CN109604810A - 一种搅拌摩擦焊机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搅拌摩擦焊机，包括主梁、纵梁、工作台、夹紧装置、预紧装置和搅拌装置，所述主梁的两端滑动安装于相间的两所述纵梁上；所述工作台位于两所述纵梁之间，且通过若干支柱支撑；所述搅拌装置和预紧装置安装于所述主梁上；所述工作台的两侧均安装有所述夹紧装置；所述夹紧装置包括立柱、传动机构、横梁和压紧机构。本发明实现了焊接工件的自动化夹装，能适用于焊接工件的不同尺寸，生产效率高，且在焊接前对焊接工件表面进行修正，提高焊接质量，延长搅拌头的使用寿命，同时能有效防止焊缝末端形成钥匙孔。

Description

一种搅拌摩擦焊机

技术领域

本发明涉及摩擦焊机技术领域，尤其是涉及一种搅拌摩擦焊机。

背景技术

摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。

搅拌摩擦焊是利用一种非耗损的特殊形状的搅拌头，旋转着插入被焊零件，然后沿着被焊零件的待焊界面向前移动，通过搅拌头对材料的搅拌、摩擦，使待焊材料加热至热塑性状态，在搅拌头高速旋转的带动下，处于塑性状态的材料环绕搅拌头由前向后转移，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压作用，在热-机联合作用下材料扩散连接形成致密的金属间固相连接。搅拌摩擦焊具有如下主要优点：1、焊接过程中也不需要其它焊接消耗材料，如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等，唯一消耗的是焊接搅拌头。2、与熔焊方法相比，搅拌摩擦焊过程没有飞溅、烟尘、以及弧光辐射等对人体的危害；焊接过程不需要电流、电压的参与，没有高的触电危险等。3、由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，因此焊接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多。

在国际上，搅拌摩擦焊已经经历了十多年的发展，在航空、航天、船舶、电力、能源、电子及家电等方面的工业化应用，取得了辉煌的成绩，并且正在进一步普及和日趋完善。在中国，搅拌摩擦焊的研究、开发及推广应用刚刚起步，在市场化的环境下，通过引进、吸收及技术创新，搅拌摩擦焊得到了快速发展，尤其在航空、航天兵器等竣工制造领域，在国家政策和项目的支持下，搅拌摩擦焊必将在我国其它工业领域得到较快的推广应用。面对中国在航空、航天、船舶铁路、能源等领域的远景规划和长远发展，以及潜在的巨大市场需求，搅拌摩擦焊在未来的3-5年内将迎来快速发展和应用的高峰。搅拌摩擦焊的推广应用将提升中国工业企业在铝合金、镁合金、铜合金、钛合金等轻合金金属材料的连接技术水平。并且将进一步增强中国工业产品国际竞争力。

搅拌摩擦焊机焊接时需要先将两焊接工件进行固定，以保证焊接的质量和焊缝的平整美观性，目前该种主要的固定方式有：一，将焊接工件固定在专用工装上，然后再将专用工装与搅拌摩擦焊机相对固定，此种固定方式需增加专用工装，成本高，且存在多次装夹，生产效率低，安装精度低。二、人工将焊接工件与摩擦焊机固定，且焊接工件不同尺寸的焊接需要准备不同的临时夹具和夹装方案，生产效率较低。同时在焊接过程中两待焊件工件与搅拌头轴肩接触的平面共面性差，使搅拌头承受一个附加力而使搅拌头过渡损坏，同时也会影响焊接质量。同时现搅拌摩擦焊焊接结束，将搅拌头提出工件时，焊缝末端形成一个键孔，并且难以对焊缝进行修补，称此缺陷为钥匙孔，如此会大大降低焊接质量。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种搅拌摩擦焊机，本发明实现了焊接工件的自动化夹装，能适用于焊接工件的不同尺寸，生产效率高，且在焊接前对焊接工件表面进行修正，提高焊接质量，延长搅拌头的使用寿命，同时能有效防止焊缝末端形成钥匙孔。

为了实现上述目的，本发明提供了一种搅拌摩擦焊机，包括主梁、纵梁、工作台、夹紧装置、预紧装置和搅拌装置，所述主梁的两端滑动安装于相间的两所述纵梁上；所述工作台位于两所述纵梁之间，且通过若干支柱支撑；所述搅拌装置和预紧装置安装于所述主梁上；所述工作台的两侧均安装有所述夹紧装置；

所述夹紧装置包括立柱、传动机构、横梁和压紧机构，所述立柱安装于所述工作台的侧面；所述传动机构包括电机、主动齿轮、从动齿轮、转轴和第一油缸；所述横梁底部沿其长度方向设有T型凹槽；所述转轴呈T型结构；所述电机安装于所述立柱的顶部；所述主动齿轮安装于所述电机的输出轴上；所述转轴的底部转动安装于所述立柱的顶部；所述从动齿轮安装于所述转轴上，且所述从动齿轮与所述主动齿轮相啮合；所述转轴的T型顶部安装于所述横梁一端的T型槽内；所述横梁一端的端部与所述第一油缸的活塞杆相连接；所述第一油缸的底部通过支撑柱转动安装于所述立柱的顶部；所述横梁另一端的底部与所述压紧机构相连接。

进一步地，所述压紧机构包括第二油缸和压块；所述第二油缸与所述横梁另一端的底部相连接；所述第二油缸的活塞杆与所述压块相连接。

进一步地，所述第一油缸为气缸或油缸。

进一步地，所述第二油缸为气缸或油缸。

进一步地，所述预紧装置包括安装座、弹簧、滚轮支架和滚轮，所述安装座的顶部与所述主梁相连接；所述安装座呈中空结构且底部设有与其中空内腔相连通的通孔；所述滚轮支架的顶部呈T型结构；所述滚轮支架通过其T型结构的顶部悬挂于所述安装座的底部；所述弹簧位于所述安装座的中空内腔内，且所述弹簧的一端顶住所述安装座中空内腔顶部的内壁，另一端顶住所述滚轮支架的顶部；所述滚轮支架的底部与所述滚轮转动连接。

进一步地，所述安装座的顶部通过座盖盖合。

进一步地，所述搅拌装置包括搅拌头，所述搅拌头包括搅拌针和壳体，所述搅拌针的顶部与所述主梁相连接；所述搅拌针的底部外套所述壳体；所述搅拌针与所述壳体转动连接，且所述搅拌针上设有轴肩；所述壳体的外表面设有环形凹槽；所述滚轮支架的顶部的一边向外延伸至插入所述壳体的环形凹槽内；所述搅拌针的底端呈锥螺纹结构，且相对于所述壳体能伸出。

进一步地，所述壳体顶部通过壳盖盖合。

本发明的有益效果：本发明通过夹紧装置实现了焊接工件的自动化夹紧，同时夹紧装置通过其上的传动机构，以根据焊接工件的不同尺寸调整压紧机构压紧焊接工件的位置，从而能适用于不同焊接工件尺寸的装夹，适用范围广，生产效率高。且本发明在预紧装置的作用下，对焊接工件进行焊前预紧和修正，减少搅拌头承受的附加力和焊接工件表面的偏差，大大提高了搅拌头的使用寿命和提高焊接质量。本发明实现了搅拌头的自动回抽功能，能有效防止在焊缝末端形成钥匙孔，大大提高工件焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明夹紧装置、工作台和焊接工件的装配示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明夹紧装置的结构示意图。

图4为图3的部分右视图。

图5为本发明预紧装置、搅拌装置、工作台、焊接工件和支柱的装配示意图。

图6为本发明预紧装置和搅拌装置的装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-6所示，本实施方式提供的一种搅拌摩擦焊机，包括主梁（图中未画出）、纵梁（图中未画出）、工作台1、夹紧装置2、预紧装置5和搅拌装置，所述主梁的两端滑动安装于相间的两所述纵梁上；所述工作台1位于两所述纵梁之间，且通过若干支柱4支撑；所述搅拌装置和预紧装置5安装于所述主梁上；所述工作台1的两侧均安装有所述夹紧装置2。其中主梁相对于纵梁移动，以带动主梁上的搅拌装置和预紧装置4由焊接工件3焊缝前端移动至焊缝末端，从而实现焊接。

本实施方式所述夹紧装置2包括立柱20、传动机构、横梁25和压紧机构，所述立柱20安装于所述工作台1的侧面；所述传动机构包括电机21、主动齿轮22、从动齿轮23、转轴24和第一油缸26；所述横梁25底部沿其长度方向设有T型凹槽；所述转轴24呈T型结构；所述电机21安装于所述立柱20的顶部；所述主动齿轮22安装于所述电机21的输出轴上；所述转轴24的底部转动安装于所述立柱20的顶部；所述从动齿轮23安装于所述转轴24上，且所述从动齿轮23与所述主动齿轮22相啮合；所述转轴24的T型顶部安装于所述横梁25一端的T型槽内；所述横梁25一端的端部与所述第一油缸26的活塞杆相连接；所述第一油缸26的底部通过支撑柱27转动安装于所述立柱20的顶部；所述横梁25另一端的底部与所述压紧机构相连接。本实施方式中转轴24的底部和支撑柱27的底部均通过轴承与立柱20顶部转动连接，此为现有常规技术，故不做过多赘述。其中支撑柱27顶部上设有与第一油缸26上螺栓孔位置相对的螺纹孔，从而实现支撑柱27与第一油缸26的螺栓或螺钉连接。电机21通过其上固有的螺栓孔通过螺栓或螺钉安装于立柱20顶部的螺纹孔处。第一油缸26r活塞杆的端部焊接法兰，法兰上设有螺栓孔，横梁25一端端部设有与法兰螺栓孔位置相对的螺纹孔，从而实现法兰与第一油缸26的螺栓或螺钉连接。

本实施方式通过夹紧装置2实现了焊接工件3的自动化夹紧，同时夹紧装置通过其上的传动机构，以根据焊接工件3的不同尺寸调整压紧机构压紧焊接工件3的位置，从而能适用于不同焊接工件3尺寸的装夹，适用范围广，生产效率高。具体地，通过电机21带动主动齿轮22转动，以带动从动齿轮23转动，从而带动转轴24转动，在转轴24的T型顶部作用下，横梁25与转轴24一同旋转，从而实现压紧机构的旋转。通过第一油缸26的伸缩，横梁25伸出或缩进，以实现长度调节，且在横梁25的T型槽和转轴24的T型结构作用下，横梁25相对于转轴24移动，因此本实施方式结构设计灵活，调节方便。

本实施方式中所述压紧机构包括第二油缸28和压块29；所述第二油缸28与所述横梁25另一端的底部相连接；所述第二油缸28的活塞杆与所述压块29相连接。通过第一油缸28带动压块29上下移动，以实现压块29压紧焊接工件3，以及压块29相对于焊接工件3的松脱，操作方便。其中第二油缸28通过其上固有的螺纹孔与横梁25另一端底部的螺纹孔螺栓或螺钉连接。第二油缸28活塞杆的端部焊接法兰，法兰上设有螺栓孔，横梁28另一端底部设有与法兰螺栓孔位置相对的螺纹孔，从而实现法兰与第二油缸28的螺栓或螺钉连接。

本实施方式进一步优选地，所述预紧装置5包括安装座50、弹簧51、滚轮支架52和滚轮53，所述安装座50的顶部与所述主梁相连接；所述安装座呈中空结构且底部设有与其中空内腔相连通的通孔；所述滚轮支架52的顶部呈T型结构；所述滚轮支架52通过其T型结构的顶部悬挂于所述安装座50的底部；所述弹簧51位于所述安装座50的中空内腔内，且所述弹簧51的一端顶住所述安装座50中空内腔顶部的内壁，另一端顶住所述滚轮支架52的顶部；所述滚轮支架52的底部与所述滚轮53转动连接。本实施方式在预紧装置5的作用下，对焊接工件3进行焊前预紧和修正，减少搅拌头6承受的附加力和焊接工件3表面的偏差，大大提高了搅拌头6的使用寿命和提高焊接质量。其中在弹簧51的作用下，滚轮53弹性地压紧焊接工件3表面，有效提高预紧装置5的使用寿命，防止滚轮支架52与安装座50刚性连接，而由于焊接工件3表面不平，导致滚轮53移动时受阻而造成预紧装置5损坏。本实施方式中所述安装座50的顶部通过座盖54盖合，安装座50顶部与座盖54螺纹连接；滚轮支架52的底部通过铰轴与滚轮53转动连接。

本实施方式进一步优选地，所述搅拌装置包括搅拌头6，所述搅拌头6包括搅拌针60和壳体61，所述搅拌针60的顶部与所述主梁相连接；所述搅拌针60的底部外套所述壳体61；所述搅拌针60与所述壳体61转动连接，且所述搅拌针60上设有轴肩601；所述壳体61的外表面设有环形凹槽610；所述滚轮支架52顶部的一边向外延伸至插入所述壳体61的环形凹槽610内；所述搅拌针60的底端呈锥螺纹结构，且相对于所述壳体61能伸出。本实施方式中实现了搅拌头6的自动回抽功能，能有效防止在焊缝末端形成钥匙孔，大大提高工件焊接质量。其中安装座50设有侧孔，以方便滚轮支架52顶部的一边向外延伸而插入壳体61的环形凹槽610内，即滚轮支架52顶部的一边设有延伸边。

具体地，搅拌焊接时，主梁带动搅拌装置和预紧装置5向下运动至接触焊接工件3表面，且搅拌针60对准焊接工件3焊缝，此时在弹簧51的作用下，壳体61与滚轮53压紧焊接工件3且固定不动，此时主梁继续带动搅拌针60向下运动，从而搅拌针3底端插入至焊接工件3焊缝内，后主梁带动搅拌针60转动，从而带动壳体61与搅拌针60一同转动，且主梁带动搅拌装置和预紧装置5由焊接工件3的前端向着末端移动，完成焊接。当焊接完成后，主梁带动搅拌针60向上运动，而壳体61在弹簧51的弹力作用下继续压住焊接工件3表面，当搅拌针60完全脱离焊接工件3时，即搅拌针60缩至壳体61内部时，主梁继续带动搅拌针60向上运动，此时壳体61和预紧装置5也跟着搅拌针60向上运动而脱离焊接工件3表面，实现了先回抽搅拌针60再退壳体61的功能，有效防止焊缝末端出现钥匙孔，大大提高工件焊接质量。同时本实施方式中壳体61环形凹槽610的设计，使得搅拌针60带动壳体61旋转时，滚轮支架52插入壳体61环形凹槽610的部分并不会影响壳体61和搅拌针60的转动。

本实施方式中所述壳体61顶部通过壳盖62盖合，壳体61顶部与壳盖62螺纹连接；壳盖62的设计，方便了搅拌针60相对于壳体61的装拆。其中壳体61内设有阶梯孔，阶梯孔由顶部至底部依次包括大孔径和小孔径，搅拌针60的轴肩601位于大径孔内，使得轴肩601在大径孔内移动，同时大径孔内壁上设有键槽，轴肩601上设有与大径孔键槽相对的键槽，从而通过键实现壳体61与搅拌针60的转动连接，其中键槽沿大径孔的整个长度方向设置，当搅拌针60相对于壳体61移动时，搅拌针60带动键相对于大径孔的键槽移动。

本实施方式中搅拌针60下方设计呈锥螺纹结构，一是便于搅拌针60插入至焊接工件3的焊缝内，二是使焊接工件3的母材搅拌充分，提高焊接效率和质量。

本实施方式重点在于夹紧装置2、预紧装置5和搅拌装置的改进，其余搅拌摩擦焊机包括的主梁、纵梁、工作台1、支柱4、主梁上带动搅拌装置和预紧装置5升降的机构，以及带动搅拌针60回转的机构等均不做改进，故不做过多赘述。

本实施方式中油缸的伸缩以及电机21如何工作，均是现有常规的公知技术，故不做过多赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种搅拌摩擦焊机，其特征在于，包括主梁、纵梁、工作台、夹紧装置、预紧装置和搅拌装置，所述主梁的两端滑动安装于相间的两所述纵梁上；所述工作台位于两所述纵梁之间，且通过若干支柱支撑；所述搅拌装置和预紧装置安装于所述主梁上；所述工作台的两侧均安装有所述夹紧装置；

所述夹紧装置包括立柱、传动机构、横梁和压紧机构，所述立柱安装于所述工作台的侧面；所述传动机构包括电机、主动齿轮、从动齿轮、转轴和第一油缸；所述横梁底部沿其长度方向设有T型凹槽；所述转轴呈T型结构；所述电机安装于所述立柱的顶部；所述主动齿轮安装于所述电机的输出轴上；所述转轴的底部转动安装于所述立柱的顶部；所述从动齿轮安装于所述转轴上，且所述从动齿轮与所述主动齿轮相啮合；所述转轴的T型顶部安装于所述横梁一端的T型槽内；所述横梁一端的端部与所述第一油缸的活塞杆相连接；所述第一油缸的底部通过支撑柱转动安装于所述立柱的顶部；所述横梁另一端的底部与所述压紧机构相连接。

2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机，其特征在于，所述压紧机构包括第二油缸和压块；所述第二油缸与所述横梁另一端的底部相连接；所述第二油缸的活塞杆与所述压块相连接。

3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机，其特征在于，所述第一油缸为气缸或油缸。

4.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦焊机，其特征在于，所述第二油缸为气缸或油缸。

5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机，其特征在于，所述预紧装置包括安装座、弹簧、滚轮支架和滚轮，所述安装座的顶部与所述主梁相连接；所述安装座呈中空结构且底部设有与其中空内腔相连通的通孔；所述滚轮支架的顶部呈T型结构；所述滚轮支架通过其T型结构的顶部悬挂于所述安装座的底部；所述弹簧位于所述安装座的中空内腔内，且所述弹簧的一端顶住所述安装座中空内腔顶部的内壁，另一端顶住所述滚轮支架的顶部；所述滚轮支架的底部与所述滚轮转动连接。

6.据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机，其特征在于，所述安装座的顶部通过座盖盖合。

7.根据权利要求5所述的一种搅拌摩擦焊机，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌头，所述搅拌头包括搅拌针和壳体，所述搅拌针的顶部与所述主梁相连接；所述搅拌针的底部外套所述壳体；所述搅拌针与所述壳体转动连接，且所述搅拌针上设有轴肩；所述壳体的外表面设有环形凹槽；所述滚轮支架的顶部的一边向外延伸至插入所述壳体的环形凹槽内；所述搅拌针的底端呈锥螺纹结构，且相对于所述壳体能伸出。

8.根据权利要求7所述的一种搅拌摩擦焊机，其特征在于，所述壳体顶部通过壳盖盖合。