高，能够平衡针对不同焊接面的相应顶锻力，且该设备结构精简，操作便捷，在使用中保障了各零部件的力学性能的稳定。

由图4可知，本发明摩擦焊接设备中平衡油缸16的一端设有内孔腔，该内孔腔用于容纳液压油，另一端为封闭基座，该封闭基座与立柱1 可拆卸连接。具体地，平衡油缸16采用一端开口另一端封闭的圆筒状结构，该封闭基座的外径大于缸体腔室的外径，可抵抗油压同时便于安装，实践中可根据安装的位置要求，在该基座上相应位置加工出安装孔，利用相匹配的连接紧固件等可实现与设备主体上的立柱1的可拆卸连接，便于拆装和维修更换。

该平衡油缸16的内孔腔的腔口朝向振动滑台2的端面，且内孔腔的孔径与顶锻油缸16的油腔内径相当。由力学的平衡原理可知，作用在物体上的两个相反力大小相等时，其合力为零，因此，在理想状态下，作用在振动滑台2上的方向相反的平衡力和顶锻力大小相等时，振动滑台2所受的合力为零，彻底消除了振动滑台2受不平衡力引起的变形。显然，当平衡力与顶锻力的大小越接近时，振动滑台2所受的变形越小，而在实践中，只要大小相当即可满足一定的焊接精度要求。

本发明实施例中振动滑台2的端面安装有平板15，平板15尺寸大于平衡油缸16的缸体外径，用于封闭内孔腔的腔口，通过在振动滑台2和平衡油缸16之间安装平板15，使油缸中产生的油压作用在该平板15上再传力至振动滑台2，能够避免振动滑台2的耗损并保持清洁，平板15尺寸大于缸体外径，能有效封闭平衡油缸16的腔口，避免液压油泄漏而受力不平衡。

结合图4和图5可知，在平板15与平衡油缸16的端面之间留有间隙 18，在平衡油缸16的端面设有环形槽，环形槽内安装有密封元件14，密封元件14用于密封该间隙18，使平衡油缸16的端面与平板15之间密封。通过在间隙18中安装密封元件14，能够避免平板15随振动滑台2运动时与平衡油缸16的缸体产生摩擦，具体地，采用弹性密封圈作密封元件具有一定的弹性和缓冲，更有利于减轻摩擦和有效密封。

本发明的摩擦焊接设备还包括油管17和调压阀19，该油管17连通平衡油缸16和顶锻油缸9，调压阀19设在油管17上用于调节通向平衡油缸 16的液压油压力。在具体的焊接操作中，由于随着焊接面积的增大，所需顶锻力也成倍的增大，根据实际焊接需求通过设备的液压系统可控制顶锻力大小。当顶锻力变化时，相应地，需要调节平衡油缸16中液压油产生的平衡力，本发明巧妙的在通向平衡油缸16的油管17上设置调压阀19，能够灵活调节通向平衡油缸16中的液压油压力，进而实现了灵活调节平衡力的大小，满足了对不同焊接面的顶锻力平衡的要求，具有广泛的适用性和可操作性，大大提高了焊接精度和效率，节约了生产成本。

综上所述，本发明的线性摩擦焊接设备，在立柱1和振动滑台2之间增设平衡油缸16，通过平衡油缸16内的液压油产生平衡力并作用在振动滑台2上，且该平衡力与顶锻力方向相反，能够减弱甚至消除振动滑台2 所受不平衡力导致的变形，从而提高了焊接精度。此外，针对不同焊接面的不同顶锻力，通过控制通入该平衡油缸16中液压油压力即可控制产生不同大小的平衡力，以平衡传递至振动滑台2上的顶锻力，有效消除了振动滑台2等零部件的变形，该设备结构精简紧凑，便于安装拆卸，焊接效率高，不需要更换焊接设备也能满足针对不同大小的焊接面进行摩擦焊接，适用范围广。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种线性摩擦焊接设备，其特征在于，包括立柱、振动滑台、顶锻滑座、顶锻油缸以及平衡油缸，所述振动滑台可沿所述立柱线性移动，所述振动滑台上设有振动夹具，所述顶锻滑座上设有顶锻夹具，所述顶锻油缸用于产生顶锻力并传递至所述顶锻滑座，所述平衡油缸设在所述立柱和所述振动滑台之间，所述平衡油缸内的液压油可产生平衡力并作用于所述振动滑台，所述平衡力与所述顶锻力的方向相反。

2.根据权利要求1所述的线性摩擦焊接设备，其特征在于，所述平衡油缸的一端设有内孔腔，所述内孔腔用于容纳液压油，另一端为封闭基座，所述封闭基座与所述立柱可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的线性摩擦焊接设备，其特征在于，所述内孔腔的腔口朝向所述振动滑台的端面，所述内孔腔的孔径与所述顶锻油缸的油腔内径相当。

4.根据权利要求3所述的线性摩擦焊接设备，其特征在于，所述振动滑台的端面安装有平板，所述平板大于所述平衡油缸的缸体外径，用于封闭所述内孔腔的腔口。

5.根据权利要求4所述的线性摩擦焊接设备，其特征在于，所述平板与所述平衡油缸的端面之间留有间隙，在所述平衡油缸的端面设有环形槽，所述环形槽内安装有密封元件，所述密封元件用于密封所述间隙，使所述平衡油缸的端面与所述平板之间密封。

6.根据权利要求5所述的线性摩擦焊接设备，其特征在于，所述密封元件为弹性密封圈。

7.根据权利要求1-6任一项所述的线性摩擦焊接设备，其特征在于，还包括油管和调压阀，所述油管连通所述平衡油缸和所述顶锻油缸，所说调压阀设在所述油管上用于调节通向所述平衡油缸的液压油压力。