CN111203630A - 一种线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法及应用 - Google Patents

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Abstract

一种线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法及应用，该精度控制方法包括：将第一件顶锻方向焊件的顶锻方向预置缩短量S1设定为s及顶锻压力设定为p；控制顶锻油缸的顶锻压力p并推动顶锻方向焊件向振动方向焊件移动进行焊接，当第一件顶锻方向焊件在顶锻方向的位置达到顶锻方向预置缩短量s处时，激振油缸停止振动，并在顶锻压力发生最大波动时，记录此时顶锻方向的位置信息以标记为缩短量LS1；当第二件顶锻方向焊件在顶锻方向的位置达到缩短量S1处时，激振油缸停止振动，并在顶锻压力发生最大波动时，记录此时顶锻方向的位置信息以标记为缩短量LS2作为第三件顶锻方向焊件的缩短量，依次循环进行焊接，从而提高顶锻方向缩短量的精度。

Description

一种线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法及应用
技术领域
本发明涉及焊接加工技术领域，特别是涉及一种线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法及应用。
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零件的制造。
目前，在现有设备上采用的顶锻方向缩短量控制方式是压力控制，即焊接过程中顶锻方向从始至终保持一定的顶锻力，并在“顶锻方向预置缩短量S0处”发出振动停止信号，使得激振油缸停止振动。
在焊接过程中，“顶锻方向缩短量S”误差主要产生在“振动停止变形段”(专利CN201710454317.6一种提高线性摩擦焊缩短量精度的方法)，由于固定的“振动停止激发点”(顶锻方向预置缩短量S0处)发出振动停止信号后，始终保持压力控制，顶锻位置会不受控制，导致顶锻方向缩短量S重复精度差。导致在相同材料、相同焊接工艺参数的条件下，一批工件的“缩短量S”有一个约为±0.3mm的误差，无法实现某些精度要求较高的工件焊接。
发明内容
本发明实施例提供了一种线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法及应用，在保持顶锻方向压力控制的同时，实现顶锻方向位置的同步控制，以保证“顶锻方向预置缩短量”与“顶锻方向缩短量”重复一致性，从而提高顶锻方向缩短量的精度。
一种线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法，包括以下步骤：
步骤S10，将第一件顶锻方向焊件的顶锻方向预置缩短量S1设定为s及顶锻压力设定为p；
步骤S11，控制顶锻油缸的顶锻压力p并推动顶锻方向焊件向振动方向焊件移动进行焊接，当第一件顶锻方向焊件在顶锻方向的位置达到顶锻方向预置缩短量s处时，激振油缸停止振动，并在顶锻压力发生最大波动时，记录此时顶锻方向的位置信息以标记为缩短量LS1；
步骤S12，进行第二件顶锻方向焊件焊接时，控制顶锻油缸的顶锻压力p并推动焊接工件，当第二件顶锻方向焊件在顶锻方向的位置达到缩短量S1处时，激振油缸停止振动，并在顶锻压力发生最大波动时，记录此时顶锻方向的位置信息以标记为缩短量LS2作为第三件顶锻方向焊件的缩短量，依次循环进行焊接。
进一步地，每次焊接时，顶锻方向焊件的顶锻方向缩短量和和顶锻压力满足以下公式，当=1时，S1=s；当i≥2时，Si= LS(i-1)；同时，当i≥1时，Pi=p；其中，i为批量焊接过程中焊接工件的顺序，LS(i-1)为第i-1件顶锻方向焊件的实际缩短量，Si为第i件顶锻方向焊件的实际缩短量，Pi为第i件焊接工件的顶锻压力。
进一步地，当顶锻方向焊件与振动方向焊件首次接触后，控制顶锻油缸带动顶锻方向焊件回退一段距离。
进一步地，顶锻实际位置Spos与时间t之间满足以下公式，
f（Spos）=405.6sin（0.05225t+0.2997）+148.5sin（0.09699t+2.55）。
进一步地，当顶锻方向焊件到达t=T0时的顶锻位置时，振动方向开始振动，顶锻方向压力变为P1；当顶锻方向焊件到达t=T1时的顶锻位置时，振动方向振动停止，顶锻方向压力变为P0。
进一步地，顶锻实际压力P与顶锻实际位置Spos、时间t的之间满足以下公式，
P（Spos，t）=4.392-0.09282sin（0.07482·Pi·Spos·t）+0.1369·exp（-（0.9986·Spo）2）。
一种焊接钢件，应用上述的线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法进行焊接制得
进一步地，焊接过程中，顶锻方向焊件的预置缩短量为8mm，顶锻方向焊件的顶锻压力预设值为7T。
进一步地，焊接钢件的缩短量平均值为8.35mm，焊接钢件的缩短量误差为±0.16mm。
综上，批量焊接时，以顶锻方向预置缩短量为第一次焊接的缩短量，通过获取第i-1次焊接时顶锻方向的缩短量作为第i次焊接时顶锻方向的缩短量，同时与顶锻压力进行协同控制，从而提高顶锻方向缩短量的精度。
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是本发明中线性摩擦焊接设备的结构示意图。
图2是本发明中线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法的流程图。
图3是本发明焊接过程中顶锻方向焊件的顶锻位置和振动方向焊件的振动位置示意图。
图4是本发明中顶锻方向焊件顶锻实际位置随时间变化的曲线图。
图5是本发明中顶锻方向焊件顶锻实际压力随时间变化的曲线图。
图中：1-床身、2-水平导轨、3-工作台、4-顶锻夹具、5-顶锻油缸、6-顶锻方向焊件、7-振动方向焊件、8-振动夹具、9-激振油缸。
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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1，本发明提供的一种线性摩擦焊接设备，该设备包括床身1，床身1的顶部一端设有竖直设置的激振油缸9、另一端设有水平设置的顶锻油缸5，激振油缸9的向下延伸端连接振动夹具8，振动夹具8上设有振动方向焊件7，床身1的顶部中间设有水平导轨2，水平导轨2上设有工作台3，工作台3的顶部设有顶锻夹具4，顶锻夹具4的一端与顶锻油缸5连接、靠近振动方向焊件7的一端设有顶锻方向焊件6，在焊接开始前，顶锻油缸5驱动工作台3和顶锻夹具4运动，将顶锻方向焊件6和振动方向焊件7的端面以一定压力接触，系统将工作台的此处位置标记为零点。
请参阅图2，本发明提供了一种线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法，该方法包括以下步骤S10~步骤S12：
步骤S10，将第一件顶锻方向焊件6的顶锻方向预置缩短量S1设定为s及顶锻压力设定为p；
步骤S11，控制顶锻油缸5的顶锻压力p并推动顶锻方向焊件6向振动方向焊件7移动进行焊接，当第一件顶锻方向焊件6在顶锻方向的位置达到顶锻方向预置缩短量s处时，激振油缸5停止振动，并在顶锻压力发生最大波动时，记录此时顶锻方向的位置信息以标记为缩短量LS1；
步骤S12，进行第二件顶锻方向焊件焊接时，控制顶锻油缸5的顶锻压力p并推动焊接工件，当第二件顶锻方向焊件在顶锻方向的位置达到缩短量S1处时，激振油缸9停止振动，并在顶锻压力发生最大波动时，记录此时顶锻方向的位置信息以标记为缩短量LS2作为第三件顶锻方向焊件的缩短量，依次循环进行焊接。
需要说明的是，每次焊接时，顶锻方向焊件的顶锻方向缩短量和和顶锻压力满足以下公式，当=1时，S1=s；当i≥2时，Si=LS(i-1)；且，当i≥1时，Pi=p；其中，i为批量焊接过程中焊接工件的顺序，LS(i-1)为第i-1件顶锻方向焊件的实际缩短量，Si为第i件顶锻方向焊件的实际缩短量，Pi为第i件焊接工件的顶锻压力。
请参阅图3和图4，需要说明的是，本发明中，当顶锻方向焊件第一次到达焊接位置时，即顶锻方向焊件与振动方向焊件首次接触后，需要回退，通过压力波动，记录位置，提高实际定位的准确性。
具体的，顶锻实际位置Spos与时间t满足以下公式：
f（Spos）=405.6sin（0.05225t+0.2997）+148.5sin（0.09699t+2.55）。
请参阅图5，当顶锻方向焊件到达t=T0时（振动开始时间）的顶锻位置时，振动方向开始振动，顶锻方向压力变为第一阶段压力P1；当顶锻方向焊件到达t=T1时（停振时间）的顶锻位置时，振动方向振动停止，顶锻方向压力变为顶锻終压力P0。
具体的，顶锻实际压力P与顶锻实际位置Spos、时间t满足以下公式：
P（Spos，t）=4.392-0.09282sin（0.07482·Pi·Spos·t）+0.1369·exp（-（0.9986·Spo）2）。
下面以钢件焊接为例进行说明：
焊接钢件使用常规线性摩擦焊接方法进行焊接时，预置缩短量为8mm，最终缩短量平均值为12.59mm，最终缩短量误差约为±0.48mm。
而应用本发明上述方法进行焊接时，焊接过程中，顶锻方向焊件的预置缩短量为8mm，顶锻方向焊件的顶锻压力预设值为7T。10件焊接钢件的实测缩短量和顶锻压力具体如下表所示。
Figure 455395DEST_PATH_IMAGE001
批量焊接完成后，焊接钢件的缩短量平均值为8.35mm，焊接钢件的缩短量误差为±0.16mm。可见，与常规线性摩擦焊接方法相比，本发明焊接方法可以缩小误差，从而提高顶锻方向缩短量的精度。
综上，批量焊接时，以顶锻方向预置缩短量为第一次焊接的缩短量，通过获取第i-1次焊接时顶锻方向的缩短量作为第i次焊接时顶锻方向的缩短量，同时与顶锻压力进行协同控制，从而提高顶锻方向缩短量的精度。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，将第一件顶锻方向焊件的顶锻方向预置缩短量S1设定为s及顶锻压力设定为p；
步骤S11，控制顶锻油缸的顶锻压力p并推动顶锻方向焊件向振动方向焊件移动进行焊接，当第一件顶锻方向焊件在顶锻方向的位置达到顶锻方向预置缩短量s处时，激振油缸停止振动，并在顶锻压力发生最大波动时，记录此时顶锻方向的位置信息以标记为缩短量LS1；
步骤S12，进行第二件顶锻方向焊件焊接时，控制顶锻油缸的顶锻压力p并推动焊接工件，当第二件顶锻方向焊件在顶锻方向的位置达到缩短量S1处时，激振油缸停止振动，并在顶锻压力发生最大波动时，记录此时顶锻方向的位置信息以标记为缩短量LS2作为第三件顶锻方向焊件的缩短量，依次循环进行焊接。
2.根据权利要求1所述的线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法，其特征在于，每次焊接时，顶锻方向焊件的顶锻方向缩短量和和顶锻压力满足以下公式，当=1时，S1=s；当i≥2时，Si= LS(i-1)；且，当i≥1时，Pi=p；其中，i为批量焊接过程中焊接工件的顺序，LS(i-1)为第i-1件顶锻方向焊件的实际缩短量，Si为第i件顶锻方向焊件的实际缩短量，Pi为第i件焊接工件的顶锻压力。
3.根据权利要求1所述的线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法，其特征在于，当顶锻方向焊件与振动方向焊件首次接触后，控制顶锻油缸带动顶锻方向焊件回退一段距离。
4.根据权利要求3所述的线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法，其特征在于，顶锻实际位置Spos与时间t之间满足以下公式，f（Spos）=405.6sin（0.05225t+0.2997）+148.5sin（0.09699t+2.55）。
5.根据权利要求1所述的线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法，其特征在于，当顶锻方向焊件到达t=T0时的顶锻位置时，振动方向开始振动，顶锻方向压力变为P1；当顶锻方向焊件到达t=T1时的顶锻位置时，振动方向振动停止，顶锻方向压力变为P0。
6.根据权利要求5所述的线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法，其特征在于，顶锻实际压力P与顶锻实际位置Spos、时间t的之间满足以下公式，
P（Spos，t）=4.392-0.09282sin（0.07482·Pi·Spos·t）+0.1369·exp（-（0.9986·Spo）2）。
7.一种焊接钢件，其特征在于，应用权利要求1至4任意一项所述的线性摩擦焊顶锻方向的精度控制方法进行焊接制得。
8.根据权利要求7所述的焊接钢件，其特征在于，焊接过程中，顶锻方向焊件的预置缩短量为8mm，顶锻方向焊件的顶锻压力预设值为7T。
9.根据权利要求7所述的焊接钢件，其特征在于，焊接钢件的缩短量平均值为8.35mm，焊接钢件的缩短量误差为±0.16mm。
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