一种用于环缝焊接的装夹设备的制作方法

本发明涉及装夹设备，特别是一种贮箱环缝搅拌摩擦焊立式气动装夹设备。

背景技术：

搅拌摩擦焊是一种固态自动焊接技术，与传统熔焊相比，具有焊接接头力学性能优异、可单面一次焊透、低应力、变形小、工艺简单可靠以及无弧光等特点，近年来国内很多大型生产企业纷纷开展相关工艺研究工作，并逐渐应用到产品批量生产中。在采用搅拌摩擦焊对筒状产品进行环缝焊接时需要采用装夹设备将待焊接的两段筒状产品进行装夹，现有装夹设备种类与功能较为单一，因此，提供一种新型用于环缝焊接的装夹设备具有很大的市场价值。

技术实现要素：

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种用于环缝焊接的装夹设备，其具有结构紧凑，操作简单方便，功能稳定可靠，可满足产品批量生产需要的特点。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于环缝焊接的装夹设备，包括带有轴向内腔的底盘、固定于底盘上的内撑机构、设于底盘上的定位机构、设于定位机构上部的下压环组件以及设置于下压环组件上部的上压环组件；其中：

底盘包括上环盘与下环盘以及上环盘与下环盘之间的空心柱状连接体，上环盘、下环盘与连接体围成轴向内腔，上环盘的上端固设支柱。

内撑机构包括支架与设置于支架上端的涨圈机构，支架下端设置于底盘的轴向内腔内并与下环盘固连，涨圈机构位于支架上端且可相对于支架径向膨胀或收缩；

定位机构包括连接座、转接板、定位板，连接座固定设置于上环盘的上端并与支柱间隔设置，转接板为弓形体，其一端与连接座铰接并可相对于连接座转动，另一端与定位板固连，转接板与连接座之间还设置位置对应的销孔，在对应的销孔内插入适配的销柱，转接板相对于连接座固定且使定位板水平固定于靠近内撑机构支架的位置。

下压环组件包括下基座与设置于下基座外部的若干下压紧机构，下基座套在内撑机构外部，下基座的下端与支柱顶端固连；下压紧机构包括从下向上依次活动铰接的下气缸支座、下气缸、下压板、下铰座；其中，下气缸支座与下基座底端的端壁固连，下铰座与下基座顶端的端壁固连，下气缸驱动下压板靠近或远离涨圈机构外侧的下端。

上压环组件包括固定设置于内撑机构上部的法兰轴，固设于法兰轴上的连接环，套接于连接环外部的上基座、设置于上基座外部的若干上压紧机构、设置于上基座内部的轴向压环、设置于轴向压环上端的轴向压紧机构以及设置于基座与轴向压环之间的挡圈；轴向压环套装于基座内且可沿基座内表面轴向滑动，挡圈设置于轴向压环中部外壁与基座内壁之间且与基座内壁固连；上压紧机构包括从上向下依次活动铰接的上气缸支座、上气缸、上压板、上铰座；其中，上气缸支座与基板的下端壁固连，上铰座与上基座下端的端壁固连，上气缸驱动上压板靠近或远离涨圈机构外侧的上端。

本发明提供的用于环缝焊接的装夹设备，工作时，将本装置连接在搅拌摩擦焊设备的转台上，将待焊接的工件产品进行装夹，上方筒段的上端面或箱底外表面则利用上压环组件上的轴向压紧机构及轴向压环进行压紧，同时产品环形对接焊缝位置采用内撑装置进行内支撑，而靠近焊缝的两侧裙边则利用上、下压环组件上配置的上、下压紧机构进行压紧。装夹完成后，可进行焊接操作，焊接完成后，松弛产品即可。

作为优化，上压环组件的法兰轴包括法兰盘和设置于法兰盘上的固定轴，法兰盘固定于涨圈机构上端，连接环固定于法兰轴上，优化的，可在固定轴的轴体上设置一段方形的扁势，扁势上端的固定轴上设置外螺纹，连接环中部设置与扁势对应的方孔，法兰轴通过将固定轴扁势插入连接环的方形孔后，在连接环上部的固定轴上螺接压紧螺母即可将连接环固定于法兰轴上。进一步的，在所述上基座顶部设置内环尺寸小于连接环尺寸的环形顶，基座通过环形顶架设于连接环上并与连接环固连。更进一步的，在所述环形顶的环壁上设置与轴向压环上端壁位置对应的螺孔，轴向压紧机构为与螺孔螺接的活动螺钉，转动活动螺钉将轴向压环压紧或放松。

优化的，内撑机构还包括连接盘、定位环、滑座、楔块、缓冲块、顶升件；连接盘固定设置于支架上，定位环位于连接盘外并与支架顶的外部端壁固连，滑座设置于连接盘上部，滑座外部设置若干轴向延伸的滑道，楔块滑动设置于滑道上，缓冲块设置于楔块上端，顶升件设置于楔块下端并可驱动楔块沿滑道移动；涨圈机构包括花盘、弧形撑块、复位拉簧、定位盘；其中，花盘固设于滑座顶部，花盘上设置与楔块位置对应并供缓冲块与部分或全部楔块通过的通口；花盘下端设置若干径向滑槽，滑槽的端部与通口的位置对应；弧形撑块与滑槽滑动连接并与楔块配合构成斜楔机构，楔块沿滑道轴向上升时可推动弧形撑块沿滑槽水平移动；复位拉簧的一端与弧形块连接，另一端与花盘靠近中心处连接；定位盘设置于环形盘下部且通过立柱与花盘连接。使用时，通过顶升件驱动楔块沿滑道滑动，滑动过程中推动弧形撑块沿滑槽移动，从而撑紧筒段产品，当楔块归位，弧形撑块在复位拉簧的作用下回程，从而松驰筒段产品。缓冲块通常采用具有弹性的材料制成，例如尼龙材质，楔块沿滑座轴向向上滑动时，缓冲块随楔块一起轴向移动并能通过花盘上的通口，缓冲块避免楔块过快上升而与限位螺钉猛烈相撞，从而保护装置。

优化的，所述顶升件为顶升气缸，包括缸体与设置于缸体上的活塞杆；缸体固设于支架内并与连接盘的下端固连，活塞杆穿过连接盘并与楔块的下端固连，撑紧或松弛筒段产品时，启动气缸驱动活塞杆带动楔块沿滑道滑动。优化的，在所述楔块下端设置接头，接头可铰接在楔块下端，接头上设置与活塞杆适配的对接孔，活塞杆的端部插入对接孔中并与接头螺接。

进一步的，花盘上端固设限位座，限位座的下端设置与花盘上的通口对应的限位槽，限位槽底部螺接限位螺钉。

作为优化，本装夹设备还包括分别设置于轴向内腔上端开口处和底部的环形垫板。使用时，根据筒段产品的高度选择采用定位机构或环形垫板支撑筒段，作为进一步优化，设于轴向内腔开口处的环形垫板为分离式垫板，轴向内腔开口处端壁径向向内延伸形成环状的垫板安装块，分离式垫板由通过螺钉固定安装于垫板安装块上的弧形板拼接组成，安装时，拨下转接板与连接座上插着的销柱，转接板与定位板在连接座上转动而形成一个通向上环盘上端开口处的通口，将弧形板通过通口送入并安装即可，这样安装，无需拆下已经安装好的其他组件，可根据实际需要随时安装或拆下轴向内腔开口处的环形垫板，提升装置使用时的灵活性。通过设置不同高度的环形垫板和定位板与轴向压环配合以将待焊接的筒段产品轴向压紧，提升本装置对不同规格的筒段的适应性。

本发明的有益效果为：

本发明提供的用于环缝焊接的装夹设备，通过轴向压环与定位机构将待焊接筒段进行轴向压紧，通过内撑装置与上、下压环组件将筒段径向压紧，其结构紧凑，操作简单方便，功能稳定可靠，可满足产品批量生产需要，通过进一步的设置不同高度的环形垫板和定位板以将待焊接的筒段产品轴向压紧，提升本装置对不同规格的筒段的适应性。

附图说明

图1为本发明提供的用于环缝焊接的装夹设备的示意图；

图2、3、4为本发明提供的用于环缝焊接的装夹设备的剖视图；

图5为底盘示意图；

图6、7为内撑机构示意图；

图8为花盘示意图；

图9为花盘上安装弧形撑块示意图；

图10为定位机构示意图；

图11、12为下压环组件示意图；

图13为下压紧机构示意图；

图14为上压紧组件示意图；

图15为法兰轴示意图；

图16为图2的a处放大图；

图17为图3的b处放大图；

图18为图4的c处放大图；

图19为支柱示意图；

其中，1为底盘，11为上环盘，12为下环盘，13为轴向内腔，14为支柱，2为内撑机构，21为支架，22为连接盘，23为定位环，24为滑座，25为楔块，26为缓冲块，27为顶升气缸，271为缸体，272为活塞杆，28为涨圈机构，281为花盘，282为外弧形撑块，283为内弧形撑块，284复位拉簧，285为定位盘，29为限位座，3为定位机构，31为连接座，32为转接板，33为定位板，4为下压环组件，41为下基座，42为下气缸支座，43为下气缸，44为下压板，45为下铰座，46为下接头，5为上压环组件，51为法兰轴，511为法兰盘，512为固定轴，52为连接环，53为上基座，54为上气缸支座，55为上气缸，56为上压板，57为上铰座，58为轴向压环，59为挡圈，6为活动螺钉，7为分离式垫板，8为一体式环形垫板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1、2、3、4所示，本实施例提供一种用于环缝焊接的装夹设备，包括带有轴向内腔13的底盘1、固定于底盘1上的内撑机构2、设于底盘1上的定位机构3、设于定位机构3上部的下压环组件4以及设置于下压环组件4上部的上压环组件5；其中：

如图5所示，底盘1包括上环盘11与下环盘12以及上环盘11与下环盘12之间的空心柱状连接体，上环盘11、下环盘12与连接体围成轴向内腔13，上环盘11的上端固设支柱14，支柱14为如图19所示的焊接件，中部为钢管，两端为法兰。

如图6所示，本实施例提供的内撑机构2包括支架21、连接盘22、定位环23、滑座24、楔块25、缓冲块26、顶升件、涨圈机构28以及限位座29；支架21下端设置于底盘1的轴向内腔13内并与下环盘12固连，连接盘22固定设置于支架21顶部的内部端壁上，定位环23位于连接盘22外并与支架21顶的外部端壁固连；如图7所示，滑座24设置于连接盘22上部，滑座24外部可设置若干轴向延伸的滑道，楔块25滑动设置于滑道上，缓冲块26设置于楔块25上端；顶升件为顶升气缸27，包括缸体271与设置于缸体271上的活塞杆272，缸体271固设于支架21内并与连接盘22的下端固连，活塞杆272穿过连接盘22并与楔块25的下端固连；涨圈机构28包括花盘281、弧形撑块、复位拉簧284、定位盘285；其中，花盘281固设于滑座24顶部，如图8所示，花盘281上设置与楔块25位置对应并供缓冲块26与部分或全部楔块25通过的通口；花盘281下端设置若干径向滑槽，滑槽的端部与通口的位置对应；弧形撑块与滑槽滑动连接并与楔块25配合构成斜楔机构，楔块25沿滑道轴向上升时可推动弧形撑块沿滑槽水平移动；如图9所示，复位拉簧284的一端与弧形撑块连接，另一端与花盘281靠近中心处连接；弧形撑块包括间隔排列的外弧形撑块282与内弧形撑块283，当楔块25位于滑道的轴向最低处时，外弧形撑块282与内弧形撑块283的弧面拼接成一个圆周；定位盘285设置于环形盘下部且通过立柱与花盘281连接；限位座29固设于花盘281上端，限位座29的下端设置与花盘281上的通口对应的限位槽，限位槽底部螺接限位螺钉。

定位机构3包括连接座31、转接板32、定位板33，连接座31固定设置于上环盘11的上端并与支柱14间隔设置，如图10所示，转接板32为弓形体，其一端与连接座31铰接并可相对于连接座31转动，另一端与定位板33固连，转接板32与连接座31之间还设置位置对应的销孔，在对应的销孔内插入适配的销柱，转接板32相对于连接座31固定且使定位板33水平固定于靠近内撑机构2支架21的位置；

下压环组件4包括如图11、12、13所示的下基座41与设置于下基座41外部的若干下压紧机构，下基座41套在内撑机构2外部，下基座41的下端与支柱14顶端固连；下压紧机构包括从下向上依次活动铰接的下支座42、下气缸43、下压板44、下铰座45；其中，下气缸43支座42与下基座41底端的端壁固连，下铰座45与下基座41顶端的端壁固连，下气缸43通过固设于活塞杆272顶端的下接头46与下压板44铰接，工作时，下气缸43驱动活塞杆272伸长或收缩并带动下压板44靠近或远离涨圈机构28外侧的下端。

如图14所示，上压环组件5包括法兰轴51、连接环52、套上基座53、上压紧机构、轴向压环58、轴向压紧机构、挡圈59；上基座53顶部的端壁径向向外凸出形成基板；如图15所示，法兰轴51包括法兰盘511和设置于法兰盘511上的固定轴512，法兰盘511位于限位座29的内环并与花盘281固连，固定轴512从限位座29的内孔穿出，连接环52固定设置于法兰轴51上；上基座53顶部设置内环尺寸小于连接环52尺寸的环形顶，基座通过环形顶架设于连接环52上并与连接环52固连；轴向压环58套装于基座内且可沿基座内表面轴向滑动，挡圈59设置于轴向压环58中部外壁与基座内壁之间且与基座内壁固连；环形顶的环壁上设置与轴向压环58上端壁位置对应的螺孔，轴向压紧机构为与螺孔螺接的活动螺钉6，活动螺钉6下端安装有压头，转动活动螺钉6，通过压头将轴向压环58压紧或放松；上压紧机构包括从上向下依次活动铰接的上气缸55支座54、上气缸55、上压板56、上铰座57；其中，上气缸55支座54与基板的下端壁固连，上铰座57与上基座53下端的端壁固连，上气缸55驱动上压板56靠近或远离涨圈机构28外侧的上端；

本装置根据待焊接筒段的长度，还可以在轴向内腔13开口处和底部设置可拆卸的环形垫板，其中，安装轴向内腔13开口处的环形垫板为分离式垫板7，轴向内腔13开口处端壁径向向内延伸形成环状的垫板安装块，分离式垫板7由通过螺钉固定安装于垫板安装块上的弧形板拼接组成安装在轴向内腔13底部的环形垫板为一体式垫板，通过螺钉固定于底盘1内底部即可。

本实施例提供的用于环缝焊接的装夹设备具有三种焊接状态，第一种焊接状态工作时，其操作步骤如下：

步骤1、先将装夹设备安装在搅拌摩擦焊设备的转台上，分别连接内撑气路、上、下外压气路，分离上压环组件5，将定位机构3的连接板调整至工作状态，然后分别装入长筒段(纵缝拼焊筒段)及短筒段(机加筒段)，之后装入上压环组件5，接通上外压气路，调整后转动上压环组件5上的活动螺钉6，如图16所示那样通过定位板33对筒段进行支撑并用向压环58将筒段进行轴向压紧。

步骤2、夹紧筒段时，启动内撑机构2的顶升气缸27，采用较低压力驱动楔块25带动外弧形撑块282先于内弧形撑块283径向扩张，扩张到位后逐渐调高压力至撑紧所需适值；接着开启上、下外压气路阀门，使外围的上气缸55、下气缸43分别驱动上压板56与下压板44径向压紧产品焊缝两边的裙边；之后检查并调整，确保产品压紧可靠后即可进行焊接操作。

步骤3、焊接完成后，换向上、下外压气路，使外围的上压板56与下压板44松驰，再先后松驰内弧形撑块283与外弧形撑块282；最后旋松上压环组件5上的活动螺钉6，产品松弛后分离上压环组件5，最后取出焊好的筒段产品。

第二种焊接状态工作时，将第一种焊接状态焊接好的筒段组合体继续加筒焊接，拔出定位装置2上的定位插销，使转接板32绕销轴向外旋开，将分离式垫板7进行安装，然后分别装入之前焊好的筒段组合体及短筒段(机加筒段)，如图17所示那样对筒段进行支撑并通过分离式垫板7与轴向压环58将待焊接的筒段进行轴向压紧，之后装入上压环组件5，重复上述步骤2与步骤3的操作即可。

第三种焊接状态工作时，将第二种焊接状态焊接好的筒段组合体与箱底进行焊接，移除分离式垫板7，先分离上压环组件5，再如图18所示那样采用安装在设备底盘1上的一体式环形垫板8对筒段产品进行支撑，分别装入筒段组合体(之前焊好第二条环缝的筒段组件)及箱底，然后采用轴向压环58与一体式环形垫板8将产品轴向夹紧，最后进行上述步骤2和步骤3的操作即可得到焊接好的箱体。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。