Устройство для сварки трением

 

Изобретение относится к устройствам для сварки трением и может быть использовано непосредственно на месте изготовления и практического использования сварных конструкций. Цель изобретения - упрощение конструкции и обеспечение возможности ее выполнения переносной. Устройство для сварки трением состоит из корпуса, выполненного в виде соединенных между собой верхней 1 и нижней 2 частей. Привод вращения выполнен в виде крыльчатого пневмо-или гидромотора 21, установленного в корпусе устройства с возможностью осевого перемещения и подпружиненного относительно него пружиной 40. На приводном валу мотора закреплены зажимное устройство 31 и маховик 33. Привод осевого перемещения зажимного устройства выполнен в виде поршня 7, установленного в корпусе между его торцовой частью и мотором. Поршень 7 перемещается под действием давления рабочей среды в полости 18 и связан с кожухом 20 мотора 21. Рабочая среда под давлением подается через впускное отверстие 6, расположенное в корпусе, во входное отверстие 10 клапана и в отверстие 19, соединяющее полости 17 и 18. Через клапан рабочая среда попадает в полости 37, 39, 47 и через отверстия 49 в корпусе устройства выходит наружи. Мотор достигает заданной скорости вращения. По истечении задержки примерно в две секунды давление рабочей среды в полости 18 достаточным для перемещения поршня 7 и создания осевого усилия при сварке. В процессе аксиального перемещения поршня гнездо клапана приближается к клапанному элементу 15, перекрывая клапан, что исключает дальнейшую подачу рабочей среды в мотор. В этот момент мотор прекращает свое вращение с помощью поршня и создается усилие проковки. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

®) В 23 К 20/12

1

I списочник изовгктьния

К ПАТЕНТУ

5 11 8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4028762/25-27, 4028764/27 (86) РСТ/GP 86/00241; РСТ/GB 86/ 00242 (07,05;86) (22) 09.01.87 (31) 85 15271 (32) 17.06,85 (33) GB (46) 15.11.90. Бюл, Р 42 (71) Томсон Велдинг эапц Инспекшн Лтд (GB) (72) Аллан Роберт Томсон и Томас Вайнер Хит (СВ) (53) 621.79 1.14 (088.8) (56) Патент CIIIA h - 3740827, кл. В 23 К 19/00, 1973.,SU.„07685 A 3

7 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ТРЕНИЕИ (57) Изобретение относится к устройст.вам для сварки трением и может быть использовано непосредственно на месте изготовления и практического использования сварных конструкций. Цель изобретения — упрощение конструкции и обеспечение возможности ее выполнения переносной. Устройство для сварки трением состоит из корпуса, вы.олненного в виде соединенных между собой верхней, и нижней 2 частей.

Привод вращения выполнен в виде крыль" чатого пне"Mo- или гидромотора 21, установленного в корпусе устройства

) 607685 с возможностью осевого перемещения и подпружиненного относительно него пружиной 40. На приводном вапу мотора закреплены зажимное устройство 31 и маховик 33. Привод осевого перемещения зажимного устройства выполнен в виде поршня 7, установленного в корпусе между его торцовой частью и мотором. Поршень 7 перемещается под действием давления рабочей среды в полости 18 и связан с кожухом 20 мотора 21. Рабочая среда под давлением подается через впускное отверстие 6, расположенное в корпусе, во входное отверстие 10,клапана и в отверстие

19, соединяющее полости 17 и 18. ЧеИзобретение относится к устройствам для сварки трением, 25

Цель изобрететп.-я — упрощение конструкции и обеспечение возможности выполнения ее переносной.

На фиг. 1 показано устройство при исходном положении (перед сваркой) составляющих его элементов, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, в конце сварки," на фиг, 3 — то же, в случае выполнения корпуса клапана на корпусе устройства, а клапанного элемента " на поршне; на фиг. 4 — вид устройства в плане; на фиг, 5 — схема пневматической системы управления; на фиг. 6 — график зависимости между моментом трения, давлением и скоростью 0 вращения в процессе выполнения сварки штифта; на фиг. 7 — графическое изображение подачи энергии на приводной вал мотора устройства в процессе сварки,; на фиг. 8 — зажимное устройст- л5 во, вид в плане; на фиг. 9 " установка устройства на обрабатываемой дета ли.

Портативное сварочное устройство имеет внешний металлический корпус верхняя часть 1 когорого .соединена с нижней частью 2 болтами (не показаны), Устройство .имеет круглое поперечное сечение„центрированное по оси

3, а часть 2 корпуса ступенчато направлена к оси 3 по всей длине устрой-. ства. Сверху на части ) корпуса установлена рукоятка,4, Вторая рукоятка )

5 отходит от боковой стороны части рез клапан рабочая среда попадает в полости 37, 39, 47 и через отверстия

49 в корпусе устройства выходит наружу ° Мотор достигает заданной скорости вращения. Пс истечении задержки примерно в двео секунды давление рабочей среды в полости 18 будет достаточным для перемещения поршня 7 и создания осевого усилия при сварке.

В процессе аксиального перемещения поршня гнездо клапана приближается к клапанному элементу 15, перекрывая клапан, что исключает дальнейшую подачу рабочей среды в мотор, В этот момент мотор прекращает свое вращение с помощью поршня и создается усилие прсковки . 3 з.п.ф-лы, 9 ил .

1 корпуса. Рукоятка S выполнена полой и может соединяться с источником воздуха через резьбовую втулку, Сжатый воздух проходит в устройство через отверстие 6, расположенное .в части 1 корпуса:

Верхняя часть устройства определяет контур блока поршень/цилиндр. Поршень 7 выполнен в виде диска, который установлен коаксиально с осью 3 устройства, и снабжен простирающейся аксиально втулочной частью 8, которая установлена также коаксиально по отношению к оси 3. Поршень удерживаетея от вращения в корпусе устройства при помощи стопорного хомута 9 (фиг. 4), Во втулочной части 8 образованы отверстия 10 и 11, которые расположены в аксиальном направлении с огределенным интервалом одно от другого, вместе определяют контур корпуса клапана и соединяются между собой элементом 12, имеющим форму усеченного конуса, который, в свою очередь, определяет контур гнезда клапана.

Втулочная часть 8 уплотнена на проходящей в радиальном направлении пе"

„емычке 13 части l корпуса уплотнительным кольцом 14. Таким образом,. поршень может свободно перемещаться в аксиальнсм направлении, но не может вращаться относительно частей и 2 корпуса.

Клапанный элемент 15 имеет форму усеченного конуса, которая идентична форме эпемента 12, и установлен

160 внутри отверстия 10 части 8 на аксиально направленном пальце 16, ко- торый прикреплен к части 1 корпуса с возможностью вращения. Можно, нао-. борот, корпус клапана крепить к части 1 корпуса, а клапанный элементк поршню 7 (фиг. 3).

Элементы, расположенные в верхней части 1 корпуса, образуют полости 17 и 18, которые могут сообщаться через отверстие 19.

Поршень 7 с помощью специальных болтов прикреплен к кожуху 20 мотора

21. Внутренняя цилиндрическая часть

22 кожуха имеет кольцеобразный выступ 23, который простирается радиально внутрь. Цилиндрической частью 22 поршень входит в рабочее зацепление с опорной плитой 24. В качестве мотора 21 можно использовать обычный крыльчатый пневматический мотор, который развивает мощность в 4 кВт при скорости вращения в 12000 об,/мин максимально. Возможно также использование гидромотора, Мотор 21 включает в себя ротор 25, который установлен с возможностью вращения в двухрядном подшипнике 26 с наклонным корпусом и в игольчатом роликовом подшипнике 27 ° Ротор 25 включает выполненную за одно целое и простирающуюся в аксиальном направленйи часть 28 с глухим отверстием

29. Конец 30 части 28 снабжен внутренней резьбой, с помощью которой на нем закрепляется зажимное устройстство 31.

Мотор 21 снабжен также регулятором 32 скоро ти вращения.

Аксиальные нагрузки передаются через ротор 25 на подшипник 26 и далее через опорную плиту 24 мотора и кожух 20 мотора на поршень 7.

Маховик 33 прикреплен болтами к дискообразному опорному элементу 34, который, в свою очередь, з акреплен на вращаемом приводном валу 35 мотора 21, Опорный элемент маховика может крепиться на валу мотора 21 при помощи шпонки с гарантировачным относительным аксиальным движением между ними. Опорный элемент 34 маховика имеет три отверстия, одно из которых обозначено позицией 36. Все три отверстия расположены ло.окружности, вокруг оси 3 с определенным интервалом одно от другого. Между поршнем и опорным элементом маховика образована по7685 6 лость 37. Между опорным элементом маховика и радиально направленной перемычкой 38 кожуха 20 образована полость 39.

Внутри части 2 корпуса кожух 20 мотора герметиэирован уплотнительными кол ьц ами, Кожух 20 мотора под воздействием

10 пружины 40 сжатия вынужденно поднимается, причем сама пружина 40 действует в интервале между внутренним уступом 41 части 2 корпуса и прости-рающимся радиально наружу фланцем 42, 15 который выполнен за одно целое с внутренней цилиндрической частью 22, Ротор может совершать скользящее движение на небольшое расстояние относительно в:утренней части 22 кожу20 ха 20 мотора. Под воздействием круглой листовой пружины 43 этот ротор в принудительном порядке занимает показанную на фиг. 1 позицию, причем упомянутая круглая листовая пружина (рес25 сора) действует в интервале между фланцем 44 цилиндрической части 22 и простирающимся наружу фланцем 45 мотора 21. Между уплотняющей плитой 46 мотора и фланцем 45 образована lio

30 лость 47. В части кожуха мотора, расположенной в полости 47, выполнены отверстия 48. На участке части корпуса, находящемся в зоне расположения пружин 40, выполнены отверстия 49.

В опорной плите 24 и уплотняющей плите 46 вылолнейи отверстия (не показаны), соединяющие полости 39 и 47.

Все управление сварочным аппаратом осуществляется автоматически с помощью

40 специальной триггерной системы запуска и останова цикла сварки, Система управления и регулирования схематически показана поз. 50 на фиг. 1, а более детально — на фиг. 5.

На фиг. 5 показан также источник

51 сжатого воздуха, который подается к пусковому клапану 52. Срабатывание этого клапана регулируется триггериым устройством 53. В процессе работы сварочного аппарата какая-то часть подаваемого в.полость 1 7 сжатого воздуха проходит от клапана 52 через отверс-тие 19, где и происходит разветвление потока воздуха. Одна ветвь 54 потока сжатого воздуха проходит через регулятор

55 давления во входное отверстие двухходового пружинного обратного клапана 56, 1 снабженного тре1-я отверстия.m и срабатывающего от схем управления. Дру16076 85 гая ветвь потока сжатого воэдухй направляется по линии 57 через таймер 58 непосредственно в схему управления клапаном 56, На начальной стадии давление воздуха явно недостаточно для преодоления усилия возвратной пружины, вследствие чего полость 18 (рис. 5) испытывает воздействие атмосферного давлежтя через выпускное 10 отверстие, образованное в болте 59, который установлен в верхней части

1 корпуса и которым крепится клапан

56, После задержки примерно в 2 с (эта задержка во времени. регулирует- 15 ся таймером 58), которой вполне достаточно дпя набора мотором 21 макси.мальной скорости вращения, контрольное давление преодолевает усилие возвратной пружины, благодаря чему по" 20 ток сжатого воздуха свободно проходит по линии 54 и попадает в полость

18, Включенный в схему регулятор 55 давления предохраняет поршень от воздействия колебаний давления подачи и

25 дает возможность регулировать усилие поршня в зависимости от конкретных условий сварки и размеров свариваемых деталей.

Сварочное устройство удерживается 30 напротив поверхности детали 60 (в форме плиты из углеродистой стали), к которой необходимо приварить штифт

61, с помощью магнитного зажима 62, в котором сварочное устройство фиксируется в нужной позиции с помощью штыкового соединения 63. Б других вариантах изобретения для фиксации положения сварочного устройства можно использовать вакуумные зажимы и gp другие средства крепления, Магнитный зажим 62 (фиг. 8 и 9) состоит из двух электромагнитов 64, которые соединены между собой с помощью подковообразного зажима 6.5, 45

Штыковая соединительная муфта бб, которая крепится к штифту штыкового соединения 63, закреплена на верхней пластине 67 заяима болтами 68,,причем сам. зажим закрепляется на 0 стойках — подпорках 69 с помощью болтов 70. Положеже пластины 67 относительно подковообразного зажима можно регулировать путем перемещения стоек-подпорок вдоль параллель1 х прорезей с шипами 71 в магнитном зажиме 62 для центрирования сварочного устройства после включения элек",. тромагнитов 64, Правильную позицию можно фиксировать с помощью стопорнб го винта 72.

Устройство работает следующим образом.

Штифт 61 устанавливают в эажимное устройство соответствующей конфигурации, Корпус штифта проходит через зажимной патрон 31 и располагается в глухом отверстии 29. Для закрепления штифтов различной длины внутри глухого отверстия 29 можно использовать уппотняющие втулки (не показаны) . Сварочное устройство фиксируется относительно второй свариваемой детали 60 и соединяется с источником сжатого воздуха, например с компрессором, из которого сжатый воздух забирается непосредственно (можно использовать запасенную энергию воздуха под давлением в 8 бар из резервуара емкостью s 170 л) ..Цикл сварки начинается после срабатывания предохранительного триггерного (пускового) устройства 53, которое открывает клапан

52, обеспечивающий свободный проход сжатому воздуху через рукоятку 5. Далее воздух проходит через отверстие 6 в полость 17, а из полости 17 попадает в отверстия 11, 19 и, соответственно, в полости 37 и 18, Из полости 37 воздух проходит в полость 39, причем в данном случае сжатый воздух проходит через расположенные в опорном элементе маховика отверстия 36 и по кромке самого маховика. После этого поток воздуха проходит через отверстия, расположенные в опорной 24 и уплотняющей

46 плитах мотора, и попадает в полость 47. Затем поток воздуха выходит из расположенных в кожухе мотора отверстий 48, проходит через возвратную йружину 40 и выходит из части 2 корпуса через выпускные отверстия 49, расположенные в этой части корпуса.

Мотор быстро набирает заданную скорость вращения и накапливает энергию в маховике, По истечении задержки примерно в 2 с клапан 56 включает подачу воздуха из лиьыи 54 через регулятор

55 в полость 18, создавая тем самым усилие поршня, которое сохраняется в основном постоянным на протяжении всего цикла сварки. Таким образом, первоначальный контакт между деталью и штифтом происходит лишь после того, как вращение мотора достигает своей рабочей скорости. При первоначальном контакте трущихся поверхностей момент

9

Ф трения относительно высок и иногда может превысить вращающийся момент самого мотора. Тем не менее, благодаря ранее накопленной в маховике энергии эта нагрузка на мотор легко преодоле-.

5 вается и штифт продолжает вращаться, но уже с несколько меньшей скоростью (как правило, в данном случае потеря скорости вращения составляет пример-. но 20Х от максимальной, см. фиг, 6).

Взятая от маховика энергия способст.вует образованию эоны размягченного материала между трущимися поверхностями.

В отличие от обычной инерционной сварки в данном случае инерция исполь:зуется не для. подачи всей энергии сварки, а лишь для усиления пневматического мотора в течение начальной фазы сварки.

В процессе аксиапьного перемещения поршня гнездо клапана медленно приближается к клапанному элементу 15, причем это приближение продолжается 25 до тех пор, пока клапан не будет полностью перекрыт, что исключает дальнейшую подачу воздуха в мотор 21 (фиг. 2). В этот момент мотор прекращает свое вращение, а штифт прижимается к детали 60 с усилием проковки.

При переводе клапана 52 в закрытое положение прерывается подача воздуха в устройство и на этом цикл сварки заканчивается.

Длительность этапа нагрева можно изменять за счет изменения первоначального относительного положения меж16076 85 10

Ф о р м.у л а и s о б р е т е н и я

Для обеспечения большей маневренности и портативности сварочный àïïàрат изготовляют из легких металлов, 45 благодаря чему все вращающиеся компоненты мотора и блока удерживания и крепления штифта имеют низкую инерцию (однако это делать нецелесообразно, если требуется создать высокий первоначальный вращаюший момент) .

Описанное устройство для сварки трением отличается простотой в эксплу ат ации, используется непосредственно на месте изготовления и практи 55 ческого применения сварных конструкций и деталей, не требует сложных электрических или электронных средств и устройств . управления. ду гнездом клапана и клапанным элементом 15 путем изменения, пример, длины пальца 16, 1. Устройство для сварки трением, Г содержащее корцус, вращаемое зажимное устройство для одной из свариваемых деталей, связанное с соосно устанонленным маховиком, привод вращения зажимного устройства, привод его осевого перемещения и механизм управления приводами вращения и осевого переме щения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструк ции и выполнения ее переносной, привод вращения выполнен в виде установленного в корпусе с воэможностью осевого перемещения и подпружиненного относительно него крыпьчатого пневмоили гидромо.ора и на приводном валу последнего закреппек1 зажнмное устройство и маховик, привод осевого перемещения выполнен в виде поршня, установленного в корпусе. между его тор-, цовой стенкой н мотором, на корпусе в полости, обр аэ ов анной его торцовой стенкой и поршнем, выполнено впускное отверстие для подачи рабочей среды, в этой же полости на корпусе выполнены перемычки, делящие ее на две сообщающиеся полости, одна из которых расположена между перемычками и порш-, нем, а другая сообщена с впускным отверстием, при этом поршень установлен с возможностью осевого перемещения, связан с корпусом мотора и выполнен с отверстием для сообщения полости мотора с полостью, в которой выполнено впускное отверстие, а в стенке корпуса устройства выполнены отверстия для выхода рабочей среды иэ мотора, кроме того, механизм управления выполнен в виде клапана, включающего корпус, выполненный в виде втулки с гнездом на ее внутренней поверхности, и клапанный элемент, установленный в корпусе клапана с возможностью взаимодействия с его гнездом, при этом корпус и клапанный элемент установлены с возможностью относительного осевого перемещения, входное отверстие клапана сообщено с полостью, в которой размещено впускное отверстие, а выходное отверстие клапана сообщено с полостью мотора, 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что корпус клапана установлен на поршне, а клапанный элемент - на корпусе устройства, 3607585

3 Устройство по и, 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что корйус клапана

I установлен на корпусе устройства, а клапанный элемент — на поршне.

4. Устройство о g. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено установленным в пслости, обр азованной поршнем и перемычками корпуса, синхронизирующим устройством с таймером для задержки срабатывания поршня до тех пор, пока зыжимное устройство не достигнет з ар анее уст ановл е иной ч а сто ты вр аще ння, 1607685

1607б 85

9 eprug ВРаЩЕНий юя,реодоЯний момЕнта аасаниЯ

Знар ий ва оРа

Ос м атоюнаЯ ииерционн4Я яМр2 иЯ амедлени

С ост ави тел ь И, Фелици на

Техред П.Сердюкова Корр ек тор g, Шароши

Редактор А.Маковская

Заказ 3556 Тираж 635 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r. Уж ород, ул. Гагарина, 101