Машина для сварки трением тел вращения


 


Владельцы патента RU 2506146:

Яцкевич Анатолий Александрович (RU)
Штернин Лев Александрович (RU)

Машина может быть использована при изготовлении сваркой трением сложных металлических изделий из разнородных материалов. Привод вращения и торможения шпинделя машины выполнен в виде установленного соосно на шпинделе гидравлического двигателя. Гидростанция оснащена насосом переменной производительности с регулятором управления скоростью вращения и торможения шпинделя и золотниками, соединенными гидролиниями с гидроприводами шпинделя, каретки, зажимных устройств и устройства для удаления грата. Задняя бабка смонтирована на каретке на двух линейных силовых направляющих качения с возможностью перемещения вдоль оси вращения шпинделя. Устройство для удаления грата установлено на корпусе зажимного устройства задней бабки. Пульт управления соединен электрическими линиями с золотниками гидростанции. Установка и отсчет пространственного положения рабочего инструмента относительно свариваемых деталей производится по магнитной линейке расположенной на станине. Машина обеспечивает повышение надежности и снижение износа движущихся частей при экстремальных нагрузках в процессе сварки за счет применения гидроприводов для вращения шпинделя и в зажимных устройствах, а также быструю переналадку при переходе с одного изделия на другое. 1 ил.

 

Машина для сварки трением тел вращения относится к области производственного станочного сварочного оборудования, используемого при изготовлении сложных металлических изделий из разнородных металлов. Качество сварного соединения в процессе сварки зависит от величины нагрева, определяемого величиной осевого усилия при сдавливании соединяемых деталей и от мгновенности прекращения взаимного вращения при остановке процесса сварки. Это достигается соответствующими конструктивными решениями узлов и агрегатов таких машин. Основными преимуществами сварки трением является минимальное время, занимаемое процессом сварки, высокий коэффициент полезного действия, а значит малое значение потребляемой энергии и мощности и стабильно воспроизводимое, высокое качество сварного соединения.

Так типовая машина для сварки трением тел вращения состоит из станины, на которой установлены передняя бабка со шпинделем и зажимным устройством и задняя подвижная бабка. Между бабками на направляющих установлена подвижная траверса с цанговым зажимом для невращающейся свариваемой детали. Передняя бабка оснащена механизмом вращения со шпинделем и прижимным устройством. Электропривод вращения шпинделя текстропной передачей, позволяющей обеспечить быструю остановку шпинделя при его торможении в момент прекращения процесса нагрева. Правый зажим, с устройством крепления неподвижной заготовки, установлен на задней бабке перемещаемой и поджимающей не вращающуюся заготовку к торцу вращающейся заготовки рабочим осевым усилием. Усилие контакта торцов деталей создается приводом траверсы, установленной на задней бабке, на которой смонтирован механизм для создания осевого усилия, той или иной конструкции.

Наиболее близкими аналогами по технической сущности и достигаемому эффекту принята конструкция, описанная в авторском свидетельстве на полезную модель №93721.

В описанных свидетельствах машины для сварки трением, состоят из станины на которой смонтирована передняя бабка со шпинделем, оснащенным приводом вращения. Для быстрой остановки шпинделя используется сложная стартстопная клиноременная передача, что позволяет производить остановку шпинделя не повреждая электропривод. На станине также установлена задняя стойка. Передняя бабка и задняя стойка соединены направляющими, по которым перемещается подвижная траверса с цанговым зажимом для невращающейся свариваемой детали. В задней бабке установлен привод осевого давления с зажимным устройством для вращающейся детали.

В результате анализа конструкции известных машин необходимо отметить, что наличие двух ходовых винтов, расположенных с двух сторон относительно механизма зажима стойки, исключает перекос невращающейся детали в процессе сварки изделия. Однако при контакте торцов деталей возможно возникновение биения, обусловленного неровностью их торцов и недостаточной жесткостью механизма, выполненною на ходовых винтах, что также приводит к нарушению соосности свариваемых деталей и, как следствие, снижению качества сварки.

Целью настоящего изобретения является, улучшение динамических характеристик машины для сварки трением стержневых и трубчатых деталей, повышение качества сварных соединений деталей, выполненных из разнородных материалов; расширение ассортимента изготавливаемых на станке данной конструкции сварных изделий при существенном упрощении конструкции машины.

Сущность заявленного изобретения состоит в том, что машина для сварки трением тел вращения, включает в себя гидростанцию и пульт управления. Сама машина содержит станину, переднюю бабку со шпинделем и встроенным зажимными устройством для закрепления вращающейся заготовки. Правый зажим с устройством для закрепления невращающейся заготовки, установлен на задней бабке в направляющих на станине. Механизм перемещения правого зажима в виде двух симметрично расположенных силовых гидроцилиидров со штоками установлен на станине. Устройство для удаления грата размещено на корпусе заднего зажима. В машине установлена гидростанция с насосом переменной производительности с регулятором скорости вращения и торможения, пульт управления, соединен гидролиниями с гидроприводом шпинделя каретки и зажимными устройствами, а гидравлический привод вращения шинделя установлен на шпиндель. Корпус правого зажима размещен на каретке, с возможностью перемещения вдоль оси вращения, на двух линейных силовых направляющих, а управление разгоном, вращением и торможением производится переключением золотников установленных в пульте управления и соединеными электрическими линиями. Изменение скорости вращения шпинделя достигается использованием в гидравлической системе машины насоса переменной производительности с регулятором, установленным в гидростанции машины. Управление всеми режимами машины производится с пульта управления по программе там же размещенной.

Конструкция машины для сварки трением тел вращения поясняется графическим материалом, на фигуре 1, общий вид. Обозначения принятые в фигуре 1:

1. Станина.

2. Передняя бабка

3. Шпиндель.

4. Зажимное устройство.

5. Гидропривод.

6. Задняя бабка.

7. Направляющие.

8. Каретка.

9. Гидростанция.

10. Силовые гидроцилиндры.

11. Штоки.

12. Люнет.

13. Пульт управления.

14. Гидронасос с регулятором.

15. Соединительные линии (рукава).

16. Датчик давления.

17. Золотник.

18. Датчик положения.

19. Устройство для удаления грата.

На фигуре 1 изображена машина для сварки трением. В состав машины входят гидростанция 9, соединенная с гидролиниями с гидроприводом 5, силовыми гидроцилиндрами 10 каретки 8, зажимными устройствами 4 и пультом управления 13, к которому подсоединены датчики положения 18 и давления 16, установленные на машине. Управление агрегатами машины производится с пульта управления 13 с помощью золотников 17, установленных в пульте управления 13.

Машина для сварки трением состоит из станины 1, на которой стационарно установлена передняя бабка 2 со шпинделем 3, оснащенным гидроприводом 5. В шпинделе 3 установлено цанговое зажимное устройство 4 на гидравлике для закрепления свариваемой детали. На станине 1 с возможностью перемещения по направляющим 7 на каретке 8 смонтирована задняя бабка 6, на которой установлено гидравлическое зажимное устройство 4 для закрепления второй свариваемой детали. Привод перемещения задней бабки 6 выполнен в виде двух силовых гидроцилиндров 10, закрепленных на станине 1, а их штоки 11 соединены с задней бабкой 6 с двух сторон относительно бабки 6. Цанги зажимных устройств передней бабки 2 и задней бабки 6 установлены соосно друг другу и расположены по продольной оси станины. Гидропривод 5, зажимные устройства шпинделя 3 и задней бабки 6 соединены гидравлическими линиями (рукавами) 15, через золотники 17, I с гидронасосом с регулятором 14, установленным в гидростанции 9. Золотники 17 подключены к пульту управления 13 электрическими связями и управляются по программе размещенной в пульте управления 13.

Работу машины рассмотрим на примере сварки трением биметаллического переходника из стальной и алюминиевой деталей. Машина для сварки трением работает следующим образом: Более твердая (стальная) деталь устанавливается в цангу зажимного устройства 4 шпинделя 3, а алюминиевая - в цангу зажимного устройства 4 задней бабки 6 Детали в цангах закрепляются при подаче сигнала с пульта управления 13 на гидравлические зажимные устройства 4. После закрепления деталей в зажимных устройствах 4. с пульта управления 13 включается гидронасос с регулятором 14 и приводится во вращение шпиндель 3 с деталью. Далее начинается движение каретки 8 с задней бабкой 6 за счет подачи рабочей среды в силовые гидроцилиндры 10 по соединительным линиям (рукавам) 15 и выдвижение штоков 11. Штоки перемещают заднюю бабку 6 с деталью из алюминия до контакта с торцом стальной детали. Усилие контакта деталей отслеживают датчиком давления 16. С момента контакта торцов деталей начинается процесс сварки. Нагрев торцов свариваемых заготовок фиксируется или по времени, или по перемещению менее твердой заготовки за счет выдавливания ее металла в грат. После завершения цикла нагрева по программе, резко останавливается гидропривод 5 со шпинделем 3 и одновременно включается удвоенное давление на силовые гидроцилиндры 10. То есть, проводится осадка заготовок. Далее, после остывания места сварки, удаляют грат с помощью устройства для удаления грата 19, установленного на задней бабке 6. После завершения этой операции разжимают цангу 1, расположенную на задней бабке. Отводят заднюю бабку 6 в исходное положение и извлекают сваренное изделие.

Использование в машине в качестве привода гидравлического двигателя позволило соединить привод и торможение в одном механизме и тем самым улучшить динамические характеристики разгона и торможения при сварке деталей, что существенно увеличило качество сварного соединения.

Управление разгоном, вращением шпинделя е заданной скоростью и его торможением производится переключением золотников в питающих соединительных линиях гидравлического двигателя, а изменение скорости вращения шпинделя достигается использованием в гидравлической системе машин переменной производительности с регулятором.

Качество свариваемых деталей улучшено также за счет исключения их относительного биения, которое устранено точной установкой задней бабки 6 с кареткой 8 в направляющих 7 относительно шпинделя передней бабки, а также использованием в качестве привода задней бабки двух силовых гидроцилиндров 10 со штоками 11, симметрично установленными с двух сторон относительно задней бабки 6 на силовых направляющих 7.

Применение гидропривода для вращения шпинделя и гидравлики в зажимных устройствах: позволило расширить диапазон регулирования скорости вращения и торможения, обеспечить качественное сваривание деталей, изготовленных из разнородных материалов, с большим разбросом их диаметров.

Применение гидравлики во всех узлах повысило надежность машины, снизило износ движущихся частей станка при экстремальных нагрузках, возникающих в процессе сварки (режим торможения и давления при сжатии свариваемых деталей) и упростило конструкцию станка в целом. Это также позволило унифицировать автоматику приводных и зажимных устройств станка и обеспечить быструю переналадку машину при переходе с одного типоразмера изделия на другое.

Для делового контакта с автором обращаться по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Большая Монетная ул. дом 7, кв. 11. Рыбкин Анатолий Петрович. (812) 233-96-71

Машина для сварки трением тел вращения, содержащая станину, установленную на ней переднюю бабку со шпинделем, имеющим привод его вращения, снабженную встроенным зажимным устройством для закрепления вращающейся заготовки, установленную в направляющих на станине заднюю бабку с зажимным устройством для закрепления не вращающейся при сварке заготовки, оснащенную механизмом ее перемещения с помощью гидравлического привода, а также устройство для удаления грата, гидростанцию и пульт управления, отличающаяся тем, что привод вращения и торможения шпинделя выполнен в виде гидравлического двигателя, установленного соосно на шпинделе, гидростанция оснащена насосом переменной производительности с регулятором управления частотой вращения и торможения шпинделя и золотниками, соединенными гидролиниями с гидроприводами шпинделя, каретки, зажимных устройств и устройства для удаления грата, задняя бабка смонтирована на каретке на двух линейных силовых направляющих качения с возможностью перемещения вдоль оси вращения шпинделя, корпус зажимного устройства установлен на задней бабке, устройство для удаления грата установлено на корпусе зажимного устройства задней бабки, а пульт управления соединен электрическими линиями с золотниками гидростанции.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при сварке деталей, в частности, из титановых или медных сплавов, сталей. Инструмент в виде вращающегося с высокой скоростью рабочего сердечника из высокопрочного материала погружают в свариваемые детали и перемещают его по всей длине соединения.

Заявленные изобретения относятся к вариантам цельной конструкции и к способам их изготовления. Цельная конструкция включает многослойный металловолокнистый лист, содержащий неметаллические и металлические слои, крайний внутренний металлический слой и добавочный слой, присоединенный к крайнему внутреннему металлическому слою путем сварки трением с перемешиванием.

Способ включает соединение двух деталей. Каждая из деталей выполнена, по меньшей мере, с одним основанием.

Изобретение относится к авиационной промышленности, в частности к способу изготовления моноблочного лопаточного диска преимущественно для использования в роторе газотурбинного двигателя.

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноблочного лопаточного диска (блиска), преимущественно, для ротора газотурбинного двигателя. Получают лопатку с выступом, параметры которого обеспечивают присоединение к диску посредством линейной сварки трением.

Изобретение может использоваться при соединении сваркой трением тонколистовых конструкций, преимущественно из несвариваемых плавлением материалов толщиной от 0,5 до 2 мм.

Изобретение может быть использовано при изготовлении соединительной штанги, усиленной на всех ее участках за счет использования волокон разной длины. Изготавливают корпус (1) из металлического материала, усиленного длинными волокнами (5), ориентированными, главным образом, вдоль его продольной оси (X).

Изобретение относится к получению в деталях внутренних прямолинейных и криволинейных каналов, в том числе каналов, имеющих большую протяженность. .

Изобретение может быть использовано при изготовлении каркасно-панельных конструкций, а также конструкций типа тел вращения, например баков и обечаек. Предварительно погруженный в свариваемый стык вращающийся сварочный инструмент 1 перемещают по линии стыка соединяемых деталей 2. Осуществляют перемешивание материала, нагретого фрикционной теплотой до пластичного состояния. Процесс сварки осуществляют на опорном элементе 3 из материала, коэффициент теплопроводности которого выбирают равным 0,1-0,5 от теплопроводности свариваемого материала. Между опорным элементом 3 и свариваемым стыком 2 устанавливают подложку 4 из материала более твердого, чем свариваемый материал. На поверхности подложки 4, обращенной к корневой зоне 5 свариваемого стыка 2, размещают барьерный слой 6, препятствующий металлургическому взаимодействию свариваемого материала и подложки в зоне их контакта. Изобретение обеспечивает получение однородного по составу бездефектного сварного шва, свободного от корневого непровара. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано для фрикционной сварки перемешиванием вращающимся инструментом. Корпус инструмента снабжен на одном конце хвостовиком для закрепления в приводе вращения, а на другом конце - опорным буртом и рабочим стержнем. На наружной поверхности корпуса установлен коллектор, включающий устройство для подвода хладагента к корпусу инструмента. Корпус инструмента выполнен с герметичной внутренней полостью в форме усеченного конуса, расширяющегося в сторону опорного бурта и рабочего стержня, предназначенной для заливки в нее легкоиспаряющегося хладагента в количестве, обеспечивающем охлаждение инструмента путем теплопереноса за счет смены агрегатного состояния хладагента от зоны испарения до зоны его конденсации. Коллектор размещен вблизи хвостовика корпуса с возможностью охлаждения зоны конденсации. Хвостовик выполнен с каналом и снабжен вентилем и пробкой для герметизации упомянутой полости корпуса. Система охлаждения инструмента, испытывающего интенсивный нагрев в процессе обработки материалов, является эффективной и компактной. Рабочая зона инструмента свободна от коммуникаций и устройств охлаждения, препятствующих его вращению и перемещению. 2 ил.

Группа изобретений может быть использована при соединении концов металлических полос точечной сваркой трением, например, во входной зоне установки для обработки полос, в частности из алюминиевого сплава. В соответствии со способом соединения конец и начало полос позиционируют друг на друге с образованием нахлеста. Сначала фиксируют конец первой полосы (1) посредством зажимного устройства (15) на выходной стороне. Начало второй полосы (2) позиционируют поперек направления движения относительно конца первой полосы, например центрируют, и также фиксируют посредством зажимного устройства (14) на входной стороне. Или наоборот, сначала фиксируют начало второй полосы (2), а затем конец первой полосы (1) позиционируют поперек направления движения относительно начала второй полосы и фиксируют. Производят их сварку трением между собой в зоне нахлеста сварочной головкой (5) в нескольких сварных точках. Устройство содержит, по меньшей мере, один зажим (15) на выходной стороне для фиксации конца первой металлической полосы (1) и один зажим (14) на входной стороне для фиксации начала второй металлической полосы (2). Зажимное устройство (14) на входной стороне и/или зажимное устройство (15) на выходной стороне установлено с возможностью перемещения поперек направления движения полос. Способ и устройство имеют универсальное применение для соединения различных металлических сплавов без образования грата. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение может быть использовано при термической обработке сварных соединений, полученных линейной сваркой трением, в частности сварных соединений диска и лопаток, например дисков ротора в моноблоке с лопатками - блисков. Нагрев участка перехода от шва к основному металлу осуществляют аргонодуговой обработкой сварного соединения путем перемещения электрической дуги по поверхности сварного шва после окончания процесса линейной сварки трением и удаления выдавленного грата. Удельный тепловой поток и скорость перемещения электрической дуги устанавливают по результатам численного моделирования температурного поля в изделии по заданному уравнению. Максимальную температуру нагрева сварного соединения устанавливают из условия сохранения мелкозернистой структуры, а минимальную - из условия снятия остаточных сварочных напряжений. Глубину нагрева определяют границей технологического припуска лопатки и диска. Аргонодуговую обработку осуществляют поочередно со стороны корыта и со стороны спинки лопатки. Способ обеспечивает обработку сварных конструкций сложной геометрической формы, а также повышает эффективность обработки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано при изготовлении или ремонте теплообменной аппаратуры, в частности, из легированных сталей, склонных к закалке. На свариваемых торцах трубы и трубной решетки устанавливают шайбу, внешняя поверхность которой имеет коническую и цилиндрическую части, а внутренний диаметр равен проходному сечению трубы. Предварительно производят совместную обработку кромок трубы и отверстия трубной решетки с образованием внутренней конической поверхности узла «труба - трубная решетка» с углом скоса, соответствующим углу скоса конической поверхности шайбы, для их совмещения при установке шайбы. Внешний диаметр цилиндрической части шайбы меньше максимального диаметра упомянутой внутренней конической поверхности узла. Приводят во вращение шайбу с усилием прижатия и последующим проковочным усилием после прекращения ее вращения. Способ позволяет получить соединение высокого качества при отсутствии возможности вращения обеих свариваемых деталей в процессе сварки трением. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано для фрикционной сварки с перемешиванием. Стык свариваемых заготовок 1 и 2 размещают на опорном ролике 5 с профильной канавкой 4. Сварное соединение получают путем перемещения рабочего стержня 6 сварочного инструмента 7 с формированием корня сварного шва. В профильную канавку непрерывно подают присадочный материал 3, соответствующий форме профильной канавки 4 ролика 5. Рабочий стержень 6 сварочного инструмента перемещают в процессе сварки с возможностью погружения его торца в присадочный материал 3. При этом осуществляют совместное обжатие сварочным инструментом 7 кромок свариваемых заготовок 1 и 2 и части присадочного материала 3 в зоне сварки. Способ обеспечивает полное проплавление свариваемых заготовок по толщине, уменьшение занижения сварного шва, повышение прочности сварного соединения, качества сварки и исключение внедрения сварочного инструмента в опорную поверхность ролика. 3 ил.

Изобретение может быть использовано для приваривания орбитальной сваркой трением лопаток к барабану осевого компрессора. Барабан (14) удерживают в люльке (44) с помощью делительного стола (54). Люлька (44) выполнена с возможностью поворота и движения в вертикальном направлении для расположения различных участков своей наружной поверхности параллельно плоскости орбитального движения лопатки (18, 20, 22). Лопатка удерживается в устройстве (62) орбитального движения с помощью зажимного устройства (68). Внутренняя поверхность барабана (14) закреплена опорами (51), которые опираются на сердечник (52), крепящийся к люльке (44). Барабан (14) содержит ряд выступов (38), поперечное сечение которых соответствует форме лопатки. Выступы (38) образуют поверхности сопряжения для лопаток (18, 20, 22). Лопатка (18, 20, 22) содержит пластину, обеспечивающую ее надежный зажим в зажимном устройстве (68). Изобретение обеспечивает возможность изготовления тонкостенного барабана с меньшими по сравнению с традиционной линейной сваркой трением затратами. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ может быть использован при изготовлении титановых конструкций методом сварки трением с перемешиванием. Соединяют сваркой титановые листы (802, 804) с образованием заготовки, имеющей несколько литых зон швов (918). Помещают заготовку между секцией матрицы и секцией крышки. Секцию матрицы нагревают для нагрева заготовки. В пространство между секцией крышки и секцией матрицы подают сжатый газ для вдавливания заготовки в форму секции матрицы для формования компонента. Литые зоны швов имеют заданную относительную толщину после формования компонента, составляющую примерно от 1,1 примерно до 1,25, так что металлические листы и сформованный компонент имеют несколько характеристик, являющихся по существу одинаковыми. Упомянутые характеристики выбирают из группы, состоящей из прочности, усталостных характеристик, изломостойкости, коррозионной стойкости, ударной прочности и гранулометрического состава. За счет регулирования процесса сварки трением с перемешиванием обеспечивают выбор необходимой скорости сверхпластической деформации в литой зоне шва с сохранением заданной толщины упомянутой зоны в процессе формования. 13 з.п. ф-лы, 25 ил.

Изобретение относится к области сварки трением с перемешиванием, в частности к способу изготовления штифта инструмента для перемешивающей сварки трением, который устанавливается в держателе инструмента. Способ включает изготовление металлической основы штифта и оболочки из керамического материала. Вначале из керамического материала изготавливают оболочку в виде стакана. Затем внутри оболочки формируют металлическую основу штифта из порошков жаропрочных материалов методом порошковой металлургии. После чего в керамической оболочке выполняют по меньшей мере одну термокомпенсационную прорезь, проходящую по всей высоте оболочки, глубиной, равной ее толщине. Термокомпенсационная прорезь может быть направлена вдоль оси инструмента, или в виде наклонной к оси инструмента линии, или в виде винтовой линии. Способ позволяет получить из керамического материала равноплотную по высоте толстую оболочку штифта с применением несложных технологических операций и в совокупности с термокомпенсационными прорезями существенно повысить срок службы инструмента. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретения могут быть использованы для соединения проводящих металлических элементов. Проводят этап предварительного скользящего перемещения пары соединяемых элементов относительно друг друга без резистивного нагрева. На этапе соединения осуществляют резистивный нагрев посредством пропускания тока через пару соединяемых элементов при скользящем их перемещении относительно друг друга. Скользящее перемещение соединяемых элементов осуществляют посредством возвратно-поступательного или эпициклического движения. Количество тепла, образованного резистивным нагревом, регулируют. На этапе соединения детектируют контактное сопротивление соединяемых элементов или силу трения между ними. Изобретения обеспечивают равномерное соединение поверхностей по всей площади контакта. 4 н. и 52 з.п. ф-лы, 21 ил.
Наверх