CN205147577U

CN205147577U - 一种高频率线性摩擦焊接设备

Info

Publication number: CN205147577U
Application number: CN201520874425.5U
Authority: CN
Inventors: 龚玉兵; 王善林; 柯黎明
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2025-11-05

Abstract

本实用新型涉及一种高频率线性摩擦焊接设备。它包括动力系统、传动机构、振动机构、夹持机构、加压系统、导轨及机身。动力系统包括变频控制器、电源，传动机构包括圆弧同步带轮A、齿轮、轴A、轴B、圆弧同步带轮B、深沟球轴承B、轴承座、圆螺母、安装棒，振动机构包括凸轮、深沟球轴承A、支座B、振动体、螺帽、轴C，夹持机构包括夹具1、夹具2、滑台、支座A。本实用新型结构简单，操作方便，成本低，效率高，采用特殊的双凸轮来完成工件的振动，与已往的线性摩擦焊机往复运动机构相比，使得焊接摩擦频率提高了两倍，并且可通过增加凸轮的方式来获得更高的频率，满足了线性摩擦焊接对高频率的需求。

Description

一种高频率线性摩擦焊接设备

技术领域

本实用新型属于焊接技术领域，涉及一种高频率线性摩擦焊接设备。

背景技术

线性摩擦焊接是在摩擦焊原理的基础上开发的一种焊接新技术，不使用另外的连接件或结合剂就能将可以将方形、圆形、多边形截面的金属或塑料材料焊接在一起，它具有优质、高效、低耗环保的优点，满足了企业自动化生产的需求。线性摩擦焊接凭借其灵活、可靠的特点，扩展了摩擦焊在非轴对称工件中的应用，国内外已经开展了大量线性摩擦焊的设备、工艺检测研究。近年来，线性摩擦焊技术由于在航空发动机整体叶盘(尤其是空心叶片连接在轮盘上)的制造、修复中占有独一无二的优势，在国外受到了广泛地关注并取得了长远的发展。

线性摩擦焊的基本原理：待焊工件被往复机构驱动着，相对于另一侧被固定的工件表面以一定的频率和振幅进行相对运动，工件接合面在垂直于往复运动方向的压力下接触并互相摩擦；随着摩擦运动的进行，摩擦热使得摩擦表面的金属逐渐达到粘塑性状态并产生变形；然后控制两工件迅速对中并施加顶锻压力，工件完成焊接。线性摩擦焊接过程中，振动频率和摩擦压力是影响摩擦焊接质量的主要因素，当振动频率和摩擦压力增加时，焊接热输入量也相应增加。由于焊接件变形的不均匀性，压力过大则会影响焊接件往复运动的稳定性，同时也会使焊接件飞边增大，因此，不能采用太大的压力值。摩擦时间也是线性摩擦焊接过程中的一个重要参数，但延长摩擦时间不是增加热量输入的最有效方法。因为热传导、对流及高温塑性焊接件的挤出等因素的存在，使得焊接过程中存在一热输入热输出的平衡点。在热平衡之前，增加摩擦时间对增加热输入有效，而在热平衡点之后，增加摩擦时间对热输入作用不大。在确保往复运动稳定的情况下，提高振动频率是增加热输入量和提高焊缝质量最有效的方法。

目前，线性摩擦焊机有电磁式、液压式和机械式几种类型，电磁式和液压式结构复杂、成本太高，机械式虽然结构简单、成本低，但振动装置采用双连杆或单摇臂机构，不仅故障率高，而且振动频率低。因此，为了满足广大市场的需求，发明研制国内外具有振动频率高、结构简单、成本低的线性摩擦焊机具有重大实际意义。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种结构简单、成本低、振动频率高的线性摩擦焊接设备的装置。

本实用新型的技术方案是：一种高频率线性摩擦焊接设备，它包括动力系统、传动机构、振动机构、夹持机构、加压系统、导轨及机身；其特征在于：动力系统包括控制器、电源，传动机构包括圆弧同步带轮A、齿轮、轴A、轴B、圆弧同步带轮B、深沟球轴承B、轴承座、圆螺母、安装棒，振动机构包括凸轮、深沟球轴承A、支座B、振动体、螺帽、轴C，夹持机构包括夹具1、夹具2、滑台、支座A；夹具1安装在振动机构上，振动机构安装在导轨A上，导轨A固定在机身上，夹具2安装在滑台上，滑台安装在导轨B上，导轨B固定在机身上，加压系统一端固定在机身上，另一端固定在支座A上，支座A固定在滑台上，加压系统推动滑台沿导轨B滑动，传动机构固定在机身的一端，由动力系统提供能源。

本实用新型所述的振动机构包括深沟球轴承A、支座B、振动体、螺帽、轴C，其特征是深沟球轴承A通过轴C安装在支座B，并用螺帽固定，支座B固定在振动体上。

本实用新型所述的动力系统，电源采用三相交流减速电机，通过控制器调节电机转速，改变工件摩擦频率，设定工件的摩擦时间。

本实用新型所述的传动机构，齿轮分别安装在轴A、轴B上，圆弧同步带轮A连接动力系统与轴A上的齿轮，圆弧同步带轮B连接轴A及轴B上的齿轮，振动机构上的凸轮分别安装在轴A及轴B上，并用圆螺母固定，安装时用安装棒来保持两凸轮相互垂直，轴A及轴B上分别安装深沟球轴承B，深沟球轴承B分别安装在轴承座上，轴承座固定在机身上。

本实用新型所述的振动机构，所述的深沟球轴承A与凸轮相切，深沟球轴承A通过轴C安装在支座B，并用螺帽固定，支座B固定在振动体上。

本实用新型所述的夹持机构，所述的夹具可以根据工件的形状和大小来调整。

本实用新型所述的加压系统，所述的加压采用PLC控制气缸提供顶锻力和摩擦力。

本实用新型的技术效果是：该装置结构简单，操作方便，成本低，振动频率高。一般的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成高副结构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件作等速回转运动；从动件是与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做直线运动，凸轮旋转一周，从动件往复运动一次，并且只能是在垂直方向。本实用新型利用凸轮机构的特点自行设计了凸轮装置，该装置采用双凸轮机构，其凸轮轮廓轨迹是沿圆周运动，振动机构上的两个轴承始终有一个与其中一个凸轮相切，从而带动振动体做往复直线运动，凸轮旋转一周，振动体往复运动两次。与已往的线性摩擦焊机往复运动机构相比，使得焊接摩擦频率提高了两倍，并且可通过增加凸轮机构来获得更高的频率，满足了线性摩擦焊接对高频率的需求。设备主要由动力系统、传动机构、振动机构、夹持机构、加压系统、导轨及机身组成。振动机构由动力系统提供动力源，通过调节变频器控制电源转速的方式来改变振动体的振动频率，从而可满足不同阶段的焊接过程对频率变化的要求；加压系统采用标准型气缸，其作用是在焊接过程中施加摩擦压力及顶锻压力，摩擦压力为0～2.5kN，顶锻压力为0～50kN，摩擦顶锻时间为0～90秒。通过双凸轮装置将动力系统提供给传动机构的旋转运动转换成往复运动，使得夹持机构在双凸轮装置的作用下沿着导轨做往复运动，往复运动的摩擦频率在0Hz～250Hz之间变化，焊件间的振幅为±3mm，工件定位精度为±0.1mm，适合不同具有塑性的材料焊接。

附图说明

图1为本实用新型线性摩擦焊机基本结构示意图。

图2为本实用新型动力系统、振动机构及传动机构的示意图。

图3为本实用新型传动机构及振动机构的装配图一。

图4为本实用新型传动机构及振动机构的装配图二。

在图中，1、导轨A2、振动机构3、夹具4、待焊工件5、滑台6、支座A7、导轨B8、气缸加压系统9、机身10、传动机构11、控制器12、电源13、圆弧同步带轮A14、齿轮15、轴A16、轴B17、深沟球轴承B18、轴承座19、凸轮20、圆弧同步带轮B21、振动体22、支座B23、深沟球轴承A24、圆螺母25、安装棒26、螺帽27、轴C。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是这样来实现的，线性摩擦焊机，它包括导轨A[1]、振动机构[2]、夹具[3]、待焊工件[4]、滑台[5]、支座A[6]、导轨B[7]、气缸加压系统[8]、机身[9]及传动机构[10]；夹具1固定在导轨A[1]往复运动结构上，夹具2[3]固定在导轨B[6]滑台上，气缸加压系统[7]一端固定在机身[8]上另一端固定在滑台上的支座[5]上，气缸加压系统[7]推动滑台沿导轨B[6]滑动，夹具1[3]安装在振动机构[10]上，振动机构[10]安装在导轨A[1]上，导轨A[1]固定在机身[9]上，夹具2[3]安装在滑台[5]上，滑台[5]安装在导轨B[7]上，导轨B[7]固定在机身[9]上，气缸加压系统[8]一端固定在机身[9]上，另一端固定在支座A[6]上，支座A[6]固定在滑台[5]上，气缸加压系统[8]推动滑台[5]沿导轨B[6]滑动，可给焊件施加摩擦压力及顶锻压力，传动机构[10]固定在机身[9]的一端。

如图2-图4所示，本实用新型所述的振动机构[2]包括振动体[21]、支座B[22]、深沟球轴承A[23]、螺帽[26]、轴C[27]，深沟球轴承A[23]通过轴C[27]安装在支座B[22]，并用螺帽[26]固定，支座B[22]固定在振动体[21]上；所述的传动机构[10]包括控制器[11]、电源[12]、圆弧同步带轮A[13]、齿轮[14]、轴A[15]、轴B[16]、深沟球轴承B[17]、轴承座[18]、凸轮[19]、圆弧同步带轮B[20]，圆螺母[24]、安装棒[25]；控制器[11]连接在电源[12]上，齿轮[14]分别安装在轴A[15]、轴B[16]及电源[12]上，圆弧同步带轮A[13]连接电源[12]上的齿轮[14]及轴A[15]上的齿轮[14]，圆弧同步带轮B[20]连接轴A[15]及轴B[16]上的齿轮[14]，凸轮[19]分别安装在轴A[15]及轴B[16]上，并用圆螺母[24]固定，安装时用安装棒[25]来调整两凸轮的位置，轴A[15]及轴B[16]上分别安装深沟球轴承B[17]，深沟球轴承B[17]分别安装在轴承座[18]上，轴承座[18]固定在机身[9]上。启动控制器[11]驱动电源[12]旋转，电源[12]通过圆弧同步带轮A[13]带动轴A[15]旋转，轴A[15]通过圆弧同步带轮B[20]带动轴B[16]旋转，再通过轴A[15]和轴B[16]上的凸轮[19]带动振动机构[10]上的深沟球轴承A[23]，从而带动振动体[21]沿导轨A[1]作前后往复运动。

本实用新型的工作原理：焊接前，输入规范参数，将待焊的往复运动焊件和移动焊件分别安装在夹具中，并提供可安装不同焊接夹具的平台，以满足不同工件的装夹要求；焊接时，往复运动焊件在振动机构作用下往复运动，振动机构上的两个轴承始终有一个与其中的凸轮相切，凸轮旋转一周，振动体往复运动两次；移动焊件在气缸加压系统驱动下向往复运动焊件移动。当焊件接触后，在摩擦界面上发生摩擦，并产生摩擦热，使得焊接面两侧温度升高；当输入所需要的规范参数达到设定条件时，焊件摩擦加热到适合温度，焊合区金属发生粘塑性流动，关闭控制器，电源停止，同时传动机构使焊件对中，气缸加压系统作用施加顶锻压力，在顶锻过程中，焊合区金属通过再结晶与相互扩散使两侧金属牢固焊接在一起，从而完成整个焊接过程。

Claims

1.一种高频率线性摩擦焊接设备，它包括动力系统、传动机构、振动机构、夹持机构、加压系统、导轨及机身；其特征在于：动力系统包括控制器、电源，传动机构包括圆弧同步带轮A、齿轮、轴A、轴B、圆弧同步带轮B、深沟球轴承B、轴承座、圆螺母、安装棒，振动机构包括凸轮、深沟球轴承A、支座B、振动体、螺帽、轴C，夹持机构包括夹具1、夹具2、滑台、支座A；夹具1安装在振动机构上，振动机构安装在导轨A上，导轨A固定在机身上，夹具2安装在滑台上，滑台安装在导轨B上，导轨B固定在机身上，加压系统一端固定在机身上，另一端固定在支座A上，支座A固定在滑台上，加压系统推动滑台沿导轨B滑动，传动机构固定在机身的一端，由动力系统提供能源。

2.根据权利要求1所述的一种高频率线性摩擦焊接设备，其特征在于：动力系统上的电源采用三相交流减速电机。

3.根据权利要求1所述的一种高频率线性摩擦焊接设备，其特征在于：传动机构上的齿轮分别安装在轴A、轴B上，圆弧同步带轮A连接动力系统与轴A上的齿轮，圆弧同步带轮B连接轴A及轴B上的齿轮，振动机构上的凸轮分别安装在轴A及轴B上，并用圆螺母固定，安装时用安装棒来保持两凸轮相互垂直，轴A及轴B上分别安装深沟球轴承B，深沟球轴承B分别安装在轴承座上，轴承座固定在机身上。

4.根据权利要求1所述的一种高频率线性摩擦焊接设备，其特征在于：所述振动机构上的深沟球轴承A与凸轮相切，深沟球轴承A通过轴C安装在支座B，并用螺帽固定，支座B固定在振动体上。

5.根据权利要求1所述的一种高频率线性摩擦焊接设备，其特征在于：夹持机构上的夹具根据工件的形状和大小来调整。