CN115592254A - 一种摩擦焊接设备及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摩擦焊接设备及焊接方法，涉及摩擦焊领域。该摩擦焊接设备，包括底座，所述底座的上表面外围包覆焊接有机壳，所述底座的上表面一侧安装有主轴箱，所述底座的上表面中部安装有顶锻油缸，所述底座的上表面另一侧安装有直线运动模组，所述底座的顶部后侧设有熔铁切削机构，所述机壳的顶壁一侧靠近主轴箱的正上方位置处安装有横流风机，所述机壳的上表面两侧均设有散热窗，所述机壳的前端中部活动连接有防护门，所述机壳的前端一侧安装有控制器。通过增加检测机构在进行焊接前对夹持的工件进行夹持力检测，提高焊接过程中的安全性，整体结构采用机台式结构，增加防护门，给操作人员带来便利。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦焊领域，具体为一种摩擦焊接设备及焊接方法。
背景技术
摩擦焊，是指利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形而进行焊接的方法，在压力作用下，是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。
相较于传统焊接方式，摩擦焊具有诸多优点，首先接头的焊接质量好、稳定，其次摩擦焊不仅可以焊接普通的异种钢，还可以焊接常温和高温机械、物理性能差别很大的异种钢和异种金属，且焊件尺寸精度高，摩擦焊的工作场地卫生，没有火花、弧光及有害气体，有利于环境保护。
但是目前用于摩擦焊的设备也还存在一些缺陷，首先主轴上的夹具对于工件的夹持力如果不足，容易导致工件甩出，造成事故发送，其次主轴在运转过程中温度极高，如果不小心触碰到零件或机体，会对人体造成伤害，且零件在焊接完成后，需要利用刀具切削掉凸起的熔铁，这个过程容易损坏到刀具，最后无法根据所需焊接的工件种类调整主轴的转速，在焊接一些高硬度零件时，无法掌握具体的焊接情况。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种摩擦焊接设备及焊接方法，解决了，的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种摩擦焊接设备及焊接方法，包括底座，所述底座的上表面外围包覆焊接有机壳，所述底座的上表面一侧安装有主轴箱，所述底座的上表面中部安装有顶锻油缸，所述底座的上表面另一侧安装有直线运动模组，所述底座的顶部后侧设有熔铁切削机构，所述机壳的顶壁设有检测机构，所述机壳的顶壁一侧靠近主轴箱的正上方位置处安装有横流风机，所述机壳的上表面两侧均设有散热窗，所述机壳的前端中部活动连接有防护门，所述机壳的前端一侧安装有控制器。
优选的，所述底座内部还设有冷却液储存箱和增压泵，所述增压泵的输入端与冷却液储存箱内部相连通，所述增压泵的输出端安装有导液软管且导液软管的末端贯穿底座的表面并通过支架连接在熔铁切削机构的旋转刀架上。
优选的，所述直线运动模组包括第一导轨、第一滑架、安装架和固定夹具，所述第一导轨设有两条且分别焊接在底座的上表面前后侧，所述第一滑架活动连接在第一导轨上，所述第一滑架上表面安装有安装架，所述安装架的中部安装有固定夹具，所述安装架的顶部还安装有红外测温仪。
优选的，所述主轴箱的主轴驱动端安装有旋转夹具，所述顶锻油缸的驱动端安装有推杆，所述推杆的末端通过浮动接头连接在第一滑架上。
优选的，所述熔铁切削机构包括X轴运动模组和Y轴运动模组，所述X轴运动模组包括导轨、减速电机、滚珠丝杠、滑动架，所述Y轴运动模组包括导轨、液压推杆、旋转刀架和刀具，所述Y轴运动模组安装在X轴运动模组的滑动架上。
优选的，所述检测机构包括第二导轨和液压缸，所述第二导轨设有两条且分别焊接在机壳的顶壁前后侧，所述第二导轨上活动连接有第二滑架，所述液压缸安装在机壳的顶壁上靠近第二导轨的一侧，所述液压缸的驱动端安装有拉杆且拉杆的末端通过浮动接头安装在第二滑架上，所述拉杆的中部安装有拉力检测仪。
优选的，所述第二滑架的底端安装有升降油缸，所述升降油缸的驱动端安装有固定架，所述固定架形状设置为U形且前后端均安装有夹紧油缸，所述夹紧油缸的驱动端均贯穿固定架外表面并安装有夹套。
一种焊接方法，包括如下步骤：
步骤一：将待摩擦焊的两个工件分别安装在旋转夹具和固定夹具上；
步骤二：通过检测机构7对工件进行夹持力检测，通过拉力检测仪反馈拉力数据至控制器上，保持工件在1200-1500N的拉力状态下工件不松动即可；
步骤三：关闭防护门，操作控制器启动主轴箱3带动旋转夹具高速旋转，顶锻油缸控制固定夹具缓慢靠近旋转夹具，当两个工件接触后，产生摩擦加热效果，开始摩擦焊过程，顶锻油缸控制固定夹具持续缓慢移动，期间通过红外测温仪观察焊接温度来调整主轴转速，当变形量达到2-2.5mm左右，主轴箱停止转动；
步骤四：等待20s-40s使工件焊接处冷却，操作控制器启动熔铁切削机构，将焊接处溢出的熔铁切除，期间增压泵将冷却液从导液软管喷出，对焊接处进行快速冷却，同时横流风机对主轴箱进行快速散热；
步骤五：控制旋转夹具松开工件，顶锻油缸控制固定夹具后退，随后打开防护门，控制固定夹具松开工件后，取下工件即可。
本发明提供了一种摩擦焊接设备及焊接方法。具备以下有益效果：
1、本发明通过增加检测机构在进行焊接前对夹持的工件进行夹持力检测，达到标准后再进行摩擦焊操作，可以大大提高焊接过程中的安全性，有效防止工件被甩出的情况，避免事故发生。
2、本发明在焊接完成后，利用横流风机对主轴箱进行散热，利用熔铁切削机构切削凸出的熔铁时，利用导液软管喷淋冷却液，可以快速冷却焊接处，防止高温的熔铁对刀具造成损坏，也提高后期取件的安全性。
3、本发明通过增加红外测温仪来实时检测焊接过程中的温度，根据焊接产生的温度来调整主轴箱的转速，从而更好的适应不同种类工件的焊接需求，整体结构采用机台式结构，增加防护门，可以提高安全性，给操作人员带来便利。
附图说明
图1为本发明的立体示意图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明中机壳的内部示意图；
图4为本发明中升降油缸的示意图。
其中，1、底座；2、机壳；3、主轴箱；301、旋转夹具；4、顶锻油缸；401、推杆；5、直线运动模组；501、第一导轨；502、第一滑架；503、安装架；504、固定夹具；505、红外测温仪；6、熔铁切削机构；7、检测机构；701、第二导轨；702、第二滑架；703、液压缸；704、拉杆；705、拉力检测仪；706、升降油缸；707、固定架；708、夹紧油缸；709、夹套；8、冷却液储存箱；9、增压泵；10、导液软管；11、横流风机；12、散热窗；13、防护门；14、控制器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
实施例：
如图1-4所示，本发明实施例提供一种摩擦焊接设备及焊接方法，包括底座1，底座1的上表面外围包覆焊接有机壳2，底座1的上表面一侧安装有主轴箱3，内部设有电机驱动机构和变速箱，方便控制转速，底座1的上表面中部安装有顶锻油缸4，用于施加顶锻压力，底座1的上表面另一侧安装有直线运动模组5，方便固定夹具504的移动稳定性，底座1的顶部后侧设有熔铁切削机构6，用于切削焊接完成后凸起的熔铁，机壳2的顶壁设有检测机构7，用于检测工件的夹持力，机壳2的顶壁一侧靠近主轴箱3的正上方位置处安装有横流风机11，用于对主轴箱3进行散热，机壳2的上表面两侧均设有散热窗12，机壳2的前端中部活动连接有防护门13，防护作用，机壳2的前端一侧安装有控制器14，主要控制中心。
本实施例中，底座1内部还设有冷却液储存箱8和增压泵9，增压泵9的输入端与冷却液储存箱8内部相连通，内部设有储存液，增压泵9的输出端安装有导液软管10且导液软管10的末端贯穿底座1的表面并通过支架连接在熔铁切削机构6的旋转刀架上，跟随刀具的位置移动，方便在切削熔铁时进行冷却。
进一步的，直线运动模组5包括第一导轨501、第一滑架502、安装架503和固定夹具504，用于固定工件，第一导轨501设有两条且分别焊接在底座1的上表面前后侧，第一滑架502活动连接在第一导轨501上，提高运动的稳定性，第一滑架502上表面安装有安装架503，安装架503的中部安装有固定夹具504，安装架503的顶部还安装有红外测温仪505，用于检测焊接过程中产生的温度。
进一步的，主轴箱3的主轴驱动端安装有旋转夹具301，可以为传统的三爪卡盘式夹具，顶锻油缸4的驱动端安装有推杆401，推杆401的末端通过浮动接头连接在第一滑架502上，用于对施加顶锻压力。
进一步的，熔铁切削机构6包括X轴运动模组和Y轴运动模组，X轴运动模组包括导轨、减速电机、滚珠丝杠、滑动架，Y轴运动模组包括导轨、液压推杆、旋转刀架和刀具，Y轴运动模组安装在X轴运动模组的滑动架上。
进一步的，检测机构7包括第二导轨701和液压缸703，第二导轨701设有两条且分别焊接在机壳2的顶壁前后侧，第二导轨701上活动连接有第二滑架702，液压缸703安装在机壳2的顶壁上靠近第二导轨701的一侧，液压缸703的驱动端安装有拉杆704且拉杆704的末端通过浮动接头安装在第二滑架702上，拉杆704的中部安装有拉力检测仪705。
进一步的，第二滑架702的底端安装有升降油缸706，升降油缸706的驱动端安装有固定架707，固定架707形状设置为U形且前后端均安装有夹紧油缸708，夹紧油缸708的驱动端均贯穿固定架707外表面并安装有夹套709。
具体的，升降油缸706控制固定架707下降到工件上方，夹紧油缸708控制夹套709将工件夹紧，随后液压缸703控制拉杆704拉动第二滑架702，随着液压缸703的不断用力，利用拉力检测仪705检测拉力，在1200-1500N的拉力状态下工件不松动既表示工件夹持稳定，此情况是在工件为金属工件时的标准压力，在其与种类的工件如塑料工件时，可以根据情况进行检测标准的更改。
一种焊接方法，包括如下步骤：
步骤一：将待摩擦焊的两个工件分别安装在旋转夹具301和固定夹具504上；
具体的，在安装完成后，可以采用检测仪检测工件夹持的水平度，保证焊接过程准确高效进行。
步骤二：通过检测机构7对工件进行夹持力检测，通过拉力检测仪705反馈拉力数据至控制器14上，保持工件在1200-1500N的拉力状态下工件不松动即可；
具体的，升降油缸706控制固定架707下降到工件上方，夹紧油缸708控制夹套709将工件夹紧，随后液压缸703控制拉杆704拉动第二滑架702，随着液压缸703的不断用力，利用拉力检测仪705检测拉力，在1200-1500N的拉力状态下工件不松动既表示工件夹持稳定，此情况是在工件为金属工件时的标准压力，在其与种类的工件如塑料工件时，可以根据情况进行检测标准的更改。
步骤三：关闭防护门，操作控制器14启动主轴箱3带动旋转夹具301高速旋转，顶锻油缸4控制固定夹具504缓慢靠近旋转夹具301，当两个工件接触后，产生摩擦加热效果，开始摩擦焊过程，顶锻油缸4控制固定夹具504持续缓慢移动，期间通过红外测温仪505观察焊接温度来调整主轴转速，当变形量达到2-2.5mm左右，主轴箱3停止转动；
具体的，主轴箱3控制旋转夹具301高速旋转，金属类工件控制转速在4000-4500r/min，随后顶锻油缸4控制固定夹具504缓慢靠近旋转夹具301进行摩擦焊工作。
步骤四：等待20s-40s使工件焊接处冷却，操作控制器14启动熔铁切削机构6，将焊接处溢出的熔铁切除，期间增压泵9将冷却液从导液软管喷出，对焊接处进行快速冷却，同时横流风机11对主轴箱3进行快速散热；
具体的，熔铁切削机构6内的Y轴移动机构先控制刀具对其工件边缘处，随后主轴箱3再次控制旋转夹具301高速旋转，X轴移动机构在控制刀具横向移动，即可完成对凸起熔铁的切削目的。
步骤五：控制旋转夹具301松开工件，顶锻油缸4控制固定夹具504后退，随后打开防护门13，控制固定夹具504松开工件后，取下工件即可。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种摩擦焊接设备，包括底座（1），其特征在于：所述底座（1）的上表面外围包覆焊接有机壳（2），所述底座（1）的上表面一侧安装有主轴箱（3），所述底座（1）的上表面中部安装有顶锻油缸（4），所述底座（1）的上表面另一侧安装有直线运动模组（5），所述底座（1）的顶部后侧设有熔铁切削机构（6），所述机壳（2）的顶壁设有检测机构（7），所述机壳（2）的顶壁一侧靠近主轴箱（3）的正上方位置处安装有横流风机（11），所述机壳（2）的上表面两侧均设有散热窗（12），所述机壳（2）的前端中部活动连接有防护门（13），所述机壳（2）的前端一侧安装有控制器（14）。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦焊接设备，其特征在于：所述底座（1）内部还设有冷却液储存箱（8）和增压泵（9），所述增压泵（9）的输入端与冷却液储存箱（8）内部相连通，所述增压泵（9）的输出端安装有导液软管（10）且导液软管（10）的末端贯穿底座（1）的表面并通过支架连接在熔铁切削机构（6）的旋转刀架上。
3.根据权利要求1所述的一种摩擦焊接设备，其特征在于：所述直线运动模组（5）包括第一导轨（501）、第一滑架（502）、安装架（503）和固定夹具（504），所述第一导轨（501）设有两条且分别焊接在底座（1）的上表面前后侧，所述第一滑架（502）活动连接在第一导轨（501）上，所述第一滑架（502）上表面安装有安装架（503），所述安装架（503）的中部安装有固定夹具（504），所述安装架（503）的顶部还安装有红外测温仪（505）。
4.根据权利要求3所述的一种摩擦焊接设备，其特征在于：所述主轴箱（3）的主轴驱动端安装有旋转夹具（301），所述顶锻油缸（4）的驱动端安装有推杆（401），所述推杆（401）的末端通过浮动接头连接在第一滑架（502）上。
5.根据权利要求1所述的一种摩擦焊接设备，其特征在于：所述熔铁切削机构（6）包括X轴运动模组和Y轴运动模组，所述X轴运动模组包括导轨、减速电机、滚珠丝杠、滑动架，所述Y轴运动模组包括导轨、液压推杆、旋转刀架和刀具，所述Y轴运动模组安装在X轴运动模组的滑动架上。
6.根据权利要求1所述的一种摩擦焊接设备，其特征在于：所述检测机构（7）包括第二导轨（701）和液压缸（703），所述第二导轨（701）设有两条且分别焊接在机壳（2）的顶壁前后侧，所述第二导轨（701）上活动连接有第二滑架（702），所述液压缸（703）安装在机壳（2）的顶壁上靠近第二导轨（701）的一侧，所述液压缸（703）的驱动端安装有拉杆（704）且拉杆（704）的末端通过浮动接头安装在第二滑架（702）上，所述拉杆（704）的中部安装有拉力检测仪（705）。
7.根据权利要求6所述的一种摩擦焊接设备，其特征在于：所述第二滑架（702）的底端安装有升降油缸（706），所述升降油缸（706）的驱动端安装有固定架（707），所述固定架（707）形状设置为U形且前后端均安装有夹紧油缸（708），所述夹紧油缸（708）的驱动端均贯穿固定架（707）外表面并安装有夹套（709）。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述摩擦焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将待摩擦焊的两个工件分别安装在旋转夹具（301）和固定夹具（504）上；
步骤二：通过检测机构7对工件进行夹持力检测，通过拉力检测仪（705）反馈拉力数据至控制器（14）上，保持工件在1200-1500N的拉力状态下工件不松动即可；
步骤三：关闭防护门，操作控制器（14）启动主轴箱3带动旋转夹具（301）高速旋转，顶锻油缸（4）控制固定夹具（504）缓慢靠近旋转夹具（301），当两个工件接触后，产生摩擦加热效果，开始摩擦焊过程，顶锻油缸（4）控制固定夹具（504）持续缓慢移动，期间通过红外测温仪（505）观察焊接温度来调整主轴转速，当变形量达到2-2.5mm左右，主轴箱（3）停止转动；
步骤四：等待20s-40s使工件焊接处冷却，操作控制器（14）启动熔铁切削机构（6），将焊接处溢出的熔铁切除，期间增压泵（9）将冷却液从导液软管喷出，对焊接处进行快速冷却，同时横流风机（11）对主轴箱（3）进行快速散热；
步骤五：控制旋转夹具（301）松开工件，顶锻油缸（4）控制固定夹具（504）后退，随后打开防护门（13），控制固定夹具（504）松开工件后，取下工件即可。
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| CN117600643A (zh) * | 2024-01-22 | 2024-02-27 | 安百拓(张家口)建筑矿山设备有限公司 | 一种旋转摩擦焊接设备及方法 |
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2022
- 2022-11-01 CN CN202211353115.XA patent/CN115592254A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117600643A (zh) * | 2024-01-22 | 2024-02-27 | 安百拓(张家口)建筑矿山设备有限公司 | 一种旋转摩擦焊接设备及方法 |
| CN117600643B (zh) * | 2024-01-22 | 2024-05-07 | 安百拓(张家口)建筑矿山设备有限公司 | 一种旋转摩擦焊接设备及方法 |
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