CN113500286B - 大截面纵横双向力封闭摩擦焊机及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

一种大截面纵横双向力封闭摩擦焊机及其工作方法，结构合理，能够有效地解决大截面尺寸同种材料的摩擦焊接问题，为电解铝行业提高焊接质量、缩短焊接时间、节约能源消耗、提高企业经济效益。焊机整体为卧式结构，包括：变频主电机(1)、主轴箱(4)、液压夹具(5)、导杆联动夹具(6)、工作台(7)、顶锻装置(9)、机座(10)、电控发讯装置(11)。顶锻装置推动工作台纵向移动，当钢爪与钢梁残留钢爪接触后，启动变频主电机，通过主轴带动液压夹具中的钢爪高速旋转，与钢梁残留钢爪生成大量的摩擦热，达到焊接温度后，钢爪停止转动，对钢爪钢梁施加顶锻力，一段时间后导杆钢梁沿纵向相反方向移动，将焊好的新钢爪从液压夹具中取出。

Description

大截面纵横双向力封闭摩擦焊机及其工作方法
技术领域
本发明涉及焊接设备的技术领域，尤其涉及一种大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，以及该大截面纵横双向力封闭摩擦焊机的工作方法，其主要用于解决大截面尺寸且同种材料的摩擦焊接。
背景技术
电解铝装备中电解阳极是由炭块、钢爪与铝导杆构成，其中钢爪在电解铝液过程中，会出现烧蚀或变形，需将其割除后，将新钢爪重新焊接到钢爪钢梁上。目前多采用手工弧焊或爆炸焊等焊接方式，存在的问题是焊接时间长，焊接质量不稳定，劳动强度大，耗能大，成本高，成为制约铝行业节能、降耗、减排、增效的瓶颈问题。
为了解决上述问题，可以采用大截面尺寸的摩擦焊接机，但是在焊接时焊接面积大、钢钢材料相互间的摩擦力矩大、顶锻力大。因而存在整机工作时受力大、体积大、惯性大、整机的动态性能要求较高等技术难点。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，其结构合理，能够有效地解决大截面尺寸同种材料的摩擦焊接问题，为电解铝行业提高焊接质量、缩短焊接时间、节约能源消耗、提高企业经济效益。
本发明的技术方案是：这种大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，其整体为卧式结构，包括：变频主电机(1)、主轴箱(4)、液压夹具(5)、导杆联动夹具(6)、工作台(7)、顶锻装置(9)、机座(10)、电控发讯装置(11)；
主轴箱(4)、工作台(7)、顶锻装置(9)安装在机座(10)上；
变频主电机的输出通过主轴箱的输出轴联结摩擦焊机主轴；待焊的新钢爪插入液压夹具(5)定位，由主轴内部的液压装置夹紧；
电解导杆放在导杆联动夹具(6)上定位，以液压缸作为动力源夹紧电解导杆，导杆联动夹具固定在工作台上，通过工作台的横向移动，使待焊部位与摩擦焊机主轴轴心对齐；所述工作台的位移移动量由工作台的伺服电机和电控发讯装置(11)来驱动和检测；
顶锻装置(9)推动工作台(7)纵向移动，当钢爪与钢梁残留钢爪接触后，启动变频主电机(1)，通过主轴带动液压夹具(5)中的钢爪高速旋转，与钢梁残留钢爪产生强烈的摩擦并生成大量的摩擦热，当摩擦温度达到焊接温度后，钢爪停止转动，由顶锻系统(9)
对钢爪钢梁施加足够的顶锻力，保压一段时间后，导杆钢梁在导杆联动夹具(6)下的工作台(7)驱动下，沿纵向相反方向移动，将焊好在钢梁上的新钢爪从液压夹具(5)中取出，完成电解导杆其中一个钢爪的焊接任务。
本发明通过电解导杆放在导杆联动夹具上定位，以液压缸作为动力源夹紧电解导杆，导杆联动夹具固定在工作台上，通过工作台的横向移动，使待焊部位与摩擦焊机主轴轴心对齐，待焊的新钢爪插入液压夹具定位，由主轴内部的液压装置夹紧，顶锻装置推动工作台纵向移动，当钢爪与钢梁残留钢爪接触后，启动变频主电机，通过主轴带动液压夹具中的钢爪高速旋转，随着顶锻装置的慢速纵向驱动，钢爪与钢梁残留钢爪之间产生强烈的摩擦并生成大量的摩擦热，当摩擦温度达到焊接温度后，钢爪停止转动，由顶锻系统对钢爪钢梁施加足够的顶锻力，保压一段时间后，导杆钢梁在导杆联动夹具下的工作台驱动下，沿纵向相反方向移动，将焊好在钢梁上的新钢爪从液压夹具中取出，完成电解导杆其中一个钢爪的焊接任务，因此结构合理，能够有效地解决大截面尺寸同种材料的摩擦焊接问题，为电解铝行业提高焊接质量、缩短焊接时间、节约能源消耗、提高企业经济效益。
还提供了一种大截面纵横双向力封闭摩擦焊机的工作方法，其包括以下步骤：
(1)电解导杆放在导杆联动夹具上定位，其上的钢梁压块将钢梁压紧，并在数控程序的控制下，通过移动导杆联动夹具下的工作台横向移动，使待焊部位与摩擦焊机主轴轴心对齐；
(2)待焊的新钢爪插入液压夹具定位，由主轴内部的夹具油缸夹紧；
(3)顶锻装置的油缸活塞推动工作台在电气控制下纵向移动；
(4)当钢爪与钢梁残留钢爪接触后，启动变频主电机，通过联轴器和主轴箱带动液压夹具中的钢爪高速旋转，慢速移动工作台上的钢爪与钢梁残留钢爪产生强烈的摩擦并生成大量的摩擦热，当摩擦温度达到焊接温度后，钢爪停止转动；
(5)由顶锻系统对钢爪钢梁施加足够的顶锻力，保压一段时间后，导杆钢梁在导杆联动夹具下的工作台驱动下，沿纵向相反方向移动，将焊好在钢梁上的新钢爪从液压夹具中取出，完成电解导杆其中一个钢爪的焊接任务。
附图说明
图1示出了根据本发明的大截面纵横双向力封闭摩擦焊机的主视图。
图2示出了图1的大截面纵横双向力封闭摩擦焊机的俯视图。
具体实施方式
如图1-2所示，这种大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，其整体为卧式结构，包括：变频主电机1、主轴箱4、液压夹具5、导杆联动夹具6、工作台7、顶锻装置9、机座10、电控发讯装置11；
主轴箱4、工作台7、顶锻装置9安装在机座10上；变频主电机的输出通过主轴箱的输出轴联结摩擦焊机主轴；待焊的新钢爪插入液压夹具5定位，由主轴内部的液压装置夹紧；
电解导杆放在导杆联动夹具6上定位，以液压缸作为动力源夹紧电解导杆，导杆联动夹具固定在工作台上，通过工作台的横向移动，使待焊部位与摩擦焊机主轴轴心对齐；所述工作台的位移移动量由电控发讯装置11来驱动和检测；
顶锻装置9推动工作台7纵向移动，当钢爪与钢梁残留钢爪接触后，启动变频主电机1，通过主轴带动液压夹具5中的钢爪高速旋转，顶锻装置9驱动工作台7上的钢爪慢速纵向移动，与钢梁残留钢爪产生强烈的摩擦并生成大量的摩擦热，当摩擦温度达到焊接温度后，钢爪停止转动，由顶锻系统9对钢爪钢梁施加足够的顶锻力，保压一段时间后，导杆钢梁在导杆联动夹具6下的工作台7驱动下，沿纵向相反方向移动，将焊好在钢梁上的新钢爪从液压夹具5中取出，
完成电解导杆其中一个钢爪的焊接任务。
本发明通过电解导杆放在导杆联动夹具上定位，以夹具液压缸作为动力源夹紧电解导杆，导杆联动夹具固定在工作台上，通过工作台的横向移动，使待焊部位与摩擦焊机主轴轴心对齐，待焊的新钢爪插入液压夹具定位，由主轴内部的液压装置夹紧，顶锻装置推动工作台纵向移动，当钢爪与钢梁残留钢爪接触后，启动变频主电机，通过主轴带动液压夹具中的钢爪高速旋转，与钢梁残留钢爪产生强烈的摩擦并生成大量的摩擦热，当摩擦温度达到焊接温度后，钢爪停止转动，由顶锻系统对钢爪钢梁施加足够的顶锻力，保压一段时间后，导杆钢梁在导杆联动夹具下的工作台驱动下，沿纵向相反方向移动，将焊好在钢梁上的新钢爪从液压夹具中取出，完成电解导杆其中一个钢爪的焊接任务，因此结构合理，能够有效地解决大截面尺寸同种材料的摩擦焊接问题，为电解铝行业提高焊接质量、缩短焊接时间、节约能源消耗、提高企业经济效益。
优选地，该大截面纵横双向力封闭摩擦焊机还包括上拉梁8，主轴箱4通过上拉梁8与顶锻装置9、机座10连成框架结构，构成力封闭结构。
优选地，所述主轴箱4和顶锻装置9的箱体底部均安装有凸键。通过凸键使主轴箱4和顶锻装置9沿机座10长度方向定位，并承受较大的顶锻力，使主轴箱4、上拉梁8、顶锻装置9、机座10构成力封闭结构。
优选地，变频主电机1通过螺钉固定于单独的电机底座12上。这样使得变频主电机的工作不受其它部件的影响，亦不影响其它部件的工作。
优选地，该大截面纵横双向力封闭摩擦焊机还包括夹具油缸，其设在主轴尾部，液压夹具5的夹紧力来自于夹具油缸。
优选地，该大截面纵横双向力封闭摩擦焊机还包括联轴器2，变频主电机的输出经联轴器驱动主轴箱的输出轴。
优选地，所述工作台由伺服电机驱动做横向直线运动。
优选地，所述顶锻装置9包括：油缸活塞杆部件、支座、油缸。
还提供了一种大截面纵横双向力封闭摩擦焊机的工作方法，其包括以下步骤：
(1)电解导杆放在导杆联动夹具上定位，其上的钢梁压块将钢梁压紧，并在数控程序的控制下，通过移动导杆联动夹具下的工作台横向移动，使待焊部位与摩擦焊机主轴轴心对齐；
(2)待焊的新钢爪插入液压夹具定位，由主轴内部的夹具油缸夹紧；
(3)顶锻装置的油缸活塞推动工作台在电气控制下纵向移动；
(4)当钢爪与钢梁残留钢爪接触后，启动变频主电机，通过联轴器和主轴箱带动液压夹具中的钢爪高速旋转，顶锻装置驱动工作台上的钢爪慢速纵向移动，与钢梁残留钢爪产生强烈的摩擦并生成大量的摩擦热，当摩擦温度达到焊接温度后，钢爪停止转动；
(5)由顶锻系统对钢爪钢梁施加足够的顶锻力，保压一段时间后，导杆钢梁在导杆联动夹具下的工作台驱动下，沿纵向相反方向移动，将焊好在钢梁上的新钢爪从液压夹具中取出，完成电解导杆其中一个钢爪的焊接任务。
更进一步地，液压夹具中继续放入新钢爪，工作台在程序的控制下横向移动一段钢爪间距，导杆联动夹具上的钢梁残留钢爪待焊部位与摩擦焊机主轴轴心再一次对齐，开始钢爪摩擦焊接的操作循环。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，其特征在于：其整体为卧式结构，包括：变频主电机（1）、主轴箱（4）、液压夹具（5）、导杆联动夹具（6）、工作台（7）、顶锻装置（9）、机座（10）、电控发讯装置（11）；
主轴箱（4）、工作台（7）、顶锻装置（9）安装在机座（10）上；变频主电机的输出通过主轴箱的输出轴联结摩擦焊机主轴；待焊的新钢爪插入液压夹具（5）定位，由主轴内部的液压装置夹紧；
电解导杆放在导杆联动夹具（6）上定位，以液压缸作为动力源夹紧电解导杆，导杆联动夹具固定在工作台上，通过工作台的横向移动，使待焊部位与摩擦焊机主轴轴心对齐；所述工作台的位移移动量由工作台的伺服电机和电控发讯装置（11）来驱动和检测；
顶锻装置（9）推动工作台（7）纵向移动，当钢爪与钢梁残留钢爪接触后，启动变频主电机（1），通过主轴带动液压夹具（5）中的钢爪高速旋转，在钢梁残留钢爪和待焊钢爪之间产生强烈的摩擦并生成大量的摩擦热，当摩擦温度达到焊接温度后，钢爪停止转动，由顶锻装置（9）对钢爪钢梁施加足够的顶锻力，保压一段时间后，导杆钢梁在导杆联动夹具（6）下的工作台（7）驱动下，沿纵向相反方向移动，将焊好在钢梁上的新钢爪从液压夹具（5）中取出，完成电解导杆其中一个钢爪的焊接任务；
该大截面纵横双向力封闭摩擦焊机还包括上拉梁（8），主轴箱（4）通过上拉梁（8）与顶锻装置（9）、机座（10）连成框架结构，构成力封闭结构；
所述主轴箱（4）和顶锻装置（9）的箱体底部均安装有凸键，通过凸键使主轴箱（4）和顶锻装置（9）沿机座（10）长度方向定位，并承受较大的顶锻力，使主轴箱（4）、上拉梁（8）、顶锻装置（9）、机座（10）构成力封闭结构。
2.根据权利要求1所述的大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，其特征在于：变频主电机（1）通过螺钉固定于单独的电机底座（12）上。
3.根据权利要求2所述的大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，其特征在于：该大截面纵横双向力封闭摩擦焊机还包括夹具油缸，其设在主轴尾部，液压夹具（5）的夹紧力来自于夹具油缸。
4.根据权利要求3所述的大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，其特征在于：该大截面纵横双向力封闭摩擦焊机还包括联轴器（2），变频主电机的输出经联轴器驱动主轴箱的输出轴。
5.根据权利要求4所述的大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，其特征在于：所述工作台由伺服电机驱动做纵向直线运动和横向直线运动。
6.根据权利要求5所述的大截面纵横双向力封闭摩擦焊机，其特征在于：所述顶锻装置（9）包括：油缸活塞杆部件、支座、油缸。
7.根据权利要求1所述的大截面纵横双向力封闭摩擦焊机的工作方法，其特征在于：其包括以下步骤：
（1）电解导杆放在导杆联动夹具上定位，其上的钢梁压块将钢梁压紧，并在数控程序的控制下，通过移动导杆联动夹具下的工作台横向移动，使待焊部位与摩擦焊机主轴轴心对齐；
（2）待焊的新钢爪插入液压夹具定位，由主轴内部的夹具油缸夹紧；
（3）顶锻装置的油缸活塞推动工作台在电气控制下纵向移动；
（4）当钢爪与钢梁残留钢爪接触后，启动变频主电机，通过联轴器和主轴箱带动液压夹具中的钢爪高速旋转，与钢梁残留钢爪产生强烈的摩擦并生成大量的摩擦热，当摩擦温度达到焊接温度后，钢爪停止转动；
（5）由顶锻装置对钢爪钢梁施加足够的顶锻力，保压一段时间后，导杆钢梁在导杆联动夹具下的工作台驱动下，沿纵向相反方向移动，将焊好在钢梁的新钢爪从液压夹具中取出，完成电解导杆其中一个钢爪的焊接任务。
8.根据权利要求7所述的大截面纵横双向力封闭摩擦焊机的工作方法，其特征在于：液压夹具中继续放入新钢爪，工作台横向移动一段钢爪间距，导杆联动夹具上的钢梁残留钢爪待焊部位与摩擦焊机主轴轴心再一次对齐，开始钢爪摩擦焊接的操作循环。
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