[发明专利]一种惯性摩擦焊机

说明书

技术领域

本发明涉及一种惯性摩擦焊接设备，具体涉及一种可用于圆环形零件与圆柱形、圆管形零件进行圆周面上的径向惯性摩擦焊接的设备。

背景技术

惯性摩擦焊是一种典型的摩擦焊接工艺，常规的惯性摩擦焊主要用于实现焊件的轴向端面连接，所用设备通常称为轴向惯性摩擦焊机，该设备主要由机械系统、液压系统、电气控制系统三部分组成。其中机械系统指主机床身部分，主要包含主轴箱、旋转夹具、移动夹具、移动夹具油缸、滑台、辅助稳定推力油缸与底座，主轴箱内主要有传动主轴、旋转夹具油缸和活塞等。液压系统包括电动机、液压泵、油箱以及各种方向、压力和流量控制阀；电气控制系统包括强、弱电控制，强电控制系统对液压站电机、传动主轴电机进行驱动，弱电控制系统根据设定的焊接程序与焊接过程中的触发信号，控制液压站中的电磁阀，实现焊接过程的顺序控制。

在轴向的惯性摩擦焊接中，旋转焊件经旋转夹具油缸加压固定在旋转夹具上，旋转夹具与一组飞轮相连，移动焊件经移动夹具油缸加压固定在移动夹具上；焊接时，先由电机、传送带、传动主轴将飞轮加速到一定的转速，以动能形式储存所需的能量，随后移动焊件在滑台主推力油缸作用下向旋转焊件靠拢，压紧后，储存的动能在两工件端面接触处通过摩擦逐渐转换为热能，接头温度升高，而飞轮转速不断降低，最后停止转动，经过保压，两工件连接在一起，焊接结束。

目前，尚无专用的径向惯性摩擦焊接设备，在采用惯性摩擦焊技术实现圆柱形、管形零件与环形零件的径向连接时，一般都是在轴向惯性摩擦焊机、即常规惯性摩擦焊机上利用该设备摩擦焊加压系统，通过专用工装变向，实现径向加压；该专用工装用于夹持环形焊件，通常主要由推力部分、夹持部分、轴承和支撑部分组成，并和移动夹具与滑台轴向主推力油缸相连。方法是将轴向惯性摩擦焊机的主推力油缸作为主动力，环形焊件装夹在移动夹具上的专用工装内，圆柱或圆管焊状的焊件夹持在旋转夹具端，通过专用工装将移动夹具端的轴向加压系统主推力油缸输出的轴向推力转变为径向压力，对移动焊件实现径向加压。具体焊接时，环形焊件夹持在专用工装的爪夹部位，旋转夹具高速旋转；轴向加压系统主推力油缸推动滑台、环形焊件以及专用工装一起向前运动，当专用工装中的限位装置与旋转夹具端旋转焊件接触后，专用工装的夹持部分停止向前运动，此时在轴向加压系统主推力油缸作用下，滑台和专用工装的推力部分仍继续向前运动，在专用工装内产生了相对移动，带动夹持部分开始做径向运动，直到环形焊件与旋转夹具端管件或棒接触，产生摩擦；随着滑台和推力套的继续前进，径向顶锻压力的输入，最终实现两焊件的连接。用这类设备作径向惯性摩擦焊接，原轴向惯性摩擦焊机移动夹具端的夹具夹紧油缸不起作用，焊接是利用设备的轴向加压的主推力油缸实现，焊接过程中专用夹具将承受全部轴向推力；因此，采用这类设备在完成径向惯性摩擦焊的过程中存在的问题是：

1)当采用该方法在轴向掼性摩擦焊机上进行直径大于60mm、较重的圆形工件的径向焊接时，较重的圆形工件夹持在旋转夹具端，工件的高速旋转增加了焊接过程中夹持的难度和焊接的危险。

2)常规惯性摩擦焊机主轴箱内传动主轴为实心结构，其前端直径增大并在内腔开槽做成油缸，油缸与一法兰结构的圆盘构成密封的缸体，缸体与卡盘连接；活塞中空，内置顶柱，并与顶柱紧配合，顶柱外圆紧配合连接套，旋转夹具工装与连接套螺纹连接。焊接时，活塞先向后移动，通过工装的回收实现工件夹紧，由电机、传送带驱动传动主轴，油缸缸体与法兰结构的圆盘带动卡盘和工装旋转，工装通过连接套带动活塞旋转。这种结构由于油缸与传动主轴做成一体，油缸小，活塞移动距离短，无法实现旋转过程中大流量的压力调整；无法满足大直径工件的径向掼性焊接时，工装夹持部分径向移动距离的需要。

3)专用工装装置靠莫氏椎度夹紧，一直处于自由状态，不能使环圆形焊件在工装装置中的任意位置准确定位，容易使管件径向变形；且专用工装装置需要承受较大的轴向力，结构复杂，装卸费时费力复杂。

4)在轴向惯性摩擦焊机上进行径向惯性摩擦焊，夹持在环形焊件上的径向压力由主推力油缸实施，主推力油缸在推动专用工装装置的同时，滑台也随之向前运动，因此在专用工装装置与移动夹具端主轴相连的后端留有一定的空间，焊接过程中圆柱、圆管形焊件的端部处于悬臂状态，旋转夹具夹持扭矩无法克服焊接时焊接扭矩的影响，易造成被夹持的圆柱、圆管形焊件的表面拉伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单合理，使用安全、方便的可用于圆环形零件与圆柱形、圆管形零件进行圆周面上的径向掼性摩擦焊接的设备。