CN109249130A - 一种铣刀刀盘焊接工装及应用该工装的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种铣刀刀盘焊接工装及应用该工装的焊接方,涉及铣刀刀盘焊接技术领域,解决了铣刀刀盘在焊接过程中,一定会产生焊接变形。焊接变形使焊件的形状改变、尺寸精度降低的问题,具体刀盘主体;刀盘外环固定套设在刀盘主体上,预紧环通过若干组螺纹连接件与刀盘外环连接,预紧环还通过螺钉固定在基座上,刀盘主体上加工有若干组刀槽,每组刀槽内均设置有一组刀盘定位夹紧装置,刀盘定位夹紧装置固定设置在基座上;本发明通过在刀盘主体上的每个刀槽内设置定位夹紧装置,在焊接过程中,完成对刀槽壁的定位夹紧,保证其在焊接过程不出现焊接变形,并通过调节定位夹紧装置保证在焊接过程中随时控制焊接变形,解决焊接变形不可控制的问题。

Description

一种铣刀刀盘焊接工装及应用该工装的焊接方法
技术领域
本发明涉及铣刀焊接技术领域,尤其涉及一种铣刀刀盘焊接工装及应用该工装的焊接方法。
背景技术
铣刀,是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具;工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等;
铣刀刀盘在焊接过程中,一定会产生焊接变形。焊接变形使焊件的形状改变、尺寸精度降低;在焊接结构的生产中,降低焊接变形是非常重要的。虽然人们已经探索了多种减小焊接变形的方法,但传统方法往往是在焊接完成之后单独进行,以致成本高,效率低;而新近发展起来的方法虽有在焊接过程中进行,却未能针对焊接压缩塑性变形的大小与分布特点而采取措施,以致很难有效地减小焊接变形。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足,提供了一种铣刀刀盘焊接工装及应用该工装的焊接方法。本发明通过在刀盘主体上的每个刀槽内设置定位夹紧装置,在焊接过程中,完成对刀槽壁的定位夹紧,保证其在焊接过程不出现焊接变形,并通过调节定位夹紧装置保证在焊接过程中随时控制焊接变形,解决焊接变形不可控制的问题。
本发明的技术方案:
一种铣刀刀盘焊接工装,包括刀盘主体、刀盘外环、基座、预紧环和刀盘定位夹紧装置;所述刀盘外环固定套设在刀盘主体上,所述预紧环通过若干组螺纹连接件与所述刀盘外环连接,预紧环外侧壁上周向加工有若干组螺纹孔,螺纹孔的位置和数量与刀盘外环外侧端面上的螺纹孔相匹配,所述预紧环还通过螺钉固定在所述基座上,所述刀盘主体上加工有若干组刀槽,每组刀槽内均设置有一组刀盘定位夹紧装置,所述刀盘定位夹紧装置固定设置在所述基座上。
进一步的,所述刀盘定位夹紧装置包括夹紧移动块、燕尾槽、十字导轨块和锁紧螺钉,所述燕尾槽设置所述刀槽内,所述燕尾槽的两侧端面分别与刀槽的两个内侧壁贴合,所述燕尾槽设置在十字导轨块上,所述十字导轨上方设置夹紧移动块,所述夹紧移动块设置在燕尾槽上端的移动凹槽内,所述夹紧移动块和十字导轨块均通过一组锁紧螺钉设置在基座上。
一种等高齿弧锥齿轮铣刀盘焊接定位夹紧装置的焊接方法,该方法包括如下步骤:
步骤a:刀盘焊接顺序的确定:根据焊接温度场理论对焊接铣刀盘上温度分布情况和焊接温度叠加原理进行理论建模分析,通过数学建模获得优化焊点位置的数学模型,并根据建模分析温度分布情况,确定焊点位置,获得最优的刀盘焊接排序;
本次焊接属于间歇式多次连续焊接,焊接连续热源作用下温度场函数:
T:工件上某点的瞬时温度;
x,y,z:为工件上某点的坐标
t:一次连续热源作用时间;
Δt:焊接间隔时间;
vx,vy,vz:焊接速度v在x,y,z方向上的分速度;
q:焊接功率;
λ:导热系数;(w/mm c);
α:热扩散率;(mm2/s);
α=λ/cρ;
c:比热容;(J/g℃);
ρ:密度;(g/mm3);
由于在整个焊接过程中,热物理常数不随温度而改变;焊接的初始温度分布均匀,忽略相变潜热;热源集中作用在工件上是按照点状、线状;由于在本次连续热源焊接时,热源移动速度较快,焊接间隔时间较长;Δt>>t;焊接时所有的焊缝均在同一面上,且z方向上的热功率为q/h;
上式可简化为:
(x1,y1)为第一条焊缝中点坐标;
上式积分,并求一次偏导,有:
当x=0;y=0时
根据焊接工件上某点的瞬时温度T(x,y,t)可得:
焊接温度在(0,0)处温度最高;焊接温度在R2的值最大处,焊接的温度最低,焊接影响越小。由于本次焊接的工件为盘状(直径为2R),故得到第二点(D2)的焊接位置为(2R,0);由于确定第一点(D1)和第二点(D2)的位置,根据D1和D2在刀盘上的热量分布情况来确定第三点的位置(D3)
根据焊接热量叠加原理,获得基于已焊点,工件上的温度分布为:
T0::基于已焊焊点,刀盘上某点瞬时温度;
(x1,y1):第一条焊缝中点坐标;
(x2,y2):第二条焊缝中点坐标;
令:
二次偏导,有:
把x=x3;y=y3带入上列各式得:
可得:ac-b2>0;
根据以上公式可以确定D1和D2的热量叠加影响在:x方向上(0,2R);y方向上(-R,R)内有最小值。
由于刀盘为盘形,故可以根据圆形计算公式:
(x-R)2+y2=R2
fx(x,y),fy(x,y):为对应第三点的焊接位置数学模型;
依据上述数学模型,推算下一点的坐标D3(x3,y3),并且根据温升最低点作为下一焊点最优选择位置;所以把D3点作为第三点进行焊接。
根据上述理论分析,获得优化的焊接排序:
表1
步骤b:刀盘的装配:把刀盘主体和刀盘外环,在基座上进行准确装配;通过螺纹连接件将预紧环与刀盘外环固定后,将预紧环固定在基座上,装配完成后,刀盘主体上的每个刀槽内分别设置刀盘定位夹紧装置,使用刀盘定位夹紧装置对装配后的刀盘主体的各个刀槽位置进行装载;
步骤c:刀盘的焊接:通过步骤a中获得的刀盘焊接顺序,对完成装配的刀盘进行焊接,焊接过程中,通过调节锁紧螺钉,带动夹紧移动块向下运动,通过夹紧移动快的向下运动,驱动燕尾槽沿十字导轨块向两侧运动,由于燕尾槽的两侧端面分别与刀槽的两个内侧壁贴合,完成的刀槽壁的夹紧固定,防止刀槽壁在焊接过程中变形;根据已经获得的优化焊接排序进行装夹后刀盘焊接;
焊接顺序如下表所示:
表1
本次焊接采用扩散冷却射频激励CO2激光加工,选用的保护气体是氩气;氩气是惰性气体,在高温环境下不会与别的物质进行化学反应,而且比空气大,不溶于液态金属,所以在焊接时氩气能够很好的覆盖在焊接件的表面,用于保护焊缝防止焊缝处的液态金属与空气中的物质发生反应降低焊缝的性能。氩气能够有效的减小飞溅、细化溶滴,能够有效的防止焊缝中产生裂纹,在改善焊缝成型质量等方面有独特的效果;焊接过程中常常遇到各种情况,工件上可能有数个热源同时作用,也可能先后作用或者断续作用,对于这种情况,某一点的温度变化可像单独热源作用那样分布求解,然后在进行叠加。
假设有若干个不相干的独立热源作用在同与焊件上,则焊件上某一点的温度等于各独立热源岁该点产生温度的总和,即
其中:ri:-第i个热源与计算点之间的距离;
ti:—第i个热源相应的传热时间。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果:
本发明在等高齿弧锥齿轮铣刀盘在焊接时,由于温度高、瞬时、分布集中及速度较快等特点,在焊接过程中对刀盘的每个焊缝进行焊接;在焊缝过程中焊接温度场向周围传导,焊接温度与相变变形有直接关系,导致焊接接头局部产生不协调的变形。焊接变形不但能影响结构的加工精度,还会影响刀盘结构的承载能力,甚至若是产生焊接变形较大的刀盘结构,则该刀盘无法使用,作为报废,从而造成较大的损失,这种情况在工程中应当避免。在焊接过程中焊接深度,直接影响焊缝的承载能力;焊缝的深度与焊接能量有非线性函数关系,直接影响刀槽的形变量,各个因素之间是相互制约相互依存的;所以在焊接过程中通过改变焊接的方法也是控制变形的方法之一;所以考虑到焊接热传导以及热弹塑性理论,尽量减少热传递带来的影响;
本发明通过设计刀盘定位夹紧装置来减小焊接过程中产生的塑性应变,对塑性应变控制。
本发明通过在刀盘主体上的每个刀槽内设置定位夹紧装置,在焊接过程中,完成对刀槽壁的定位夹紧,保证其在焊接过程不出现焊接变形,并通过调节定位夹紧装置保证在焊接过程中随时控制焊接变形,解决焊接变形不可控制的问题。
附图说明
图1是本发明的铣刀刀盘焊接工装结构示意图;
图2是本发明的铣刀刀盘焊接工装中刀盘定位夹紧装置的结构示意图。
图中1-刀盘主体;2-刀盘外环;3-刀盘定位夹紧装置;4-预紧环;5-基座;311-夹紧移动块;312-燕尾槽;313-十字导轨块;314-锁紧螺钉。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
结合图1-图2所示,本实施例公开的一种铣刀刀盘焊接工装,包括刀盘主体1、刀盘外环2、基座5、预紧环4和刀盘定位夹紧装置3;所述刀盘外环2固定套设在刀盘主体1上,所述预紧环4通过若干组螺纹连接件与所述刀盘外环2连接,所述预紧环4还通过螺钉固定在所述基座5上,所述刀盘主体1上加工有若干组刀槽,每组刀槽内均设置有一组刀盘定位夹紧装置3,所述刀盘定位夹紧装置3固定设置在所述基座5上。
具体的,所述刀盘定位夹紧装置3包括夹紧移动块311、燕尾槽312、十字导轨块313和锁紧螺钉314,所述燕尾槽312设置所述刀槽内,燕尾槽为对称分体设置,所述燕尾槽312的两侧端面分别与刀槽的两个内侧壁贴合,燕尾槽为对称分体设置,所述燕尾槽312设置在十字导轨块313的横向导轨上,夹紧移动块所述十字导轨竖向导轨上,燕尾槽的两部分能够沿着导轨移动,夹紧移动块也能沿着竖向导轨移动,所述夹紧移动块311设置在燕尾槽312上端的移动凹槽内,所述夹紧移动块311和十字导轨块313均通过一组锁紧螺钉314设置在基座5上。
一种等高齿弧锥齿轮铣刀盘焊接定位夹紧装置的焊接方法,该方法包括如下步骤:
步骤a:刀盘焊接顺序的确定:根据焊接温度场理论对焊接铣刀盘上温度分布情况和焊接温度叠加原理进行理论建模分析,通过数学建模获得优化焊点位置的数学模型,并根据建模分析温度分布情况,确定焊点位置,获得最优的刀盘焊接排序;
本次焊接属于间歇式多次连续焊接,焊接连续热源作用下温度场函数:
其中:T:工件上某点的瞬时温度;
x,y,z:为工件上某点的坐标
t:一次连续热源作用时间;
Δt:焊接间隔时间;
vx,vy,vz:焊接速度v在x,y,z方向上的分速度;
q:焊接功率;
λ:导热系数;(w/mm c);
α:热扩散率;(mm2/s);
α=λ/cρ;
c:比热容;(J/g℃);
ρ:密度;(g/mm3)。
由于在整个焊接过程中,热物理常数不随温度而改变;焊接的初始温度分布均匀,忽略相变潜热;热源集中作用在工件上是按照点状、线状;由于在本次连续热源焊接时,热源移动速度较快,焊接间隔时间较长;Δt>>t;焊接时所有的焊缝均在同一面上,且z方向上的热功率为q/h;
上式可简化为:
(x1,y1)为第一条焊缝中点坐标;
上式积分,并求一次偏导,有:
当x=0,y=0时
根据焊接工件上某点的瞬时温度T(x,y,t)可得:
焊接温度在(0,0)处温度最高;焊接温度在R2的值最大处,焊接的温度最低,焊接影响越小。由于本次焊接的工件为盘状(直径为2R),故得到第二点(D2)的焊接位置为(2R,0);由于确定第一点(D1)和第二点(D2)的位置,根据D1和D2在刀盘上的热量分布情况来确定第三点的位置(D3)
根据焊接热量叠加原理,获得基于已焊点,工件上的温度分布为:
T0:::基于已焊焊点,刀盘上某点瞬时温度;
(x1,y1):第一条焊缝中点坐标;
(x2,y2):第二条焊缝中点坐标;
令:
二次偏导,有:
把x=x3;y=y3带入上列各式得:
可得:ac-b2>0;
根据以上公式可以确定D1和D2的热量叠加影响在:x方向上(0,2R),y方向上(-R,R)内有最小值。
由于刀盘为盘形,故可以根据圆形计算公式:
(x-R)2+y2=R2
fx(x,y),fy(x,y):为对应第三点的焊接位置数学模型;
依据上述数学模型,推算下一点的坐标D3(x3,y3),并且根据温升最低点作为下一焊点最优选择位置;所以把D3点作为第三点进行焊接。
根据上述理论分析,获得优化的焊接排序:
表1
步骤b:刀盘的装配:把刀盘主体1和刀盘外环2,在基座5上进行准确装配;通过螺纹连接件将预紧环4与刀盘外环2固定后,将预紧环4固定在基座5上,装配完成后,刀盘主体1上的每个刀槽内分别设置刀盘定位夹紧装置3,使用刀盘定位夹紧装置3对装配后的刀盘主体1的各个刀槽位置进行装载;
步骤c:刀盘的焊接:通过步骤a中获得的刀盘焊接顺序,对完成装配的刀盘进行焊接,焊接过程中,通过调节锁紧螺钉314,带动夹紧移动块311向下运动,通过夹紧移动快的向下运动,驱动燕尾槽312沿十字导轨块313向两侧运动,由于燕尾槽312的两侧端面分别与刀槽的两个内侧壁贴合,完成的刀槽壁的夹紧固定,防止刀槽壁在焊接过程中变形。
焊接顺序如下表所示:
表1
本次焊接采用扩散冷却射频激励CO2激光加工,选用的保护气体是氩气;氩气是惰性气体,在高温环境下不会与别的物质进行化学反应,而且比空气大,不溶于液态金属,所以在焊接时氩气能够很好的覆盖在焊接件的表面,用于保护焊缝防止焊缝处的液态金属与空气中的物质发生反应降低焊缝的性能。氩气能够有效的减小飞溅、细化溶滴,能够有效的防止焊缝中产生裂纹,在改善焊缝成型质量等方面有独特的效果;焊接过程中常常遇到各种情况,工件上可能有数个热源同时作用,也可能先后作用或者断续作用,对于这种情况,某一点的温度变化可像单独热源作用那样分布求解,然后在进行叠加。
假设有若干个不相干的独立热源作用在同与焊件上,则焊件上某一点的温度等于各独立热源岁该点产生温度的总和,即
其中:ri:-第i个热源与计算点之间的距离;
ti:—第i个热源相应的传热时间。
根据以上焊接次序进行实验仿真,并得到相关数据
根据变形检测仪检测:
表2.未使用此方法焊接得到形变量
表2.使用此方法得到的形变量
以上数据表明本方法及装置在减小焊接变形和焊接应力上具有明显的效果。
以上实施例只是对本专利的示例性说明,并不限定它的保护范围,本领域技术人员还可以对其局部进行改变,只要没有超出本专利的精神实质,都在本专利的保护范围内。

Claims (3)

1.一种铣刀刀盘焊接工装,其特征在于:包括刀盘主体(1)、刀盘外环(2)、基座(5)、预紧环(4)和刀盘定位夹紧装置(3);所述刀盘外环(2)固定套设在刀盘主体(1)上,所述预紧环(4)通过若干组螺纹连接件与所述刀盘外环(2)连接,所述预紧环(4)还通过螺钉固定在所述基座(5)上,所述刀盘主体(1)上加工有若干组刀槽,每组刀槽内均设置有一组刀盘定位夹紧装置(3),所述刀盘定位夹紧装置(3)固定设置在所述基座(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种铣刀刀盘焊接工装,其特征在于,所述刀盘定位夹紧装置(3)包括夹紧移动块(311)、燕尾槽(312)、十字导轨块(313)和锁紧螺钉(314),所述燕尾槽(312)设置所述刀槽内,所述燕尾槽(312)的两侧端面分别与刀槽的两个内侧壁贴合,所述燕尾槽(312)设置在十字导轨块(313)上,所述十字导轨上方设置夹紧移动块(311),所述夹紧移动块(311)设置在燕尾槽(312)上端的移动凹槽内,所述夹紧移动块(311)和十字导轨块(313)均通过一组锁紧螺钉(314)设置在基座(5)上。
3.一种利用权利要求2所述的一种铣刀刀盘焊接工装的焊接方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤a:刀盘焊接顺序的确定:根据焊接温度场理论对焊接铣刀盘上温度分布情况和焊接温度叠加原理进行理论建模分析,通过数学建模获得优化焊点位置的数学模型,并根据建模分析温度分布情况,确定焊点位置,获得最优的刀盘焊接排序;
步骤b:刀盘的装配:把刀盘主体(1)和刀盘外环(2),在基座(5)上进行准确装配;通过螺纹连接件将预紧环(4)与刀盘外环(2)固定后,将预紧环(4)固定在基座(5)上,装配完成后,刀盘主体(1)上的每个刀槽内分别设置刀盘定位夹紧装置(3),使用刀盘定位夹紧装置(3)对装配后的刀盘主体(1)的各个刀槽位置进行装载;
步骤c:刀盘的焊接:通过步骤a中获得的刀盘焊接顺序,对完成装配的刀盘进行焊接,焊接过程中,通过调节锁紧螺钉(314),带动夹紧移动块(311)向下运动,通过夹紧移动快的向下运动,驱动燕尾槽(312)沿十字导轨块(313)向两侧运动,由于燕尾槽(312)的两侧端面分别与刀槽的两个内侧壁贴合,完成的刀槽壁的夹紧固定,防止刀槽壁在焊接过程中变形。
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