Устройство для фрикционной сварки перемешиванием

В качестве полезной модели предлагается устройство для фрикционной сварки перемешиванием, предназначенное производить сварку как линейных, так и замкнутых швов без образования кратера в металле заготовок по окончании процесса сварки, и может быть использована в ракетостроении, самолетостроении, судостроении и других отраслях машиностроения и для соединения листовых конструкций типа емкостей, панелей, профилей, а также агрегатов и узлов из различных конструкционных материалов, в том числе несвариваемых и ограниченно свариваемых сваркой плавлением.

Устройство для фрикционной сварки перемешиванием, содержит корпус, в котором смонтирован, установленный в подшипниках, шпиндель, имеющий посадочное место под корпус сварочного инструмента и осевую цилиндрическую полость, с размещенным в ней с возможностью осевого перемещения держателем сварочного стержня и механизм осевого перемещения держателя сварочного стержня.

Предлагаемое устройство опробовано в составе сварочной головки при сварке замкнутых кольцевых и круговых швов экспериментального гидравлического бачка диаметром 400 мм из сплава АМг6. Дефекты в сварных швах не обнаружены. Их качество подтверждено рентгеновским, ультразвуковым и металлографическим контролем. Удельная прочность сварных швов превосходит прочность основного материала.

В качестве полезной модели предлагается автоматическая головка для сварки трением перемешиванием, позволяющая сваривать заготовки округлой формы переменной толщины без образования кратера (замочной скважины) в металле заготовок в конце сварки.

Из патентной литературы известна головка, содержащая полый корпус, в котором смонтирован гидромотор, связанный с измерительным модулем, оснащенным процессором, и оправка, установленная в подшипниках, имеющая осевую цилиндрическую полость и находящаяся в неподвижной обойме, в которой установлены кольца, связанные с отверстиями в оправке для подачи гидравлической жидкости в цилиндрическую полость, в которой скользит плунжер, в штоке которого закреплен штифт, имеющий полукруглый торец, осуществляющий сварку трением и внедряемый в материал заготовки (патент США 5893507, В23К 20/12).

Чрезмерная быстрота действия гидромотора создает такую ситуацию, при которой плунжер, скользящий по цилиндрической полости оправки не успевает вовремя вывести штифт из свариваемой заготовки, что ведет к образованию кратера.

Частично этот недостаток устранен в другом варианте выполнения головки, представленном в вышеуказанном патенте.

Сварочная головка, корпус шпинделя, держатель инструмента, двигатель, инструментальный блок регулятора аналогичны по конфигурации и принципу эксплуатации конструкции с гидравлическим двигателем, с той только разницей, что двигатель является электрическим.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель - упрощение конструкции, повышение надежности.

Поставленная задача решается тем, устройство для фрикционной сварки перемешиванием, содержащее полый корпус, в котором смонтирован инструментальный шпиндель с осевой цилиндрической полостью, в нижней части которой смонтирован держатель сварочного инструмента и корпус сварочного инструмента, выполненного в виде стержня, установленного в его осевой цилиндрической полости, и механизм осевого перемещения держателя сварочного инструмента, снабжено дополнительным корпусом, состоящим из соединенных между собой накидной гайкой большого и малого стаканов, в дне каждого из которых образовано центральное отверстие под размещенный в них инструментальный шпиндель, в верхней части большего стакана выполнена наружная резьба, а также подшипниковой опорой, размещенной между дном большого и малого стаканов, и проставочным кольцом с гнездами, выполненными со стороны внутренней его стенки, при этом в гнездах проставочного кольца закреплен ступенчатый штифт и помещен в сквозные радиальные отверстия, расточенные в держателе сварочного стержня и в инструментальном шпинделе, причем радиальное отверстие в инструментальном шпинделе больше отверстия в держателе сварочного стержня, механизм перемещения держателя сварочного инструмента оснащен помещенным в полый корпус устройства червячным редуктором, ступица червячного колеса которого установлена концентрично полому корпусу устройства, выполнена с внутренней резьбой, ответной наружной резьбе большего стакана, по меньшей мере, с одним разрезом, перпендикулярным оси червячного колеса, и имеет вертикальный регулирующий винт, при этом устройство оснащено датчиком перемещения держателя сварочного стержня, закрепленным с внешней стороны полого корпуса устройства с возможностью взаимодействия с горизонтальным установочным штифтом, размещенном в большом стакане дополнительного корпуса.

Устройство является частью сварочной головки, адаптированной к фрезерному станку или иному обрабатывающему центру.

На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого устройства для фрикционной сварки перемешиванием, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1

Устройство для фрикционной сварки перемешиванием, содержит полый корпус 1, в котором смонтирован инструментальный шпиндель 2 с осевой цилиндрической полостью 3, нижняя часть которой взаимодействует с корпусом 4 сварочного инструмента 5, держатель 6 сварочного инструмента 5, установленный в осевой цилиндрической полости 3 с возможностью осевого перемещения.

Устройство для фрикционной сварки перемешиванием снабжено датчиком 7 перемещения держателя 6 сварочного инструмента 5.

Механизм перемещения содержит червячный редуктор 8, помещенный в полый корпус 1. Инструментальный шпиндель 2 размещен в дополнительном корпусе, состоящем из соединенных между собой накидной гайкой 9, большого 10 и малого 11 стаканов, в дне каждого из которых образовано центральное отверстие 12 под инструментальный шпиндель 2, а на верхней части большего - наружная резьба 13.

Инструментальный шпиндель 2 оснащен подшипниковой опорой 14, размещенной между дном большого 10 и малого 11 стаканов, и проставочным кольцом 15 с гнездами 16, выполненными со стороны внутренней его стенки, ступенчатым штифтом 17, закрепленным в гнездах 16 проставочного кольца 15 и помещенным в сквозные радиальные отверстия 18 и 19, расточенные в держателе 6 сварочного инструмента 5 и в инструментальном шпинделе 2, при чем радиальное отверстие 19 в инструментальном шпинделе 2 по высоте больше отверстия 18 в держателе 6 сварочного стержня 5.

Ступица 20 червячного колеса редуктора 8 установлена концентрично полому корпусу 1 и имеет внутреннюю резьбу 21 ответную наружной резьбе 13 большего стакана 10, а также, по меньшей мере, один разрез 22 перпендикулярный оси червячного колеса редуктора 8 и вертикальный регулирующий винт 23.

Датчик 7 перемещения держателя 6 сварочного инструмента 5 закреплен с внешней стороны полого корпуса 1 и имеет направляющую втулку 24 с вертикальным овальным вырезом 25, взаимодействует с горизонтальным установочным штифтом 26, принадлежащим большому стакану 10 и помещенным в овальный вырез 25 направляющей втулки 24.

Устройство для фрикционной сварки перемешиванием работает следующим образом.

При сварке замкнутых швов на первоначальном этапе сварочный инструмент 5 устанавливают так, что его торец находится на одном уровне с торцом корпуса сварочного инструмента 4. Привод станка (не показан) начинает вращать инструментальный шпиндель 2 с корпусом сварочного инструмента 4 и через ступенчатый штифт 17 прямоугольного сечения, и держатель сварочного стержня 6 со сварочным инструментом 5, после чего сварочный инструмент перемещается до полного контакта с поверхностью кромок свариваемого стыка. Одновременно включается червячный редуктор 8, червяк которого воздействуя на ступицу, приводит ее во вращение.

В результате взаимодействия резьбы 21 ступицы колеса червячного редуктора 8 с резьбой 13 большого стакана 10 происходит его осевое перемещение в направляющей втулке 24 и через шариковую опору 14, проставочное кольцо 15, ступенчатый штифт 17 и малый стакан 11, держатель 6 и сварочный инструмент 5 перемещаются относительно инструментального шпинделя 2 и корпуса сварочного инструмента 4.

В результате сварочный стержень 5 постепенно внедряется в стык свариваемых кромок (на фиг. не показан).

Все это происходит одновременно с продолжением вращения всех перечисленных выше элементов.

По достижении требуемой глубины внедрения сварочного инструмента 5 в изделие (на фиг. не показано) датчик перемещения 7 отключает червячный редуктор 8 и останавливает выдвижение сварочного инструмента 5.

После этого сварочная головка перемещается со сварочной скоростью по свариваемому стыку на заданную длину.

По окончании процесса сварки операции повторяются в обратном порядке, сварочный инструмент 5 постепенно выводится из стыка кромок до первоначального положения, сварочная головка и сварочный инструмент отводятся от стыка. Процесс сварки завершен.

При такой работе устройства для фрикционной сварки перемешиванием совершенно необходимо безлюфтовое перемещение большого стакана 10 по резьбе 21 ступицы 20 колеса 15 червячного редуктора 8. Для этого вертикальным регулирующим винтом 23 изменяют ширину разреза 22. Такая регулировка позволяет получить безлюфтовое соединение в резьбовой паре 13-21, как первоначально, так и обеспечивать его в последующем, по мере износа винтовой пары. Достигнутая точность перемещения сварочного инструмента 5 относительно корпуса 4 сварочного инструмента составило ±0,05 мм.

Предлагаемое устройство опробовано в составе сварочной головки при сварке замкнутых кольцевых и круговых швов экспериментального гидравлического бачка диаметром 400 мм из сплава АМгб.

Дефекты в сварном шве не обнаружены. Их качество подтверждено рентгеновским, ультразвуковым и металлографическим контролем. Удельная прочность сварных швов превосходит прочность основного материала.

Таким образом, использование предлагаемой конструкции устройства для фрикционной сварки перемешиванием обеспечивает точность глубины погружения инструмента в стык, и, кроме того, своевременный вывод сварочного инструмента из зоны сварки.

Устройство для фрикционной сварки перемешиванием, содержащее полый корпус, в котором смонтирован инструментальный шпиндель с осевой цилиндрической полостью, в нижней части которой смонтирован держатель сварочного инструмента и корпус сварочного инструмента, выполненного в виде стержня, установленного в его осевой цилиндрической полости, и механизм осевого перемещения держателя сварочного инструмента, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным корпусом, состоящим из соединенных между собой накидной гайкой большого и малого стаканов, в дне каждого из которых образовано центральное отверстие под размещенный в них инструментальный шпиндель, в верхней части большого стакана выполнена наружная резьба, а также подшипниковой опорой, размещенной между дном большого и малого стаканов, и проставочным кольцом с гнездами, выполненными со стороны внутренней его стенки, при этом в гнездах проставочного кольца закреплен ступенчатый штифт и помещен в сквозные радиальные отверстия, расточенные в держателе сварочного стержня и в инструментальном шпинделе, причем радиальное отверстие в инструментальном шпинделе больше отверстия в держателе сварочного стержня, механизм перемещения держателя сварочного инструмента оснащен помещенным в полый корпус устройства червячным редуктором, ступица червячного колеса которого установлена концентрично полому корпусу устройства, выполнена с внутренней резьбой, ответной наружной резьбе большего стакана, по меньшей мере, с одним разрезом, перпендикулярным оси червячного колеса, и имеет вертикальный регулирующий винт, при этом устройство оснащено датчиком перемещения держателя сварочного стержня, закрепленным с внешней стороны полого корпуса устройства с возможностью взаимодействия с горизонтальным установочным штифтом, размещенным в большом стакане дополнительного корпуса.