CN113182664B - 一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，底部机座顶部具有若干沿竖直方向延伸的竖直导柱，竖直导柱上从下而上分别滑动装配有下机体和上机体，下机体与底部机座之间设置有下升降装置，底部机座侧面通过下水平伸缩装置连接下旋转机体，下旋转机体的输出端连接下焊接机体，下焊接机体底部具有下搅拌动力装置，下搅拌动力装置的输出端与下搅拌套连接，上机体和下机体之间具有上升降装置，上机体侧面通过上水平伸缩装置连接上旋转机体，上旋转机体的输出端连接有上焊接机体，上焊接机体顶部具有上搅拌动力装置，上搅拌动力装置的输出端与上搅拌套连接，解决现有技术中较厚工件不易实现搅拌摩擦焊接，以及需要额外工装的技术问题。

Description

一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备

技术领域

本发明属于机械设备领域，尤其涉及一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备。

背景技术

搅拌摩擦焊是利用摩擦产生的热量实现板材的一种固态连接技术，由美国焊接研究所于1991年发明。对于铝合金、镁合金、铜及其合金、钛合金、钢以及不少异种材料的焊接，均能获得性能优良的焊接接头。搅拌摩擦焊相比普通摩擦焊相比，焊接接头质量高；不受轴类零件限制；易于机械化、自动化；焊接成本低，效率高；焊接变形小，精度较高；绿色焊接；搅拌摩擦焊技术发明至今，已经发展成为在铝合金结构制造中可以替代熔焊技术的工业化实用的固相连接技术，在航空航天飞行器、高速舰船快艇、高铁汽车等轻型化及各种铝合金型材拼焊结构的制造中，已经展现出显著的技术和经济效益。

但搅拌摩擦焊焊接工具和设备的设计、过程参数及力学性能只对较小范围、一定厚度的合金适用，并需要特定的夹具。现搅拌摩擦焊设备是进行搅拌摩擦焊的装置，是实现搅拌摩擦焊的前提和基础，搅拌摩擦焊设备主要由机械系统和电器设备组成，在各系统有机配合下才能满足搅拌摩擦焊的基础要求。但现有技术以于焊接合金的厚度的工况下其焊接质量和焊接效率均较低，以及塞补焊压力不易控制，针对上述问题亟需研发一种新的设备来解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，解决上述现有技术中较厚工件不易实现搅拌摩擦焊接，以及需要额外工装和焊接质量及焊接效率低的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，包括：基座和底部机座，所述底部机座通过水平移动结构与基座可移动连接，所述底部机座顶部具有若干沿竖直方向延伸的竖直导柱，所述竖直导柱上从下而上分别滑动装配有下机体和上机体，所述下机体与底部机座之间设置有下升降装置，所述底部机座侧面通过下水平伸缩装置连接下旋转机体，所述下旋转机体的输出端连接下焊接机体，所述下焊接机体底部具有下搅拌动力装置，所述下搅拌动力装置的输出端与下搅拌套连接，所述上机体和下机体之间具有上升降装置，所述上机体侧面通过上水平伸缩装置连接上旋转机体，所述上旋转机体的输出端连接有上焊接机体，所述上焊接机体顶部具有上搅拌动力装置，所述上搅拌动力装置的输出端与上搅拌套连接，所述下搅拌套和上搅拌套位置相对应并相向设置，所述下搅拌套和上搅拌套用于装配搅拌针或支撑板。

本发明的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，所述水平移动结构包括：相互配合的导轨和导轨滑块，所述导轨有两根分别设置于基座表面两侧并沿基座长度方向延伸，所述导轨滑块，分别设置于底部机座底部两侧。

本发明的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，所述导轨之间的区域具有基座凹槽，所述基座凹槽长度方向两侧具有齿条，所述底部机座底部具有与齿条啮合的齿轮，所述齿轮通过平移动力装置提供动力。

本发明的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，所述平移动力装置、上搅拌动力装置和下搅拌动力装置均为伺服电机。

本发明的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，所述上旋转机体和下旋转机体分别通过两个伺服电机提供旋转动力。

本发明的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，所述下升降装置、上升降装置、下水平伸缩装置和上水平伸缩装置均为液压缸。

本发明的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，所述下旋转机体和上旋转机体端面均具有旋转刻度尺，所述旋转刻度尺用于显示下焊接机体和上焊接机体相对于下水平伸缩装置轴线的旋转角度。

本发明的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，所述上机体与上旋转机体之间设置有水平导柱，所述下机体与下旋转机体之间设置有水平导柱，所述水平导柱长度方向与下水平伸缩装置轴线平行，所述上旋转机体和下旋转机体可在水平导柱上滑动。

本发明的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，所述下升降装置、上升降装置、下水平伸缩装置、上水平伸缩装置、上旋转机体和下旋转机体的动作通过控制器联动控制，实现下焊接机体和上焊接机体对称搅拌焊接存在空间曲面的弧形工件。

本发明产生的有益效果是：提出一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，通过对称设置的上焊接机体和下焊接机体，实现两侧同步对称搅拌摩擦焊接，一次性所焊接的合金工件厚度更大，焊接产热更大，焊接质量更好，焊接效率更高；该设备是依靠液压系统提供搅拌针轴向下压力，设备额定载荷大，满足厚工件的焊接条件；该设备焊接时刚度高、稳定性好、变形小、精度高；该设备在搅拌摩擦焊中，焊接功能多，不仅能实现上下对称同步焊接，还能进行普通单搅拌针焊接、双轴肩搅拌焊接、塞补焊接等焊接功能，在数控联动控制下能焊接曲面较为复杂的工件；该设备在搅拌摩擦焊时所需的背部支撑、夹具等工装结构简单，制造成本低；该设备结构相对简单，调试和维护方便，操控简单精准，整体性能安全可靠。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的示意图；

图2是本发明实施例的侧视图；

图3是本发明实施例的俯视图；

图4是本发明实施例加工弧形工件示意图；

图5是本发明实施例加工弧形工件剖面图；

图6是本发明实施例加工薄工件示意图；

图7是本发明实施例加工薄工件剖面图；

图8是本发明实施例加工厚工件示意图；

图9是本发明实施例加工厚工件部面图；

图10是本发明实施例加工补焊工件示意图。

图中：1-基座，2-底部机座，3-导轨，4-导轨滑块，5-齿条，6-平移动力装置，7-竖直导柱，8-下机体，9-下升降装置，10-下水平伸缩装置，11-下旋转机体，12-下焊接机体，13-下搅拌套，14-下搅拌动力装置，15-上机体，16-上升降装置，17-上水平伸缩装置，18-上旋转机体，19-上焊接机体，20-上搅拌套，21-上搅拌动力装置，22-上搅拌针，23-下搅拌针，24-弧形工件，25-薄工件，26-背部支撑块，27-厚工件，28-双轴肩搅拌针，29-补焊工件，30-补焊支撑块，31-塞棒，32-水平导柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，包括：基座1和底部机座2，所述底部机座2通过水平移动结构与基座1可移动连接，所述底部机座2顶部具有若干沿竖直方向延伸的竖直导柱7，所述竖直导柱7上从下而上分别滑动装配有下机体8和上机体15，所述下机体8与底部机座2之间设置有下升降装置9，所述底部机座2侧面通过下水平伸缩装置10连接下旋转机体11，所述下旋转机体11的输出端连接下焊接机体12，所述下焊接机体12底部具有下搅拌动力装置14，所述下搅拌动力装置14的输出端与下搅拌套13连接，所述上机体15和下机体8之间具有上升降装置16，所述上机体15侧面通过上水平伸缩装置17连接上旋转机体18，所述上旋转机体18的输出端连接有上焊接机体19，所述上焊接机体19顶部具有上搅拌动力装置21，所述上搅拌动力装置21的输出端与上搅拌套20连接，所述下搅拌套13和上搅拌套20位置相对应并相向设置，所述下搅拌套13和上搅拌套20用于装配搅拌针或支撑板。

本发明的优选实施例中，所述水平移动结构包括：相互配合的导轨3和导轨滑块4，所述导轨3有两根分别设置于基座1表面两侧并沿基座1长度方向延伸，所述导轨滑块4，分别设置于底部机座2底部两侧。

本发明的优选实施例中，所述导轨3之间的区域具有基座凹槽，所述基座凹槽长度方向两侧具有齿条5，所述底部机座2底部具有与齿条5啮合的齿轮，所述齿轮通过平移动力装置6提供动力。

本发明的优选实施例中，所述平移动力装置6、上搅拌动力装置21和下搅拌动力装置14均为伺服电机。

本发明的优选实施例中，所述上旋转机体18和下旋转机体11分别通过两个伺服电机提供旋转动力。

本发明的优选实施例中，所述下升降装置9、上升降装置16、下水平伸缩装置10和上水平伸缩装置17均为液压缸，利用液压系统为搅拌焊接提供大而稳定的搅拌焊作用力。

本发明的优选实施例中，所述下旋转机体11和上旋转机体18端面均具有旋转刻度尺，所述旋转刻度尺用于显示下焊接机体12和上焊接机体19相对于下水平伸缩装置10轴线的旋转角度，所述端面是指与下焊接机体12和上焊接机体19靠近的侧面。

本发明的优选实施例中，所述上机体与上旋转机体18之间设置有水平导柱32，所述下机体8与下旋转机体11之间设置有水平导柱32，所述水平导柱32长度方向与下水平伸缩装置10轴线平行，所述上旋转机体18和下旋转机体11可在水平导柱32上滑动。

本发明的优选实施例中，所述下升降装置9、上升降装置16、下水平伸缩装置10、上水平伸缩装置17、上旋转机体18和下旋转机体11的动作通过控制器联动控制，实现下焊接机体12和上焊接机体19对称搅拌焊接存在空间曲面的弧形工件24。

工作原理前述：通过水平移动结构中的平移动力装置6使底部机座2实现水平移动，通过上升降装置16和下升降装置9实现两个焊接机体的升降和相对位置以及提供竖向焊接压力，即竖直方向的升降，通过上水平伸缩装置17和下水平伸缩装置10实现两个焊接机体的水平伸缩，，通过上旋转机体18和下旋转机体11实现两个焊接机体的角度旋转动作，通过上搅拌套20安装夹紧上搅拌针22，并通过上搅拌动力装置21为上搅拌针22提供旋转动力，并且各伺服电机和液压缸通过控制器进行控制。

如图4和图5所示为加工弧形工件24的示意图，在上搅拌套20上装配上搅拌针22，在下搅拌套13上装配下搅拌针23，使上搅拌针22和下搅拌针23分别位于弧形工件24的上下两面，进行施焊，通常上搅拌针22和下搅拌针23的具有一定倾角，一般为0-5度。相比一面焊完后翻面的焊接方式定位精度更高、焊接效率更快、焊接质量更好，在焊接过程中上搅拌针22和下搅拌针23保持对称分布，搅拌针的轴肩能相互提供垫板作用，减少夹具工装的不必要投入。

如图6和图7为加工薄工件25的示意图，在上搅拌套20上装配上搅拌针22，在下搅拌套13上装配背部支撑块26，使背部支撑块26位于薄工件25下表面，上搅拌针22插入薄工件25进行施焊，背部支撑块26的安装固定方式和下搅拌针23一样，该焊接方式背部支撑块26通过控制是不执行旋转运动，但背部支撑块26和上搅拌针22保持同轴一起同步运动，保证背部支撑块26时刻为搅拌摩擦焊接提供背部支撑的作用，从而减少单轴肩搅拌摩擦焊的支撑板工装设计。

如图8和图9为加工厚工件27的示意图，在上搅拌套20和下搅拌套13之间分别固定双轴肩搅拌针28的上下两端，上搅拌套20提供旋转扭矩和进给速度，下焊接组件根据上焊接组件提供的进给速度和被焊接件厚工件27的背面形状为双轴肩搅拌针28下端提供一致的进给速度，下焊接组件不提供旋转扭矩，在焊接较厚的工件时，上下同步提供焊接进给能有效避免因为搅拌针的长度过长发生大弯矩变形和断针现象，从而提高双轴肩搅拌针28的寿命、提高焊接质量。

如图10为加工补焊工件29的示意图，在上搅拌套20中安装塞棒31，下搅拌套13上安装补焊支撑块30，补焊支撑块30的上表面和孔的形状大小根据补焊工件29设计，补焊支撑块30上表面与补焊工件29得背面接触，补焊支撑块30的中心孔与塞棒31和补焊工件29的塞孔保持同轴，补焊支撑块30的下部固定在下搅拌套13上并静止不动，上搅拌套20为塞棒31提供旋转、摩擦压力和顶锻压力，实现设备摩擦塞补焊的功能，图中w是主轴转速，v是水平移动的速度，F是塞补焊的压力。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，其特征在于，包括：基座(1)和底部机座(2)，所述底部机座(2)通过水平移动结构与基座(1)可移动连接，所述底部机座(2)顶部具有若干沿竖直方向延伸的竖直导柱(7)，所述竖直导柱(7)上从下而上分别滑动装配有下机体(8)和上机体(15)，所述下机体(8)与底部机座(2)之间设置有下升降装置(9)，所述底部机座(2)侧面通过下水平伸缩装置(10)连接下旋转机体(11)，所述下旋转机体(11)的输出端连接下焊接机体(12)，所述下焊接机体(12)底部具有下搅拌动力装置(14)，所述下搅拌动力装置(14)的输出端与下搅拌套(13)连接，所述上机体(15)和下机体(8)之间具有上升降装置(16)，所述上机体(15)侧面通过上水平伸缩装置(17)连接上旋转机体(18)，所述上旋转机体(18)的输出端连接有上焊接机体(19)，所述上旋转机体(18)和下旋转机体(11)分别通过两个伺服电机提供旋转动力，所述上焊接机体(19)顶部具有上搅拌动力装置(21)，所述上搅拌动力装置(21)的输出端与上搅拌套(20)连接，所述下搅拌套(13)和上搅拌套(20)位置相对应并相向设置，所述下搅拌套(13)和上搅拌套(20)用于装配搅拌针或支撑板，所述下升降装置(9)、上升降装置(16)、下水平伸缩装置(10)和上水平伸缩装置(17)均为液压缸，所述下升降装置(9)、上升降装置(16)、下水平伸缩装置(10)、上水平伸缩装置(17)、上旋转机体(18)和下旋转机体(11)的动作通过控制器联动控制，实现下焊接机体(12)和上焊接机体(19)对称搅拌焊接存在空间曲面的弧形工件(24)，所述上旋转机体(18)和下旋转机体(11)根据需要调节搅拌针的偏转角度，背部支撑块(26)安装在下旋转机体(11)上，焊接时跟随下旋转机体(11)一起实时运动，背部支撑块(26)和上搅拌针(22)保持同轴一起同步运动，保证背部支撑块(26)时刻为搅拌摩擦焊接提供背部支撑的作用。

2.根据权利要求1所述的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述水平移动结构包括：相互配合的导轨(3)和导轨滑块(4)，所述导轨(3)有两根分别设置于基座(1)表面两侧并沿基座(1)长度方向延伸，所述导轨滑块(4)，分别设置于底部机座(2)底部两侧。

3.根据权利要求2所述的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述导轨(3)之间的区域具有基座凹槽，所述基座凹槽长度方向两侧具有齿条(5)，所述底部机座(2)底部具有与齿条(5)啮合的齿轮，所述齿轮通过平移动力装置(6)提供动力。

4.根据权利要求3所述的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述平移动力装置(6)、上搅拌动力装置(21)和下搅拌动力装置(14)均为伺服电机。

5.根据权利要求1所述的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述下旋转机体(11)和上旋转机体(18)端面均具有旋转刻度尺，所述旋转刻度尺用于显示下焊接机体(12)和上焊接机体(19)相对于下水平伸缩装置(10)轴线的旋转角度。

6.根据权利要求1所述的一种上下同步重载型搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述上机体(15)与上旋转机体(18)之间设置有水平导柱(32)，所述下机体(8)与下旋转机体(11)之间设置有水平导柱(32)，所述水平导柱(32)长度方向与下水平伸缩装置(10)轴线平行，所述上旋转机体(18)和下旋转机体(11)可在水平导柱(32)上滑动。

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