大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，機(jī)床底座（26）和機(jī)床底座（20）連接在一起，變頻電機(jī)（1）固定于第一機(jī)床底座（26）上，主軸箱（4）上輸入軸利用電磁離合器（3）與電機(jī)軸相聯(lián)，主軸箱輸出軸即主軸連接鋼爪液壓夾具（7），鋼爪液壓夾具（7）能完成鋼爪的裝夾；結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)鋁導(dǎo)桿位移夾具（9、11、12）分別由預(yù)拉伸導(dǎo)柱（15）支承連接，輔助支承（23）連接于三個(gè)鋁導(dǎo)桿位移夾具（9、11、12）的下部，并且支撐在固定于機(jī)床底座（20）的支承導(dǎo)軌（21）之上，夾具油管（22）分別接入三個(gè)鋁導(dǎo)桿位移夾具（9、11、12）中，頂鍛連接頭（13）的一端連接在鋁導(dǎo)桿位移夾具（12）上，另一端與油缸（17）的油缸活塞桿（14）連接；油缸（17）由支座（16）固定支承。
【專利說明】大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種摩擦焊機(jī)，特別是涉及一種大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]電解鋁裝備中電解陽極是由鋼爪與鋁導(dǎo)桿焊接而成，目前多采用手工弧焊或爆炸焊等焊接方式，存在的問題是焊接時(shí)間長，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，勞動強(qiáng)度大，耗能大，成本高，成為制約鋁行業(yè)節(jié)能、降耗、減排、增效的瓶頸問題。
[0003]為解決上述技術(shù)問題，大頂鍛力大慣量鋼鋁摩擦焊機(jī)可有效地解決大截面尺寸異種材料，特別是鋼鋁材料的摩擦焊接問題，為電解鋁行業(yè)提高焊接質(zhì)量、縮短焊接時(shí)間、節(jié)約能源消耗、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供一種新型裝備。
[0004]目前，此類專用摩擦焊機(jī)在國內(nèi)尚屬技術(shù)空白。有立、臥式兩種整體結(jié)構(gòu)可供選取。鋁導(dǎo)桿重約280Kg、長約3000mm，若采用立式結(jié)構(gòu)，存在機(jī)床高度高，上、下料不便，裝夾困難，剛性要求難以滿足，抗振性低，焊接精度難以控制，操作難度大，安全系數(shù)低等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種具有大頂鍛力、大截面、大慣量摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)。整機(jī)結(jié)構(gòu)分為動力部分(含鋼爪夾具部分)、鋁導(dǎo)桿送進(jìn)部分、蓄能頂鍛裝置、機(jī)架基礎(chǔ)部分。前三部分由四根預(yù)拉伸導(dǎo)柱連接在一起，構(gòu)成摩擦力、頂鍛力的封閉結(jié)構(gòu)，減小對機(jī)架基礎(chǔ)部分的力作用。
[0006]本發(fā)明是大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，第一機(jī)床底座26和第二機(jī)床底座20連接在一起，變頻電機(jī)I固定于第一機(jī)床底座26上，主軸箱4上輸入軸利用電磁離合器3與電機(jī)軸相聯(lián)，主軸箱輸出軸即主軸連接鋼爪液壓夾具7，鋼爪液壓夾具7能完成鋼爪的裝夾；結(jié)構(gòu)相同的第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12分別由預(yù)拉伸導(dǎo)柱15支承連接，輔助支承23連接于第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12的下部，并且支撐在固定于第二機(jī)床底座20的支承導(dǎo)軌21之上，統(tǒng)一供油的夾具油管22分別接入第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12中，能對鋁導(dǎo)桿10實(shí)施夾緊；頂鍛連接頭13的一端連接在第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12上，頂鍛連接頭13的另一端與油缸17的油缸活塞桿14連接；油缸17由支座16固定支承，支座16固定在第二機(jī)床底座20上；油管18連接在油缸17 ；相位控制裝置25固定在第一機(jī)床底座26 ;四根預(yù)拉伸導(dǎo)柱15兩端分別連接在主軸箱4和支座16之間。
[0007]本發(fā)明創(chuàng)造相對現(xiàn)有技術(shù)，在充分滿足大頂鍛力、大慣量、結(jié)構(gòu)緊湊的要求下具有如下特點(diǎn):1.重載主軸結(jié)構(gòu)，主軸箱4可同時(shí)承受大軸向頂鍛力和大摩擦扭矩；2.四柱預(yù)拉伸導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)15，即作為導(dǎo)向元件，使三個(gè)鋁導(dǎo)桿位移夾具沿機(jī)床縱向進(jìn)給；又作為受力元件，可承受鋁導(dǎo)桿10和鑄鋼鋼爪8大焊接截面相對摩擦運(yùn)動所產(chǎn)生的大扭矩，構(gòu)成力封閉結(jié)構(gòu)，使得機(jī)床底座部分20、26承受較小的作用力，有效地減小了底座尺寸，保證了結(jié)構(gòu)的緊湊。3.自鎖功能的鋼爪液壓夾緊裝置7，夾緊力可隨頂鍛力的增大而增大，頂鍛力減少后夾緊力不會減少；4.蓄能頂鍛系統(tǒng)14、16、17以實(shí)現(xiàn)快速頂鍛下的大噸位載荷需求；5.三段組合式鋁導(dǎo)桿位移夾具通過三段組合增加了裝夾長度，可防止鋁導(dǎo)桿加載過程中變形；為保證夾緊力一致，三個(gè)夾緊油缸采用并聯(lián)式供油。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明創(chuàng)造的結(jié)構(gòu)簡圖，附圖標(biāo)記及對應(yīng)名稱為:變頻電機(jī)1，電機(jī)座固定螺釘組2，電磁離合器3，主軸箱4，主軸箱固定螺釘組5，主軸6，鋼爪液壓夾具7，鋼爪8，第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9，鋁導(dǎo)桿10，第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11，第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12，頂鍛連接頭13，油缸活塞桿14，預(yù)拉伸導(dǎo)柱15、支座16，油缸17，油管18，支座固定螺釘組19，第二機(jī)床底座20，支承導(dǎo)軌21，夾具油管22，輔助支承23，機(jī)床底座連接螺釘組24，相位控制裝置25，第一機(jī)床底座26。

【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示，本發(fā)明是大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，第一機(jī)床底座26和第二機(jī)床底座20通過機(jī)床底座連接螺釘組24連接在一起，變頻電機(jī)I由電機(jī)座固定螺釘組2固定于第一機(jī)床底座26上，主軸箱4上輸入軸利用電磁離合器3與電機(jī)軸相聯(lián)，主軸箱輸出軸即主軸連接鋼爪液壓夾具7，鋼爪液壓夾具7能完成鋼爪的裝夾；結(jié)構(gòu)相同的第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12分別由預(yù)拉伸導(dǎo)柱15支承連接，輔助支承23連接于第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12的下部，并且支撐在固定于第二機(jī)床底座20的支承導(dǎo)軌21之上，統(tǒng)一供油的夾具油管22分別接入第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12中，能對鋁導(dǎo)桿10實(shí)施夾緊；頂鍛連接頭13的一端連接在第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12上，頂鍛連接頭13的另一端與油缸17的油缸活塞桿14連接；油缸17由支座16固定支承，支座16用支座固定螺釘組19固定在第二機(jī)床底座20上；油管18連接在油缸17 ;相位控制裝置25通過螺釘固定在第一機(jī)床底座26 ;四根預(yù)拉伸導(dǎo)柱15兩端分別連接在主軸箱4和支座16之間。
[0010]如圖1所示，第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12分別由四個(gè)預(yù)拉伸導(dǎo)柱15支承。
[0011]如圖1所示，第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12的下部分別連接有輔助支承23。
[0012]如圖1所示，鋼爪液壓夾具7下方的相位控制裝置25固定在第一機(jī)床底座26上。
[0013]如圖1所示，油缸17固定在支座16上，油缸活塞桿14與頂鍛連接頭13連接。
[0014]如圖1所示，主軸6在主軸箱4按水平布置。
[0015]如圖1所示，頂鍛裝置由油缸活塞桿14、支座16、油缸17組成。
[0016]本發(fā)明應(yīng)用摩擦生熱原理，對方形截面鋁導(dǎo)桿與鋼爪進(jìn)行摩擦焊接。被焊件鑄鋼鋼爪體積大(輪廓尺寸430 X 165 X 1000mm)、重量重(重約745kg)，外形不規(guī)整，夾緊困難；鋁導(dǎo)桿重約280Kg、長約3000mm，焊接面積大(32400mm2)。在摩擦焊接過程中，頂鍛系統(tǒng)驅(qū)動鋁導(dǎo)桿與鋼爪焊接表面接觸后施加一定的頂鍛力，鋼爪在鋼爪夾具的帶動下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生大扭矩摩擦力，當(dāng)摩擦溫度達(dá)到焊接溫度后，鋼爪停止轉(zhuǎn)動，由頂鍛系統(tǒng)對鋁導(dǎo)桿施加約5000kN頂鍛力，保壓一段時(shí)間后完成焊接任務(wù)。
[0017]大頂鍛力大慣量鋼鋁摩擦焊機(jī)，在焊接時(shí)焊接面積大、鋼鋁材料相互間的摩擦力矩大、頂鍛力大。因而存在整機(jī)工作時(shí)受力大、噸位大、體積大、慣性大、相位控制難、大功率元件多、整機(jī)的動態(tài)性能要求較高、實(shí)現(xiàn)整機(jī)不同子系統(tǒng)優(yōu)化匹配難等技術(shù)難點(diǎn)。是重型機(jī)床和鍛壓機(jī)床的有機(jī)結(jié)合體。
[0018]本發(fā)明的工作過程是:首先借助上料裝置將鋼爪8、鋁導(dǎo)桿10兩個(gè)焊接工件分別置于鋼爪液壓夾具7和第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12中，兩夾具分別夾緊各自工件。然后啟動焊機(jī)頂鍛裝置14、16、17，鋁導(dǎo)桿10在頂鍛裝置14、16、17的推動下帶動第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12實(shí)現(xiàn)快速送進(jìn)，當(dāng)鋼爪8和鋁導(dǎo)桿10兩工件焊接結(jié)合面接觸后，進(jìn)一步施加一定的頂鍛力，主軸6開始低速旋轉(zhuǎn)，帶動旋轉(zhuǎn)鋼爪液壓夾具7上夾持的鋼爪8與鋁導(dǎo)桿10產(chǎn)生摩擦，經(jīng)過一段時(shí)間的摩擦預(yù)熱，主軸6帶動鋼爪液壓夾具8加速旋轉(zhuǎn)，提高摩擦溫度。
[0019]當(dāng)達(dá)到規(guī)定的頂鍛力要求，摩擦熱達(dá)到焊接溫度后，主軸6和鋼爪8停止旋轉(zhuǎn)，鋼爪8在相位控制裝置25控制下保持水平位置。同時(shí)鋁導(dǎo)桿10與第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12在頂鍛裝置14、16、17的作用下完成快速頂鍛，達(dá)到5000KN頂鍛壓力后，開始保壓。
[0020]當(dāng)達(dá)到保壓要求后，松開旋轉(zhuǎn)夾具7，焊接好鋼爪的鋁導(dǎo)桿(10)整體隨第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12后退至初始位置，第一鋁導(dǎo)桿位移夾具9、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具11、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具12松開焊好的鋁導(dǎo)桿10，將其放在下料系統(tǒng)并送出焊機(jī)之外，一個(gè)焊接循環(huán)結(jié)束。焊接全過程在四根預(yù)拉伸導(dǎo)柱15的支承下完成。
【權(quán)利要求】
1.大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，第一機(jī)床底座(26)和第二機(jī)床底座(20)連接在一起，變頻電機(jī)(I)固定于第一機(jī)床底座(26)上，其特征在于主軸箱(4)上輸入軸利用電磁離合器(3)與電機(jī)軸相聯(lián)，主軸箱輸出軸即主軸連接鋼爪液壓夾具(7)，鋼爪液壓夾具(7)能完成鋼爪的裝夾；結(jié)構(gòu)相同的第一鋁導(dǎo)桿位移夾具(9)、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具(11)、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具(12)分別由預(yù)拉伸導(dǎo)柱(15)支承連接，輔助支承(23)連接于第一鋁導(dǎo)桿位移夾具(9)、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具(11)、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具(12)的下部，并且支撐在固定于第二機(jī)床底座(20)的支承導(dǎo)軌(21)之上，統(tǒng)一供油的夾具油管(22)分別接入第一鋁導(dǎo)桿位移夾具(9)、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具(11 )、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具(12)中，能對鋁導(dǎo)桿(10)實(shí)施夾緊；頂鍛連接頭(13)的一端連接在第三鋁導(dǎo)桿位移夾具(12)上，頂鍛連接頭(13)的另一端與油缸(17)的油缸活塞桿(14)連接；油缸(17)由支座(16)固定支承，支座(16)固定在第二機(jī)床底座(20)上；油管(18)連接在油缸(17);相位控制裝置(25)固定在第一機(jī)床底座(26);四根預(yù)拉伸導(dǎo)柱(15)兩端分別連接在主軸箱(4)和支座(16)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，其特征在于第一機(jī)床底座(26)和第二機(jī)床底座(20)通過機(jī)床底座連接螺釘組(24)連接在一起，變頻電機(jī)(I)由電機(jī)座固定螺釘組(2)固定于第一機(jī)床底座(26)上，支座(16)用支座固定螺釘組(19)固定在第二機(jī)床底座(20)上；相位控制裝置(25)通過螺釘固定在第一機(jī)床底座(26)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，其特征在于第一鋁導(dǎo)桿位移夾具(9)、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具(11)、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具(12)分別由四個(gè)預(yù)拉伸導(dǎo)柱(15)支承。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，其特征在于第一鋁導(dǎo)桿位移夾具(9)、第二鋁導(dǎo)桿位移夾具(11)、第三鋁導(dǎo)桿位移夾具(12)的下部分別連接有輔助支承(23)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，其特征在于鋼爪液壓夾具(7)下方的相位控制裝置(25)固定在第一機(jī)床底座(26)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，其特征在于油缸(17)固定在支座(16)上，油缸活塞桿(14)與頂鍛連接頭(13)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，其特征在于主軸(6 )在主軸箱(4 )按水平布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大頂鍛力大慣量力封閉鋼鋁摩擦焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)，其特征在于頂鍛裝置由油缸活塞桿(14)、支座(16)、油缸(17)組成。
【文檔編號】B23K20/12GK104439689SQ201410668084
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】芮執(zhí)元, 沈浩, 雷春麗, 劉軍, 史生文, 羅德春, 張明謙, 王鵬, 靳嵐, 辛舟, 趙偉平, 令鵬祿 申請人:蘭州理工大學(xué), 蘭州愛賽特機(jī)電科技有限公司