大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构的制作方法
【专利摘要】大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，机床底座（26）和机床底座（20）连接在一起，变频电机（1）固定于第一机床底座（26）上，主轴箱（4）上输入轴利用电磁离合器（3）与电机轴相联，主轴箱输出轴即主轴连接钢爪液压夹具（7），钢爪液压夹具（7）能完成钢爪的装夹；结构相同的三个铝导杆位移夹具（9、11、12）分别由预拉伸导柱（15）支承连接，辅助支承（23）连接于三个铝导杆位移夹具（9、11、12）的下部，并且支撑在固定于机床底座（20）的支承导轨（21）之上，夹具油管（22）分别接入三个铝导杆位移夹具（9、11、12）中，顶锻连接头（13）的一端连接在铝导杆位移夹具（12）上，另一端与油缸（17）的油缸活塞杆（14）连接；油缸（17）由支座（16）固定支承。
【专利说明】大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接设备【技术领域】，涉及一种摩擦焊机，特别是涉及一种大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构。
【背景技术】
[0002]电解铝装备中电解阳极是由钢爪与铝导杆焊接而成，目前多采用手工弧焊或爆炸焊等焊接方式，存在的问题是焊接时间长，焊接质量不稳定，劳动强度大，耗能大，成本高，成为制约铝行业节能、降耗、减排、增效的瓶颈问题。
[0003]为解决上述技术问题，大顶锻力大惯量钢铝摩擦焊机可有效地解决大截面尺寸异种材料，特别是钢铝材料的摩擦焊接问题，为电解铝行业提高焊接质量、缩短焊接时间、节约能源消耗、提高企业经济效益提供一种新型装备。
[0004]目前，此类专用摩擦焊机在国内尚属技术空白。有立、卧式两种整体结构可供选取。铝导杆重约280Kg、长约3000mm，若采用立式结构，存在机床高度高，上、下料不便，装夹困难，刚性要求难以满足，抗振性低，焊接精度难以控制，操作难度大，安全系数低等问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种具有大顶锻力、大截面、大惯量摩擦焊机总体结构。整机结构分为动力部分(含钢爪夹具部分)、铝导杆送进部分、蓄能顶锻装置、机架基础部分。前三部分由四根预拉伸导柱连接在一起，构成摩擦力、顶锻力的封闭结构，减小对机架基础部分的力作用。
[0006]本发明是大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，第一机床底座26和第二机床底座20连接在一起，变频电机I固定于第一机床底座26上，主轴箱4上输入轴利用电磁离合器3与电机轴相联，主轴箱输出轴即主轴连接钢爪液压夹具7，钢爪液压夹具7能完成钢爪的装夹；结构相同的第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12分别由预拉伸导柱15支承连接，辅助支承23连接于第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12的下部，并且支撑在固定于第二机床底座20的支承导轨21之上，统一供油的夹具油管22分别接入第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12中，能对铝导杆10实施夹紧；顶锻连接头13的一端连接在第三铝导杆位移夹具12上，顶锻连接头13的另一端与油缸17的油缸活塞杆14连接；油缸17由支座16固定支承，支座16固定在第二机床底座20上；油管18连接在油缸17 ；相位控制装置25固定在第一机床底座26 ;四根预拉伸导柱15两端分别连接在主轴箱4和支座16之间。
[0007]本发明创造相对现有技术，在充分满足大顶锻力、大惯量、结构紧凑的要求下具有如下特点:1.重载主轴结构，主轴箱4可同时承受大轴向顶锻力和大摩擦扭矩；2.四柱预拉伸导柱机构15，即作为导向元件，使三个铝导杆位移夹具沿机床纵向进给；又作为受力元件，可承受铝导杆10和铸钢钢爪8大焊接截面相对摩擦运动所产生的大扭矩，构成力封闭结构，使得机床底座部分20、26承受较小的作用力，有效地减小了底座尺寸，保证了结构的紧凑。3.自锁功能的钢爪液压夹紧装置7，夹紧力可随顶锻力的增大而增大，顶锻力减少后夹紧力不会减少；4.蓄能顶锻系统14、16、17以实现快速顶锻下的大吨位载荷需求；5.三段组合式铝导杆位移夹具通过三段组合增加了装夹长度，可防止铝导杆加载过程中变形；为保证夹紧力一致，三个夹紧油缸采用并联式供油。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明创造的结构简图，附图标记及对应名称为:变频电机1，电机座固定螺钉组2，电磁离合器3，主轴箱4，主轴箱固定螺钉组5，主轴6，钢爪液压夹具7，钢爪8，第一铝导杆位移夹具9，铝导杆10，第二铝导杆位移夹具11，第三铝导杆位移夹具12，顶锻连接头13，油缸活塞杆14，预拉伸导柱15、支座16，油缸17，油管18，支座固定螺钉组19，第二机床底座20，支承导轨21，夹具油管22，辅助支承23，机床底座连接螺钉组24，相位控制装置25，第一机床底座26。
【具体实施方式】
[0009]如图1所示，本发明是大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，第一机床底座26和第二机床底座20通过机床底座连接螺钉组24连接在一起，变频电机I由电机座固定螺钉组2固定于第一机床底座26上，主轴箱4上输入轴利用电磁离合器3与电机轴相联，主轴箱输出轴即主轴连接钢爪液压夹具7，钢爪液压夹具7能完成钢爪的装夹；结构相同的第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12分别由预拉伸导柱15支承连接，辅助支承23连接于第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12的下部，并且支撑在固定于第二机床底座20的支承导轨21之上，统一供油的夹具油管22分别接入第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12中，能对铝导杆10实施夹紧；顶锻连接头13的一端连接在第三铝导杆位移夹具12上，顶锻连接头13的另一端与油缸17的油缸活塞杆14连接；油缸17由支座16固定支承，支座16用支座固定螺钉组19固定在第二机床底座20上；油管18连接在油缸17 ;相位控制装置25通过螺钉固定在第一机床底座26 ;四根预拉伸导柱15两端分别连接在主轴箱4和支座16之间。
[0010]如图1所示，第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12分别由四个预拉伸导柱15支承。
[0011]如图1所示，第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12的下部分别连接有辅助支承23。
[0012]如图1所示，钢爪液压夹具7下方的相位控制装置25固定在第一机床底座26上。
[0013]如图1所示，油缸17固定在支座16上，油缸活塞杆14与顶锻连接头13连接。
[0014]如图1所示，主轴6在主轴箱4按水平布置。
[0015]如图1所示，顶锻装置由油缸活塞杆14、支座16、油缸17组成。
[0016]本发明应用摩擦生热原理，对方形截面铝导杆与钢爪进行摩擦焊接。被焊件铸钢钢爪体积大(轮廓尺寸430 X 165 X 1000mm)、重量重(重约745kg)，外形不规整，夹紧困难；铝导杆重约280Kg、长约3000mm，焊接面积大(32400mm2)。在摩擦焊接过程中，顶锻系统驱动铝导杆与钢爪焊接表面接触后施加一定的顶锻力，钢爪在钢爪夹具的带动下旋转产生大扭矩摩擦力，当摩擦温度达到焊接温度后，钢爪停止转动，由顶锻系统对铝导杆施加约5000kN顶锻力，保压一段时间后完成焊接任务。
[0017]大顶锻力大惯量钢铝摩擦焊机，在焊接时焊接面积大、钢铝材料相互间的摩擦力矩大、顶锻力大。因而存在整机工作时受力大、吨位大、体积大、惯性大、相位控制难、大功率元件多、整机的动态性能要求较高、实现整机不同子系统优化匹配难等技术难点。是重型机床和锻压机床的有机结合体。
[0018]本发明的工作过程是:首先借助上料装置将钢爪8、铝导杆10两个焊接工件分别置于钢爪液压夹具7和第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12中，两夹具分别夹紧各自工件。然后启动焊机顶锻装置14、16、17，铝导杆10在顶锻装置14、16、17的推动下带动第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12实现快速送进，当钢爪8和铝导杆10两工件焊接结合面接触后，进一步施加一定的顶锻力，主轴6开始低速旋转，带动旋转钢爪液压夹具7上夹持的钢爪8与铝导杆10产生摩擦，经过一段时间的摩擦预热，主轴6带动钢爪液压夹具8加速旋转，提高摩擦温度。
[0019]当达到规定的顶锻力要求，摩擦热达到焊接温度后，主轴6和钢爪8停止旋转，钢爪8在相位控制装置25控制下保持水平位置。同时铝导杆10与第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12在顶锻装置14、16、17的作用下完成快速顶锻，达到5000KN顶锻压力后，开始保压。
[0020]当达到保压要求后，松开旋转夹具7，焊接好钢爪的铝导杆(10)整体随第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12后退至初始位置，第一铝导杆位移夹具9、第二铝导杆位移夹具11、第三铝导杆位移夹具12松开焊好的铝导杆10，将其放在下料系统并送出焊机之外，一个焊接循环结束。焊接全过程在四根预拉伸导柱15的支承下完成。
【权利要求】
1.大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，第一机床底座(26)和第二机床底座(20)连接在一起，变频电机(I)固定于第一机床底座(26)上，其特征在于主轴箱(4)上输入轴利用电磁离合器(3)与电机轴相联，主轴箱输出轴即主轴连接钢爪液压夹具(7)，钢爪液压夹具(7)能完成钢爪的装夹；结构相同的第一铝导杆位移夹具(9)、第二铝导杆位移夹具(11)、第三铝导杆位移夹具(12)分别由预拉伸导柱(15)支承连接，辅助支承(23)连接于第一铝导杆位移夹具(9)、第二铝导杆位移夹具(11)、第三铝导杆位移夹具(12)的下部，并且支撑在固定于第二机床底座(20)的支承导轨(21)之上，统一供油的夹具油管(22)分别接入第一铝导杆位移夹具(9)、第二铝导杆位移夹具(11 )、第三铝导杆位移夹具(12)中，能对铝导杆(10)实施夹紧；顶锻连接头(13)的一端连接在第三铝导杆位移夹具(12)上，顶锻连接头(13)的另一端与油缸(17)的油缸活塞杆(14)连接；油缸(17)由支座(16)固定支承，支座(16)固定在第二机床底座(20)上；油管(18)连接在油缸(17);相位控制装置(25)固定在第一机床底座(26);四根预拉伸导柱(15)两端分别连接在主轴箱(4)和支座(16)之间。
2.根据权利要求1所述的大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，其特征在于第一机床底座(26)和第二机床底座(20)通过机床底座连接螺钉组(24)连接在一起，变频电机(I)由电机座固定螺钉组(2)固定于第一机床底座(26)上，支座(16)用支座固定螺钉组(19)固定在第二机床底座(20)上；相位控制装置(25)通过螺钉固定在第一机床底座(26)。
3.根据权利要求1所述的大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，其特征在于第一铝导杆位移夹具(9)、第二铝导杆位移夹具(11)、第三铝导杆位移夹具(12)分别由四个预拉伸导柱(15)支承。
4.根据权利要求1所述的大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，其特征在于第一铝导杆位移夹具(9)、第二铝导杆位移夹具(11)、第三铝导杆位移夹具(12)的下部分别连接有辅助支承(23)。
5.根据权利要求1所述的大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，其特征在于钢爪液压夹具(7)下方的相位控制装置(25)固定在第一机床底座(26)上。
6.根据权利要求1所述的大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，其特征在于油缸(17)固定在支座(16)上，油缸活塞杆(14)与顶锻连接头(13)连接。
7.根据权利要求1所述的大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，其特征在于主轴(6 )在主轴箱(4 )按水平布置。
8.根据权利要求1所述的大顶锻力大惯量力封闭钢铝摩擦焊机总体结构，其特征在于顶锻装置由油缸活塞杆(14)、支座(16)、油缸(17)组成。
【文档编号】B23K20/12GK104439689SQ201410668084
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】芮执元, 沈浩, 雷春丽, 刘军, 史生文, 罗德春, 张明谦, 王鹏, 靳岚, 辛舟, 赵伟平, 令鹏禄 申请人:兰州理工大学, 兰州爱赛特机电科技有限公司