УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРБИТАЛЬНОЙ СВАРКИ ТРЕНИЕМ Российский патент 2011 года по МПК B23K20/12 

Изобретение относится к орбитальной сварке трением и, в частности, к устройствам, сообщающим одной из свариваемых деталей орбитальное (круговое) движение. Изобретение может быть использовано для сваривания не только деталей в виде тела вращения, но и деталей любой произвольной формы сечения, а также деталей которые после сварки должны быть строго ориентированы по углу поворота, например для приваривания лопаток к дискам роторов газовых турбин и т.п.

Известно устройство для орбитальной сварки трением, содержащее ведущий и ведомый шпиндели, соединенные друг с другом при помощи двух грузовых звеньев с образованием эксцентриситета между шпинделями. Для завершения сварки в этом устройстве предусмотрена тормозная лента, тормозным барабаном для которой служит часть ведомого шпинделя. Трение, возникающее между барабаном и лентой, вызывает движение других частей устройства, которые приводят к совмещению центров свариваемых деталей (авт. свид. СССР №488672, кл. B23h 19/00, 1974 г.). Недостаток устройства заключается в том, что изменение эксцентриситета до нулевого значения осуществляется за счет кинетической энергии всех вращающихся частей устройства. Такое устройство является ненадежным и сложным.

Наиболее близким является устройство для орбитальной сварки трением, предназначенное для сварки деталей типа тел вращения, содержащее шпиндель, с эксцентричным отверстием, в котором установлен вал, несущий свариваемую деталь (авт. св. №529921, кл. В23К 19/02, 1974 г.). Недостаток устройства заключается в том, что оно не может быть использовано для сварки деталей, которые по конструктивным особенностям в процессе сварки не должны иметь вращательных движений. Кроме того, в устройстве не предусмотрена возможность изменения величины эксцентриситета, а для получения нулевого эксцентриситета устройство снабжено гидроцилиндром, который усложняет конструкцию и увеличивает габаритные размеры.

Технической задачей является создание простого малогабаритного устройства для сваривания деталей, которое позволит: увеличить радиус орбитального движения детали без увеличения габаритных размеров устройства; с помощью простого механизма устанавливать и плавно менять величину эксцентриситета вплоть до нулевого значения; сваривать детали с различными конструктивными особенностями с получением заданного расположения деталей друг относительно друга после сварки.

Техническое решение заключается в том, что в устройстве для орбитальной сварки трением, содержащем шпиндель с отверстием, выполненным с эксцентриситетом относительно оси вращения шпинделя, внутри которого размещен шпиндельный вал, на конце шпиндельного вала выполнен поясок с эксцентриситетом относительно оси вала, равным эксцентриситету отверстия шпинделя, на котором подвижно установлен стакан, снабженный механизмом предотвращения вращения стакана и крепежным приспособлением для крепления детали, смонтированным снаружи на стакане, кроме того, устройство дополнительно содержит подвижный в осевом направлении шлицевый валик, на одном из концевых участков которого выполнены прямые шлицы, а на втором - винтовые шлицы, и на шлицевых участках подвижно установлены соответствующие шлицевые втулки, при этом втулка с прямыми шлицами жестко связана со шпинделем, а втулка с винтовыми шлицами неподвижно установлена в дополнительно выполненном в шпиндельном вале центральном отверстии, причем шпиндельный вал установлен в отверстии шпинделя с возможностью его поворотов для изменения величины эксцентриситета стакана.

Механизм предотвращения вращения стакана содержит фиксатор с прямолинейным пазом и планку, один из концов которой снабжен роликами, при этом планка концом с роликами установлена в пазу фиксатора с возможностью возвратно-поступательных движений по пазу, а другим концом жестко соединена со стаканом устройства.

Выполненный на шпиндельном валу эксцентриковый поясок, имеющий эксцентриситет е, равный эксцентриситету е отверстия шпинделя, позволит увеличить радиус орбитального движения детали до величины, равной двум эксцентриситетам - 2 е. Шлицевыи валик с прямыми и винтовыми шлицами, взаимодействующий со шпиндельным валом, позволит получать в устройстве необходимый эксцентриситет и плавно менять его с максимального до нулевого значения.

Механизм предотвращения вращения стакана позволит сваривать детали с необходимой их ориентацией относительно друг друга.

Устройство поясняется чертежом, на котором показан его осевой разрез.

Устройство содержит шпиндель 1, установленный в корпусе 2 через вращающиеся опоры 3. В шпинделе выполнено отверстие 4, ось 5 которого смещена от оси вращения шпинделя на величину эксцентриситета е. В отверстии 4 шпинделя помещен шпиндельный вал 6, который вращается в опорах скольжения 7. В шпиндельном валу выполнено осевое отверстие 8. На конце шпиндельного вала 6 предусмотрен эксцентриковый поясок 9, ось 10 которого смещена от оси 11 шпиндельного вала на величину эксцентриситета е, равную эксцентриситету отверстия шпинделя. Равенство величин эксцентриситетов дает возможность получить точный нулевой эксцентриситет при завершении процесса сварки. На пояске 9 установлен стакан 12 на подшипниках качения 13, которые обеспечивают возможность свободных поворотных движений стакана на эксцентриковом пояске. Для жесткости устройства на шпиндельном валу может быть аналогично выполнен второй эксцентриковый поясок 14, На донной части стакана снаружи закреплено крепежное приспособление 15, которое предназначено для крепления свариваемой детали 16.

Для предотвращения вращения стакана устройство снабжено механизмом, включающим планку 17, один конец которой жестко соединен со стаканом 12. Второй конец планки снабжен роликами 18. На корпусе устройства 2 (не показано) закреплен фиксатор 19 с пазом 20, при этом конец планки, снабженный роликами, размещен в пазу фиксатора так, что ролики имеют возможность перемещаться по пазу и сообщать планке прямолинейное движение.

В устройстве также предусмотрен шлицевый валик 21, который может перемещаться в осевом направлении от любого привода. На верхнем конце валика выполнены прямые шлицы 22, а на нижнем - винтовые шлицы 23. На шлицевых концах валика установлены соответствующие шлицевые втулки 24 и 25. Шлицевая втулка с прямыми шлицами 24 расположена в отверстии 4 шпинделя и жестко с ним связана, а втулка с наклонными шлицами 25 жестко установлена в отверстии 8 шпиндельного вала 6.

Устройство работает следующим образом. Привариваемая деталь 16, например лопатка турбины, крепится в захвате крепежного приспособления 15 и вводится в контакт со второй деталью 26, остающейся в процессе сварки неподвижной. Шлицевый валик 21, в зависимости от требуемой величины эксцентриситета, перемещают по стрелке 27 в осевом направлении вверх или вниз. При этом шпиндельный вал 6, взаимодействующий со шлицевым валиком через винтовую шлицевую втулку 25, повернется в подшипниках скольжения 7 на заданный угол. Вместе со шпиндельным валом 6 повернется эксцентриковый поясок 9, устанавливая заданную величину эксцентриситета е. После установки эксцентриситета шпинделю сообщают вращение, которое через шлицевую втулку 24 с прямыми шлицами передается шлицевому валику 21 и через шлицевую втулку 25 с винтовыми шлицами - шпиндельному валу 6 и соответственно эксцентриковому пояску 9. Стакан 12, установленный на эксцентриковом пояске через подшипники качения, будет совершать круговые движения без вращения, так как планка 17, жестко связанная со стаканом и имеющая прямолинейное движение, ограничит его вращение. Поскольку деталь неподвижно закреплена на стакане, она также будет совершать аналогичное движение, сохраняя свою первоначальную ориентацию относительно второй детали 26, к которой она приваривается. После достижения в стыке свариваемых деталей нужной величины разогрева, шлицевый валик 21 перемещают по стрелке 27 в противоположном первоначальному перемещению направлении до получения нулевого эксцентриситета, и после проковки деталей процесс сварки завершается.

Таким образом, предлагаемое устройство для орбитальной сварки трением позволяет получить величину радиуса орбитального движения в два раза большую, чем величина эксцентриситета отверстия шпинделя, плавно с помощью простых средств изменять эксцентриситет от максимального до нулевого значения, сваривать детали с различными конструктивными особенностями, обеспечивая их заданное взаимное расположение. Устройство малогабаритно, не требует специальной балансировки привода, несложно в управлении.

Изобретение может быть использовано для сварки деталей произвольной формы сечения, в том числе деталей в виде тела вращения, в частности для приваривания лопаток к дискам роторов газовых турбин. В отверстии 4 шпинделя 1, выполненном с эксцентриситетом относительно оси вращения, размещен шпиндельный вал 6. На конце шпиндельного вала 6 выполнен поясок 9 с эксцентриситетом относительно оси 11 вала, равным эксцентриситету отверстия шпинделя, с подвижно установленным на нем стаканом 12, который снабжен механизмом предотвращения его вращения и имеет смонтированное снаружи приспособление 15 для крепления детали 16. На одном из концевых участков подвижного в осевом направлении шлицевого валика 21 выполнены прямые шлицы 22, а на другом - винтовые шлицы 23, сопряженные с соответствующими шлицевыми втулками 24 и 25. Втулка 24 с прямыми шлицами жестко связана со шпинделем 1. Втулка 25 с винтовыми шлицами неподвижно установлена в центральном отверстии 8 шпиндельного вала 6, установленного с возможностью его поворота для изменения величины эксцентриситета стакана 12. Устройство обеспечивает плавное изменение величины эксцентриситета вплоть до нулевого значения, позволяет увеличить радиус орбитального движения детали без увеличения габаритных размеров устройства, сваривать детали с различными конструктивными особенностями с получением заданного их расположения относительно друг друга после сварки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для орбитальной сварки трением, содержащее шпиндель с отверстием, выполненным с эксцентриситетом относительно оси вращения шпинделя, внутри которого размещен шпиндельный вал, отличающееся тем, что на конце шпиндельного вала выполнен поясок с эксцентриситетом относительно оси шпиндельного вала, равным эксцентриситету отверстия шпинделя, на котором подвижно установлен стакан, снабженный механизмом предотвращения его вращения и крепежным приспособлением для крепления детали, смонтированным на стакане снаружи, кроме того, устройство дополнительно содержит подвижный в осевом направлении шлицевый валик, на одном из концевых участков которого выполнены прямые шлицы, а на втором - винтовые шлицы, и на шлицевых участках подвижно установлены соответствующие шлицевые втулки, при этом втулка с прямыми шлицами жестко связана со шпинделем, а втулка с винтовыми шлицами неподвижно установлена в дополнительно выполненном в шпиндельном вале центральном отверстии, причем шпиндельный вал установлен в отверстии шпинделя с возможностью его поворотов для изменения величины эксцентриситета стакана.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм предотвращения вращения стакана содержит фиксатор с прямолинейным пазом и планку, один из концов которой снабжен роликами, при этом планка концом с роликами установлена в пазу фиксатора с возможностью возвратно-поступательных движений по пазу, а другим концом жестко соединена со стаканом.