СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ И РЕЗКИ
Оборудование для сварки трением
В зависимости от способа СТ машины подразделяют на обычные, инерционные и ротационные. Основные конструктивные и компоновочные схемы машин подобны. Общими конструктивными узлами и системами в них являются:
• привод осевого сжатия;
• привод вращения шпинделя;
• передняя бабка со шпинделем и зажимом для вращающейся детали;
• задняя бабка с зажимом для неподвижной детали;
• тормозная система шпинделя;
• станина машины;
• система управления процессом сварки и машиной.
В машинах для ИСТ имеется маховик для аккумулирования кинетической энергии.
Привод осевого усилия предназначен для сближения деталей перед сваркой и обеспечения осевого усилия по заданной программе нагрев—проковка.
|
Рис. 7.7. Кинематическая схема двухшпиндельной машины для инерционной сварки трением: 1 — приводной двигатель; 2 — ременная передача; 3 — муфта сцепления; 4, 8 — подшипниковые узлы; 5, 7 — вращающиеся зажимы; 6 — свариваемые детали; 9 — маховик; 10 — привод сжатия деталей |
В машинах для СТ применяют пневматические, пневмогидрав - лические, гидравлические и электромагнитные приводы сжатия.
Пневматические приводы сжатия отличаются простотой, их применяют в машинах малой мощности.
Пневмогидравлические приводы нашли применение в машинах малой и средней мощности. Большая инерционность пневматических систем (длительное заполнение цилиндров воздухом и их опорожнение) не позволяет обеспечивать обратную связь по контролю давления.
Гидравлический привод сжатия применяют на машинах средней мощности (более 300 кН) и во всех машинах большой мощности (до 3 ООО кН). Такой привод легко обеспечивает нарастание усилия при нагреве и проковке, а также позволяет осуществлять активный контроль давления (до 30 мПа).
Гидроаппаратура размещена в отдельном шкафу. В нижней части шкафа размещен бак с рабочей жидкостью, в котором находится охлаждающий змеевик с проточной водой.
Силовой электромагнитный привод сжатия (рис. 7.8) отличается высокими динамическими характеристиками и позволяет использовать магнитопровод в качестве основной маховой массы и тем самым исключить упорный подшипник.
Передняя бабка машины служит для приведения во вращение одной из свариваемых деталей, а также для восприятия осевых
усилий, создаваемых приводом сжатия на этапе нагрева и проковки. На передней бабке расположен шпиндель, свободно вращающийся в подшипниках. На одном конце шпинделя закреплен зажим для свариваемой детали, а на другом — элемент системы, связывающий шпиндель с приводом вращения. Подшипники шпинделя (радиальные и упорные) работают в весьма неблагоприятных условиях (как на этапе нагрева деталей, так и на этапе проковки и торможения). В связи с тяжелыми условиями их работы в машинах для сварки трением особое внимание уделяют их своевременной смазке и охлаждению.
В качестве привода вращения шпинделя используют трехфазный асинхронный электрический двигатель, клиноременную передачу с зубчатым ремнем, муфту сцепления и тормозное устройство. Во многих мощных машинах используют гидравлические двигатели. Такой привод обеспечивает бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя и расширяет технологические возможности машины. Часто в этих машинах гидравлические двигатели вращения подключают к единой гидравлической системе машины.
В машинах для микросварки трением с очень большой частотой вращения (80...650 с-1) в качестве привода используют пневматические турбинки, которые нечувствительны к мгновенным перегрузкам и способны длительно работать в режиме частых пусков и торможений. Они обходятся без передач благодаря непосредственному сочленению вала со шпинделем машины.
Муфты сцепления обеспечивают надежную и долговечную работу машины при минимальном времени срабатывания. Этим тре-
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Рис. 7.8. Кинематическая схема машины для инерционной сварки трением с электромагнитным силовым приводом: |
бованиям удовлетворяют электромагнитные многодисковые, а также гидравлические и пневматические фрикционные муфты. Наиболее широкое применение нашли электромагнитные фрикционные сухие муфты, отличающиеся высокой нагрузочной способностью и хорошей теплоотдачей.
Тормозные системы при сварке трением основаны на двух практических способах прекращения быстрого вращения сваренных деталей:
• за счет искусственного торможения всей системы привода вместе с вращающейся деталью (реверсированием двигателя, при помощи фрикционных электромагнитных или гидравлических, а также дисковых тормозов или муфт);
• путем использования момента трения в стыке свариваемых деталей и свободного выбега вращающихся масс машины на этапе естественного самоторможения.
Первый способ используют при обычной СТ на маломощных машинах для сварки стержневых деталей диаметром 0,7... 15 мм при частоте вращения 60...633 с-1 и окружной скорости 1... 1,2 м/с.
|
Шлиц Рис. 7.9. Конструктивные элементы (отверстия, шлицы на валу, шпоночный паз на валу), 'позволяющие упростить закрепление их в зажимах сварочной машины |
Второй способ используют в машинах для обычной СТ и ИСТ, рассчитанных для сварки деталей диаметром свыше 20 мм.
Для универсальных машин предусматривают использование обоих способов торможения, что обеспечивает гарантированное качество сварки деталей из разнородных металлов при разнообразии их диаметров.
Зажимы для подвижных и неподвижных деталей предназначены для обеспечения взаимного центрирования свариваемых деталей и надежного их закрепления для предотвращения проскальзывания под воздействием осевого усилия и прокручивания от вращающего момента.
Установку и закрепление простых деталей, изготовленных из прутков, толстостенных труб (свыше 4 мм), а также некоторых поковок и штамповок производят в типовых зажимах общего применения (кулачковых патронах).
Для закрепления деталей сложной формы применяют специальные зажимные устройства. Эти устройства упрощают, используя для закрепления деталей имеющиеся в них отверстия, углубления, выступы (рис. 7.9) или специально предусмотренные технологические отверстия.
Крупные машины для сварки трением оснащают специальными зажимами, которые позволяют воспринимать большие осевые нагрузки и передавать большие вращающие моменты (рис. 7.10). Принцип действия такого зажима следующий. Втулка 2, несущая
|
Рис. 7.10. Специальный зажим передней бабки машины для сварки трением крупногабаритных деталей: 1 — свариваемая деталь; 2 — сменная втулка с тремя кулачками; 3 — сменная насадка; 4 — шпиндель; 5 — тарельчатые пружины; 6 — тяга; 7 — поршень гидроцилиндра |
на себе три кулачка со сменными насадками 3, находится на конце шпинделя 4 и соединена с ним болтами. С помощью тяги 6 втулка вместе с кулачками может перемещаться вдоль оси шпинделя, сжимая набор тарельчатых пружин 5. При этом кулачки скользят по внутренней конической поверхности насадки 3 и зажимают вставленную деталь 1. Обратное перемещение всей этой системы происходит под действием гидроцилиндра, разжимающего тарельчатые пружины 5. Происходит освобождение детали.
Для зажатия неподвижной детали используются устройства, усилие зажатия которых пропорционально осевому усилию (рис. 7.11). Принцип работы этой двухкулачковой самоцентрирующейся системы заключается в том, что призматические кулачки, зажимающие деталь, имеют скошенные под углом 15° затылочные поверхности, которые передвигаются по соответствующим клиновым поверхностям корпуса зажима. При поступательном перемещении кулачков вдоль оси неподвижной детали они сближаются в радиальных направлениях и зажимают заготовку.
Аппаратура для управления машиной размещена в отдельном шкафу, что гарантирует устранение влияния вибраций, тряски и толчков, возникающих в процессе сварки.
|
|
|
Рис. 7.11. Схема зажима невра - щающихся деталей: |
Современные машины для СТ оборудованы средствами управления продолжительностью нагрева соприкасающихся поверхностей и обеспечения окончания формирования соединения одновременно с прекращением подвода теплоты. Эти средства включают в себя тахометр для замера скорости вращения патрона с заготовкой и клапан регулирования давления для контроля усилия сжатия заготовок силовыми цилиндрами. С помощью перечисленной измерительной и регулирующей аппаратуры приводят в соответствие осевое усилие с накопленной энергией во вращающихся инерционных массах.
|
1 — поршень; 2 — пневмоцилиндр; 3 — вилка; 4 — клиновый ползун со сменными кулачками; 5 — свариваемая деталь; 6 — подача воздуха |
Все современные машины для сварки прением выполняют процесс сварки автоматически. Они прекращают тепловыделение по заранее заданной программе. Программа может быть задана либо по времени нагрева, либо по значению осадки нагрева. Некоторые виды оборудования позволяют пе
реходить от одного из этих способов управления к другому с помощью простого переключения схемы управления машиной.
Для ротационной сварки трением применяют специальные установки, по компоновке близкие сверлильным станкам. Одна из таких установок показана на рис. 7.12. В процессе сварки шпин-
|
Рис. 7.12. Схема установки для ротационной сварки трением: |
дельную головку с рабочим инструментом, выполненным из стали Р6М5, прижимают к свариваемым листам и приводят во вращение. Одновременно включают привод перемещения свариваемых листов. При подходе к концу листов конечный выключатель прекращает процесс, а шпиндельная головка отводится в исходное положение.
Для освоения техники ротационной сварки трением разработаны экономичные установки модульной конструкции. Новая серия установок может сваривать данным методом материал толщиной 1,4... 100 мм. Мощность привода шпинделя инструмента —
1,5.. . 100 кВт. Серия состоит из двух основных типов: установки типа S для прямолинейных швов и установки типа U для прямолинейных швов по осям X или Y, а также швов в форме окружности, прямоугольника и т. п. Каждый тип установок изготавливают двух видов:
• напольная установка с вертикальной стойкой для крепления крупногабаритных приспособлений и устройством сварки кольцевых швов;
• установка с низко расположенной шпиндельной головкой для двухсторонней сварки со столом для монтажа малогабаритных приспособлений.
|
Таблица 7.3 Машины общего применения для обычной сварки трением
|
|
Таблица 7.4 Машины для инерционной сварки трением (США)
|
|
Машины для сварки трением (Германия)
|
Установка PCT3UT (универсальная установка со столом, приводом шпинделя мощностью 11 кВт) предназначена для сварки листов из алюминиевых сплавов максимальной толщиной до 10 мм.
Технические характеристики отечественных машин общего применения для обычной СТ представлены в табл. 7.3.
Технические данные некоторых машин для ИСТ, выпускаемых фирмой Caterpillar Industrial Division (США), приведены в табл. 7.4.
В Германии фирмой KUKA освоено изготовление специализированных машин для сварки трением типа RS (см. рис. 4.16—4.20, табл. 7.5).
Требования безопасности при сварке трением. Сварка трением в отличие от других видов сварки не сопровождается выделением токсичных газов и аэрозолей, ультрафиолетовым излучением и разбрызгиванием расплавленного металла, поэтому является более гигиеничным и безвредным процессом как для сварщика, так и для окружающих. Однако оборудование для сварки трением, как и многие металлообрабатывающие станки, небезопасно. Неосторожный контакт с вращающимися и поступательно перемещающимся частями машины в процессе сварки может повлечь за собой травму. Процесс сварки обеспечивает разного рода электрическая аппаратура, неосторожное обращение с которой или ее неисправность могут повлечь за собой поражение электрическим током.
При проектировании оборудования для сварки трением должны быть соблюдены Правила устройства металлообрабатывающих станков и Правила устройства и эксплуатации электроустановок.
