CN113857646B - 一种适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，包括步骤一：根据目标零件的结构来加工待焊零件的装夹台，在装夹台两侧面上均对称加工有多个安装孔；步骤二，根据装夹台的外形加工与其适配的工装夹具，在工装夹具上加工有与安装孔适配的多个球形凸起；步骤三，在待焊零件的两侧均装配有工装夹具，并使得各球形凸起与各安装孔对应装配后，通过螺钉将待焊零件固定在两个工装夹具之间，通过在待焊零件上加工多个安装孔与工装夹具上加工对应的球形凸起适配，从而对待焊零件进行固定，可防止待焊零件在焊接过程中发生偏摆，保证待焊零件在焊接过程中的焊接力和顶锻力均由多个球形凸起承受，因此可实现待焊零件的无压缩变形和无压缩应力。

Description

一种适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法。

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方法，主要应用于钛合金零件的制造，其焊接原理见图1，焊件2在垂直方向上以一定频率和振幅实现线性振动；焊件1在水平方向顶锻力的作用下和焊件2端面接触，在接触面上发生高频摩擦产生热量，随着温度升高，接触面材料发生软化并被挤出，当挤出达到一定程度时，快速停止振动，并施加顶锻力，将两个焊件连接为一体，完成焊接过程。

实际线性摩擦焊接时，也会存在不同形状的零件之间的焊接。如图2所示，是一种需要焊接的零件，将一件板形零件和T形零件焊接为一体。板形零件就是图1中的“焊件2”，安装在振动侧；T形零件就是图1中的“焊件1”，安装在顶锻侧，由于板形零件存在垂直方向上的运动，故对板形零件需要通过工装夹具进行固定，如图3所示，在板形零件上设计出与工装夹具配合固定的装夹台以及与T形零件焊接的焊接台，装夹台的作用是实现板形零件在夹具中的定位和固定，焊接过程中，焊接负载力很大，负载力包括垂直方向(振动方向)的焊接力和水平方向(顶锻方向)的顶锻力，其中装夹台A面承受顶锻力，装夹台B面承受垂直方向的焊接力，而焊接台的作用是焊接过程中摩擦生热，并被摩擦缩短一部分。

焊接过程中，焊接负载力很大，负载力包括垂直方向(振动方向)的焊接力和水平方向(顶锻方向)的顶锻力，所以，需要通过装夹台来实现对板形零件的可靠固定，目前常用的固定方式如图4所示，板形零件的夹具支持面和工装夹具接触，当板形零件的焊接台端面受到顶锻力作用时，工装夹具对板形零件起到支撑作用，顶锻力最终传递到夹具；在工装夹具中施加向下的夹紧力，将板形零件在垂直方向上可靠固定，用来抵抗焊接力，但该装夹台的结构与工装夹具的固定方式存在待焊零件受压变形和产生内部应力的问题，待焊零件的装夹台尺寸大、浪费材料的问题以及待焊零件的装夹台加工精度高和加工工作量大的问题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

如图3和图4所示，发明人发现当装夹台受垂直方向的夹紧力时，装夹台将被压缩，产生一定的压缩变形，压缩变形属于弹性变形，在压力消除后弹性变形会完全恢复。压缩变形量可通过公式ΔL＝(N*H)/(E*A)(ΔL：压缩变形量；N：压力；H：装夹台振动方向的高度；E：材料弹性模量；A：压缩面积)计算，装夹台在夹紧力作用下，除了产生压缩变形，同时在装夹台内部产生压缩应力，在焊接过程中，板形零件和T形零件在摩擦热作用下连接为一体，焊缝部位的材料在摩擦热作用下压缩应力消失，焊接完成后，当松开夹具后，夹紧力消除，焊缝部位以外材料的弹性压缩变形会恢复，对焊缝产生拉伸应力作用，装夹台高度H较小时，压紧后产生的压缩变形量较小，对焊缝产生的拉伸应力较小，当装夹台高度H较大时，压紧后产生的压缩变形较大，对焊缝产生的拉伸应力较大，甚至会导致焊缝处产生内部裂纹。

发明人还发现在装夹台的高度H不变的情况下，为了减少装夹台在夹紧力作用下的变形，就要增大装夹台的宽度B和长度L的尺寸，且高度H越大，宽度和长度的尺寸也增加的越大，会导致板形零件的毛坯尺寸显著增大，材料浪费较多，也必然增大了后续的材料去除量，增大了材料成本和后续加工成本。

发明人还发现板形零件通过装夹台A面承受顶锻力，当装夹台A面平面度较差时，板形零件会发生偏转，导致板形零件最外侧偏转量最大，当板形零件的L0(即板形零件远离装夹台的一端距离装夹台A面的垂直距离)越大时，偏转现象越明显。为了减小最外侧偏转，就要提高装夹台A面平面度加工精度，增大了工作量和加工成本，故本发明实施例提供一种适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，通过螺栓将在待焊零件上加工的多个安装孔与在工装夹具上加工对应的球形凸起适配以及在待焊零件侧面与在工装夹具上加工的夹持面贴紧，从而对待焊零件进行固定，可防止待焊零件在焊接过程中发生偏摆，保证待焊零件在焊接过程中的焊接力和顶锻力均由多个球形凸起承受，由于设置多个球形凸起，使得总载荷分散到每个球形凸起的力就较小，因此可实现待焊零件的无压缩变形、无压缩应力，同时减小装夹台尺寸、减少加工工作量，提高效率，降低加工成本。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，包括步骤如下：步骤一：根据目标零件的结构来加工待焊零件的装夹台，在所述装夹台两侧面上均对称加工有多个安装孔；步骤二，根据所述装夹台的外形加工与其适配的工装夹具，在所述工装夹具上加工有与所述安装孔适配的多个球形凸起；步骤三，在所述待焊零件的两侧均装配有所述工装夹具，并使得各所述球形凸起与各所述安装孔对应装配后，通过螺钉将所述待焊零件固定在两个所述工装夹具之间。

进一步地，所述步骤二中还包括在所述工装夹具上加工用于所述待焊零件与所述工装夹具装配固定后与所述待焊零件的侧面贴合接触的夹持面。

进一步地，所述步骤一中还包括在所述装夹台上加工所述安装孔的半径R小于所述装夹台的长度S，且长度S与半径R的差值为2mm-3mm。

进一步地，在所述待焊零件上还加工有零件本体与焊接台，所述零件本体与所述焊接台分别设于所述装夹台的两侧。

进一步地，所述侧面设于所述零件本体上。

进一步地，各所述安装孔呈相互平行的两列布置于所述装夹台上。

进一步地，在所述步骤二中还包括在所述工装夹具的所述夹持面的两侧均加工有安装面，在所述工装夹具与所述待焊零件完成装配后，所述夹持面相比所述安装面更靠近所述待焊零件的所述零件本体。

进一步地，所述球形凸起设置在至少一个所述安装面上。

进一步地，在所述步骤二中还包括在所述工装夹具上加工至少两个用于安装所述螺钉的螺纹孔。

(3)有益效果

综上，本发明通过螺栓将在待焊零件上加工的多个安装孔与在工装夹具上加工对应的球形凸起适配，保证待焊零件在焊接过程中的焊接力和顶锻力均由多个球形凸起承受，由于设置多个球形凸起，使得总载荷分散到每个球形凸起的力就较小，使得装夹台在垂直方向上受力很小，因此解决了现有技术中需要对待焊零件在焊接前施加一个垂直方向上的夹紧力以固定待焊零件的方式，从而实现待焊零件的无压缩变形和无压缩应力。

通过在工装夹具上加工用于待焊零件与工装夹具装配固定后与待焊零件的侧面贴合接触的夹持面，从而对待焊零件进行固定，可防止待焊零件在焊接过程中发生偏摆。

通过在装夹台上加工的安装孔的半径小于该装夹台的长度，可以减小装夹台尺寸、减少加工工作量，提高效率，降低加工成本。

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是现有技术的线性摩擦焊接工艺的原理图。

图2是现有技术为板形零件与T形零件焊接一体的结构示意图。

图3是现有技术的板形零件焊前设计的结构示意图。

图4是现有技术的板形零件的受力示意图。

图5是本发明的待焊零件的结构示意图。

图6是本发明的工装夹具的结构示意图。

图7是本发明的待焊零件与工装夹具的装配示意图。

图8是图7的B-B的剖视图。

图9是图7的A-A的剖视图。

图中：

1-待焊零件；11-装夹台；12-焊接台；13-零件本体；14-侧面；111-安装孔；

2-工装夹具；21-球形凸起；22-夹持面；23-安装面；24-螺纹孔。

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。

图5是本发明实施例的一种发明的待焊零件的结构示意图，图6是本发明的工装夹具的结构示意图，图7是本发明的待焊零件与工装夹具的装配示意图，如图5-图7所示，该适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法包括以下步骤：步骤一：根据目标零件的结构来加工待焊零件1的装夹台11，在装夹台11两侧面上均对称加工有多个安装孔111；步骤二，根据装夹台11的外形加工与其适配的工装夹具2，在工装夹具2上加工有与安装孔111适配的多个球形凸起21；步骤三，在待焊零件1的两侧均装配有工装夹具2，并使得各球形凸起21与各安装孔111对应装配后，通过螺钉将待焊零件1固定在两个工装夹具2之间，该安装孔111可以是呈半球型状的凹孔，该球形凸起21可以是呈半球型状的凸块。

本发明通过螺栓将在待焊零件上加工的多个安装孔与在工装夹具上加工对应的球形凸起适配，保证待焊零件在焊接过程中的焊接力和顶锻力均由多个球形凸起承受，由于设置多个球形凸起，使得总载荷分散到每个球形凸起的力就较小，使得装夹台在垂直方向上受力很小，因此解决了现有技术中需要对待焊零件在焊接前施加一个垂直方向上的夹紧力以固定待焊零件的方式，从而实现待焊零件的无压缩变形和无压缩应力。

作为一种优选实施方式，如图5所示，该步骤一中还包括在装夹台11上加工安装孔111的半径R小于装夹台11的长度S，且长度S与半径R的差值为2mm-3mm，通过在装夹台11上加工的安装孔的半径R小于该装夹台11的长度S，可以减小装夹台尺寸、减少加工工作量，提高效率，降低加工成本。

作为另一种优选实施方式，如图6所示还包括在工装夹具2上加工用于待焊零件1与工装夹具2装配固定后使得待焊零件1的侧面14贴合接触的夹持面22。通过在工装夹具上加工用于待焊零件与工装夹具装配固定后与待焊零件的侧面贴合接触的夹持面，从而对待焊零件进行固定，可防止待焊零件在焊接过程中发生偏摆(即防止零件左右摆动)。

作为其他可选实施方式。

优选地，如图5所示，在待焊零件1上还加工有零件本体13与焊接台12，该零件本体13与该焊接台12分别设于装夹台11的两侧，且该侧面14设于零件本体13上，各安装孔111呈相互平行的两列布置于装夹台11上。

优选地，如图6-图9所示，在步骤二中还包括在工装夹具2的夹持面22的两侧均加工有安装面23，在工装夹具2与待焊零件1完成装配后，该夹持面22相比该安装面23更靠近待焊零件1的零件本体13。

优选地，如图6所示，该球形凸起21设置在至少一个安装面23上，在步骤二中还包括在工装夹具2上加工至少两个用于安装螺钉的螺纹孔24。

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。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 (8)

1.一种适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一：根据目标零件的结构来加工待焊零件(1)的装夹台(11)，在所述装夹台(11)两侧面上均对称加工有多个安装孔(111)；

步骤二，根据所述装夹台(11)的外形加工与其适配的工装夹具(2)，在所述工装夹具(2)上加工有与所述安装孔(111)适配的多个球形凸起(21)；

步骤三，在所述待焊零件(1)的两侧均装配有所述工装夹具(2)，并使得各所述球形凸起(21)与各所述安装孔(111)对应装配后，通过螺钉将所述待焊零件(1)固定在两个所述工装夹具(2)之间；

所述步骤二中还包括在所述工装夹具(2)上加工用于所述待焊零件(1)与所述工装夹具(2)装配固定后与所述待焊零件(1)的侧面(14)贴合接触的夹持面(22)。

2.根据权利要求1所述的适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，其特征在于，所述步骤一中还包括在所述装夹台(11)上加工所述安装孔(111)的半径R小于所述装夹台(11)的长度S，且长度S与半径R的差值为2mm-3mm。

3.根据权利要求1所述的适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，其特征在于，在所述待焊零件(1)上还加工有零件本体(13)与焊接台(12)，所述零件本体(13)与所述焊接台(12)分别设于所述装夹台(11)的两侧。

4.根据权利要求3所述的适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，其特征在于，所述侧面(14)设于所述零件本体(13)上。

5.根据权利要求1所述的适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，其特征在于，各所述安装孔(111)呈相互平行的两列布置于所述装夹台(11)上。

6.根据权利要求3所述的适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，其特征在于，在所述步骤二中还包括在所述工装夹具(2)的所述夹持面(22)的两侧均加工有安装面(23)，在所述工装夹具(2)与所述待焊零件(1)完成装配后，所述夹持面(22)相比所述安装面(23)更靠近所述待焊零件(1)的所述零件本体(13)。

7.根据权利要求6所述的适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，其特征在于，所述球形凸起(21)设置在至少一个所述安装面(23)上。

8.根据权利要求7所述的适用于线性摩擦焊接的待焊零件的固定方法，其特征在于，在所述步骤二中还包括在所述工装夹具(2)上加工至少两个用于安装所述螺钉的螺纹孔(24)。

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