CN112756889B - 一种线性摩擦焊接夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明一种线性摩擦焊接夹具，属于线性摩擦焊机领域；包括移动端上夹具、移动端下夹具、振动端上夹具、振动端下夹具、夹具通道挡块；所述移动端上夹具、移动端下夹具装夹于焊接设备的移动端，相对面上均开有第一贯通槽，用于夹紧移动焊件；所述振动端上夹具、振动端下夹具装夹于焊接设备的震动端，相对面上均开有第二贯通槽，用于夹紧震动焊件；所述第一贯通槽和第二贯通槽为同轴；两个所述夹具通道挡块7分别设置于移动端和震动端的贯通槽外侧，用于限制移动接件和震动焊件的轴向位移。本发明夹具整体长度增加，使其侧面紧贴焊机腔体内侧，可以有效地避免了焊件焊接过程中焊件的无规则振动的现象，保持了良好的焊后对中性。

Description

一种线性摩擦焊接夹具
技术领域
本发明属于线性摩擦焊机领域，具体涉及一种线性摩擦焊接夹具。
背景技术
线性摩擦焊是一种固相连接技术，在焊接过程中，两个焊件作高频的相对振动，利用摩擦力产生热量，将接触面金属软化，使材料达到塑性流动状态，从而在固态下形成可靠接头。若焊件的夹具设计不良，焊件之间的高频振动带来的摩擦力会使焊件上下振动，从而导致焊后无法对中、焊后外观不规则、焊缝区受热不均匀等缺陷，因此设计一种可靠的夹具是完成一次成功的焊接过程的必要条件之一。本申请针对所在实验室拥有的线性摩擦焊机设计了一种适用于长方体焊件的可靠夹具，可以有效地避免焊接过程中焊件的无规则振动，最后经过实验验证，证明了夹具的可用性及可靠性。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种线性摩擦焊接夹具，解决焊件在高频摩擦作用下的上下振动、焊后接头无法对中的问题。
本发明的技术方案是：一种线性摩擦焊接夹具，其特征在于：包括移动端上夹具1、移动端下夹具2、振动端上夹具3、振动端下夹具4、夹具通道挡块7；所述移动端上夹具1、移动端下夹具2装夹于焊接设备的移动端，相对面上均开有第一贯通槽，用于夹紧移动焊件；所述振动端上夹具3、振动端下夹具4装夹于焊接设备的震动端，相对面上均开有第二贯通槽，用于夹紧震动焊件；所述第一贯通槽和第二贯通槽为同轴；
两个所述夹具通道挡块7分别设置于移动端和震动端的贯通槽外侧，用于限制移动接件和震动焊件的轴向位移。
本发明的进一步技术方案是：所述移动端上夹具1、移动端下夹具2、振动端上夹具3、振动端下夹具4均为长方体结构。
本发明的进一步技术方案是：还包括焊件夹持通道挡块5；所述焊件夹持通道挡块5位于震动端的第二贯通槽内，并设置于所述夹具通道挡块7和震动焊接件之间，用于沿轴向压紧震动焊接件。
本发明的进一步技术方案是：所述焊件夹持通道挡块5的径向截面小于第二贯通槽的截面，能够相对第二贯通槽移动；焊件夹持通道挡块5包括多个尺寸段，适用不同尺寸的震动焊接件的轴向压紧。
本发明的进一步技术方案是：还包括焊件夹持通道垫片6，所述焊件夹持通道垫片6位于震动端的第二贯通槽内，并设置于震动焊接件与振动端下夹具4的通槽之间，用于调整震动焊接件的竖直高度位置。
本发明的进一步技术方案是：所述焊件夹持通道垫片6包括多个型号，厚度分别为0.5mm、1mm、1.5mm和2mm。
本发明的进一步技术方案是：所述移动端上夹具1、振动端上夹具3的相对面和移动端下夹具2、振动端下夹具4的相对面的四周外缘处均设置有凸起边缘，作为固定板结构，防止焊接过程中由于焊件的高频振动摩擦导致的夹具纵向沿振动方向晃动。
本发明的进一步技术方案是：所述移动端上夹具1、移动端下夹具2、振动端上夹具3、振动端下夹具4均为45#钢。
有益效果
本发明的有益效果在于：在焊接过程中，焊件之间的高频振动带来的摩擦力会使焊件上下振动，从而导致焊后无法对中、焊后外观不规则、焊缝区受热不均匀等缺陷。本发明夹具在边缘处设计了固定板结构，且将夹具的整体长度增加，使其侧面紧贴焊机腔体内侧，可以有效地避免了焊件焊接过程中焊件的无规则振动的现象，保持了良好的焊后对中性。
附图说明
图1为本发明线性摩擦焊夹具示意图；
图2为实例1中线性摩擦焊长方体焊件夹具示意图；(a)拆分图，(b)装配图，(c)夹具主体；
图3为采用实例1中所设计夹具的焊接效果；(a)焊件正面，(b)焊件背面，(c)焊件侧面；第一组参数：F＝100MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；第二组参数：F＝140MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；第三组参数：F＝180MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；
图4为实例2中线性摩擦焊长方体焊件夹具示意图；(a)拆分图，(b)组装图；
图5为应用实例2中所设计夹具的焊接效果；(a)焊件正面，(b)焊件背面，(c)焊件侧面；第一组参数：F＝100MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；第二组参数：F＝140MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；第三组参数：F＝180MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；
图6为焊件焊后侧面对中偏离情况；其中，其中，第一组参数：F＝100MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；第二组参数：F＝140MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；第三组参数：F＝180MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；
图7为不同参数下焊接接头接触面错位示意图；第一组参数：F＝100MPa，
A0＝2.5mm，f＝25Hz；第二组参数：F＝140MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；第三组参数：
F＝180MPa，A0＝2.5mm，f＝25Hz；
附图标记说明：1.移动端上夹具、2.移动端下夹具、3.振动端上夹具、4.振动端下夹具、5.焊件夹持通道挡块、6.焊件夹持通道垫片、7.夹具通道挡块、8.焊件。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所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。
参照图1所示，一种线性摩擦焊接夹具，包括移动端上夹具1、移动端下夹具2、振动端上夹具3、振动端下夹具4、焊件夹持通道挡块5、焊件夹持通道垫片6、夹具通道挡块7；所述移动端上夹具1、移动端下夹具2装夹于焊接设备的移动端，相对面上开有均第一贯通槽，用于夹紧移动焊件；所述振动端上夹具3、振动端下夹具4装夹于焊接设备的震动端，相对面上开有均第二贯通槽，用于夹紧震动焊件；所述第一贯通槽和第二贯通槽为同轴；
所述焊件夹持通道挡块5位于震动端的第二贯通槽内，并设置于所述夹具通道挡块7和震动焊接件之间，用于沿轴向压紧震动焊接件。焊件夹持通道挡块5的径向截面小于第二贯通槽的截面，能够相对第二贯通槽移动；焊件夹持通道挡块5包括多个尺寸段，适用不同尺寸的震动焊接件的轴向压紧。
所述焊件夹持通道垫片6位于震动端的第二贯通槽内，并设置于震动焊接件与振动端下夹具4的通槽之间，用于调整震动焊接件的竖直高度位置。焊件夹持通道垫片6包括多个型号，厚度分别为0.5mm、1mm、1.5mm和2mm。
两个所述夹具通道挡块7分别设置于移动端和震动端的贯通槽外侧，用于限制移动接件和震动焊件的轴向位移。
所述移动端上夹具1、移动端下夹具2、振动端上夹具3、振动端下夹具4均为长方体结构。移动端上夹具1、振动端上夹具3的相对面和移动端下夹具2、振动端下夹具4的相对面的四周外缘处均设置有凸起边缘，作为固定板结构，防止焊接过程中由于焊件的高频振动摩擦导致的夹具纵向沿振动方向晃动。
所述移动端上夹具1、移动端下夹具2、振动端上夹具3、振动端下夹具4均为45#钢。
实施例1
一种线性摩擦焊长方体试样夹具，基本如附图2所示，包括移动端上夹具1、移动端下夹具2、振动端上夹具3、振动端下夹具4、焊件夹持通道垫片6、夹具通道挡块7，其中8为焊件，本实例中未设置焊件通道挡块。
在焊接前，将夹具通道挡块7先放入线性摩擦焊机中，推至通道尽头，与焊机接触，将夹具主体组装，放入焊机，夹具的尺寸要能保证与夹具通道挡块紧密接触(如图2a中7的右侧面与振动端上夹具3、振动端下夹具4的左侧面)，并且固定板内侧面与焊机外壁紧密接触；向贯通槽中放入垫片，其中垫片数量要尽量少，过多垫片可能会造成焊接过程的不稳定，垫片的作用主要是可以适应焊件尺寸上的微调；抬起上夹具，放入焊件，并向内推送，至与夹具通道挡块接触；固定夹具，调整焊机状态，使两侧焊件对中，开始焊接。
附图3位采用此种夹具设计方案所获得的焊接接头，接头的飞边宏观形貌和缩短量均与预期一致，在焊接过程中材料摩擦可以产生足够的热量，但从外观可以看出，两个焊件并未完全对齐，存在少量的错位，这便是夹具长度不足和使用垫片数量过多产生的问题，焊件在焊接过程中夹具的固定效果并不完美。
实施例2
一种线性摩擦焊长方体试样夹具，基本如附图4所示，包括移动端上夹具1、移动端下夹具2、振动端上夹具3、振动端下夹具4、焊件夹持通道挡块5和焊件8。
本实例中没有使用焊件夹持通道垫片和夹具通道挡块，夹具的长度(不包括固定板的厚度)与焊机的腔体相等，使夹具的侧面(图4振动端夹具的左侧面和移动端夹具的右侧面)与焊机完全接触(焊接过程中贯通槽中的挡块不会来回滑动)，同时由于夹具较长，焊机的腔体对夹具的固定效果很明显，固定板结构的作用，可以保证焊接时夹具的完全固定。未使用垫片的优点是焊件的夹持更加的稳定，焊后接头成形更优良。
在焊接时，将夹具组合起来放入焊机的腔体中；向贯通槽中放入合适的挡块，并将其顶至槽末端与焊机接触；将夹具上半部分抬起，放入焊件，并夹紧；调整焊机腔体，夹紧夹具，调整移动端和振动端焊件对中，焊前准备便完成了。焊接结果如图5所示，从图中可以看出，由于此次夹具的主体长度设计的合理，同时又未使用垫片调整，焊件拥有很好的对中性。采用两个实例中两种不同夹具，所获得的接头的对中性差距主要体现在侧面，偏差的尺寸如图6中所示，接头的接触面错位示意图如图7所示。可以看出，采用实例2中夹具可以获得对中性更好的焊接接头。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种线性摩擦焊接夹具，其特征在于：包括移动端上夹具(1)、移动端下夹具(2)、振动端上夹具(3)、振动端下夹具(4)、夹具通道挡块(7)；所述移动端上夹具(1)、移动端下夹具(2)装夹于焊接设备的移动端，相对面上均开有第一贯通槽，用于夹紧移动焊件；所述振动端上夹具(3)、振动端下夹具(4)装夹于焊接设备的震动端，相对面上均开有第二贯通槽，用于夹紧震动焊件；所述第一贯通槽和第二贯通槽为同轴；
两个所述夹具通道挡块(7)分别设置于移动端和震动端的贯通槽外侧，用于限制移动接件和震动焊件的轴向位移；
所述移动端上夹具(1)、移动端下夹具(2)、振动端上夹具(3)、振动端下夹具(4)均为长方体结构；
还包括焊件夹持通道挡块5；所述焊件夹持通道挡块(5)位于震动端的第二贯通槽内，并设置于所述夹具通道挡块(7)和震动焊件之间，用于沿轴向压紧震动焊件；
所述焊件夹持通道挡块(5)的径向截面小于第二贯通槽的截面，能够相对第二贯通槽移动；焊件夹持通道挡块(5)包括多个尺寸段，适用不同尺寸的震动焊件的轴向压紧；
还包括焊件夹持通道垫片(6)，所述焊件夹持通道垫片(6)位于震动端的第二贯通槽内，并设置于震动焊件与振动端下夹具(4)的通槽之间，用于调整震动焊件的竖直高度位置；
所述移动端上夹具(1)、振动端上夹具(3)的相对面和移动端下夹具(2)、振动端下夹具(4)的相对面的四周外缘处均设置有凸起边缘，作为固定板结构，所述固定板内侧面与焊机外壁紧密接触，防止焊接过程中由于焊件的高频振动摩擦导致的夹具纵向沿振动方向晃动。
2.根据权利要求1所述线性摩擦焊接夹具，其特征在于：所述焊件夹持通道垫片(6)包括多个型号，厚度分别为0.5mm、1mm、1.5mm和2mm。
3.根据权利要求1所述线性摩擦焊接夹具，其特征在于：所述移动端上夹具(1)、移动端下夹具(2)、振动端上夹具(3)、振动端下夹具(4)均为45#钢。
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