专利名称：用于惯性径向摩擦焊的工装装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于惯性摩擦焊的专用工装装置，具体涉及一种用于环与圆柱、环 与圆管进行圆周面上摩擦焊接的专用工装装置。
背景技术：
目前，在采用摩擦焊技术实现圆柱形、管形零件与环形零件的径向连接时，尚无专 用的径向摩擦焊设备， 一般都是在轴向摩擦焊机上应用设备摩擦焊加压系统通过专用工 装变向，实现径向加压。该专用工装用于夹持环形零件，通常主要由推力部分、夹持部 分、轴承和支撑部分组成，该专用工装用螺纹连接在移动夹具端的主轴上，通过工装将 移动夹具端的轴向加压系统主油缸的轴向推力转变为径向压力，在作径向焊接时，原轴 向摩擦焊机移动夹具端的夹具夹紧油缸不起作用，推力套和移动夹具与滑台轴向主推力 油缸相连，焊接是利用设备摩擦焊轴向加压的主推力油缸实现，焊接过程中夹具将承受 全部轴向推力，为保证工艺实施，该专用工装具有两套轴承——推力轴承与旋转轴承。 焊接时，环形零件放置在该专用工装的卡爪部位；旋转夹具高速旋转；轴向加压系统主 推力油缸推动滑台、推力套，以及工装一起向前运动，当工装中的限位装置(挡块和旋 转轴承)与旋转夹具端焊件接触后，工装停止向前运动，此时由于滑台和推力套仍继续 向前运动，在工装和推力套之间产生了相对运动，使得卡爪开始做径向运动，直到环形 焊件与旋转夹具端管件或棒接触，产生摩擦；随着滑台和推力套的继续前进，径向顶锻 压力的输入，最终实现两焊件的连接。这种专用工装存在的问题是需要承受较大的轴 向力，结构复杂，装卸费时费力；且工装靠莫氏椎度夹紧， 一直处于自由状态，无法实 现任意位置准确和定位环形工件的预夹紧，容易使管件径向变形；其次在轴向摩擦焊机 上进行径向摩擦焊，焊接时夹持在环件上的径向压力由主推力油缸实施，主推力油缸在 推动推力套向前运动带动卡爪径向加压的同时，滑台也随之向前运动，因此在工装与移 动夹具端主轴相连的后端留有一定的空间，焊接过程中圆柱、圆管形焊件的端部处于悬 臂状态，旋转夹具夹持扭矩无法克服焊接时焊接扭矩的影响，易造成被夹持的圆柱、圆 管形焊件的表面拉伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单合理，使用、装卸方便，用于环与圆柱、环与
圆管的惯性径向摩擦焊的工装装置。
本发明的目的是这样实现的 一种用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于 该工装装置包括夹具体，设置在所述夹具体轴向通孔内的定位轴承，穿过所述定位轴承 内孔的轴承座，穿过所述轴承座内孔的定位轴，与所述定位轴前端部固定连接的定位块， 设置在所述定位轴上的定位弹簧，与所述夹具体前端部圆周上径向活动连接的若干卡 爪，以及与所述卡爪的外表面轴向活动连接的复位环。
在上述夹具体的前端部沿径向圆周设置有开口的直通槽，并在所述直通槽后部的径 向圆周上设置与之对应的通孔；所述卡爪为长条形，其外侧表面为圆锥面，该圆锥面的 锥度与移动夹具前端的推力套的内表面锥度相一致，并在该圆锥面沿长度方向设置深度 一致的导向滑槽，在其内侧中部设置凹槽，而其内侧的前凸台和后凸台则分别插入所述 夹具体的所述直通槽和所述通孔内与之间隙配合；所述前凸台的内表面上设置有齿，所 有的所述前凸台的内表面位于同一圆周表面；所述复位环由连接环和与之连接为一体的 导向滑块组成，所述连接环与所述推力套的前端面固定连接，所述导向滑块则伸入所述 卡爪上的所述导向滑槽内与之间隙配合，其数量与所述卡爪的数量相同；所述定位轴承 位于所述夹具体的轴向通孔后部的环形台阶处；所述轴承座前端的外环台阶与所述定位 轴承内圈的前端面接触，其伸出所述定位轴承后端处的径向圆周上设置有环形槽，在所 述环形槽内设置开口卡簧；所述定位轴后端伸出所述轴承座处设置有垫圈及定位螺母； 所述定位弹簧位于所述定位块与所述轴承座前端的外环台阶之间。
上述夹具体的外表面可为圆锥台或圆柱形，其后端与移动夹具端的主轴前端可为螺 纹连接或键连接，其轴向通孔后部的环形台阶处的所述定位轴承可为l个以上，可根据 其轴向受力的大小来确定使用数量。
上述卡爪在所述夹具体前部的径向圆周上以均匀分布为佳，其外侧面上的所述导向 滑槽可为T形槽或L形槽。
上述复位环可为一整体件，或为分体件构成，其连接环与所述推力套的前端面可为 螺钉连接或键连接，其所述导向滑块可为T形滑动块或L滑动块，以便与卡爪外侧面上 的T形槽或L形槽相配合。
上所述推力套的后端与移动夹具油缸的活塞端螺纹相连。
上述定位块可为法兰盘，其直径小于环形焊接件的外径，与所述定位轴可为螺钉连 接、或为螺纹连接、或为焊接连接。
本发明提供的用于惯性径向摩擦焊的工装装置中，卡爪是实现径向加压的主件之
一，爪体在夹具体上的直通槽和通孔内可以上下移动，可根据环形焊件直径大小设计不 同的尺寸，形成系列卡爪；复位环可带动卡爪在焊接结束、径向加压系统移动夹具油缸 活塞后退时进行复位；定位块和定位轴用于环状工件的定位及定位弹簧的固定；定位弹 簧使定位块复位；定位轴承用于焊接过程中旋转夹具端管件或棒的稳定支撑，整个工装 仅承受支撑旋转焊件的轴向力，受力小。
该工装装置在使用时，先调整定位轴上的垫圈厚度或定位螺母的位置，使定位块位 于卡爪前凸台的预定位置，将环形焊件紧贴定位块放置，管或棒焊接件夹持在旋转夹具 中；焊接开始前，移动夹具油缸的活塞向前运动，推动推力套和复位环向前移动，由于 推力套内圆锥面的作用，推力套推动卡爪作径向夹紧运动，卡爪到达规定预夹紧位置， 油缸压力保持，油缸活塞被锁定，实现对环形焊件的预夹紧定位；在移动夹具端的轴向 加压系统主油缸作用下，滑台开始前行，直到夹持在旋转夹具中的管或棒焊接件的端部 穿过环形焊件与定位块接触，并将定位块推离定位位置，此时因移动夹具油缸处于保持 状态，环状工件仍处于预夹紧状态；当滑台前行到达管或棒焊接件与环形焊件预定的焊 接位置后，将其定位，旋转夹具单元端的主轴开始旋转，旋转夹具带动定位块、定位轴、 定位弹簧、轴承跟着一起旋转，达到设定转速后，移动夹具油缸活塞再向前运动，继续 对工装卡爪径向加压，两焊件产生摩擦，旋转焊件的动能变成两连接零件间的摩擦热， 随着作用在环形焊件上的径向压力的继续输入，两焊件连接在一起；保压时间结束后， 旋转夹具松开，移动夹具油缸活塞后退，推力套向后移动，带动复位环松开卡爪，滑台 后退到初始位置，定位块在定位弹簧的作用下恢复到环件定位位置，取下焊接件，完成 焊接过程。
综上所述，本发明提供的用于环与圆柱、环与圆管的惯性径向摩擦焊的工装装置结 构简单合理，使用、装卸方便，并通过对移动夹具油缸和轴向加压系统主油缸调配使用，
能实现环状工件的预夹紧和任意位置准确定位、控制焊接变形以及避免圆柱形、管形工
件被夹持部位被拉伤。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明 图1为本发明的实施例1的剖视结构示意图； 图2为图1中夹具体的立体结构示意图； 图3为图1中卡爪的立体结构示意图； 图4为图1中复位环的立体结构示意图；图5为本发明的实施例1的使用状态的剖视结构示意图。
具体实施例方式
实施例参见图1 图5，用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于所述夹 具体1的外表面为圆锥台形，其后端与移动夹具端的主轴11前端为螺纹连接，其前端 部沿径向圆周均匀设置有8个开口的直通槽1-1，并在所述直通槽1-1后部的径向圆周 上设置与之对应的通孔1-2; 8个所述卡爪7为长条形，其外侧表面为圆锥面，该圆锥 面的锥度与移动夹具前端的推力套9的内表面锥度相一致，并在该圆锥面沿长度方向设 置深度一致的T形导向滑槽7-1，在其内侧中部设置凹槽7-3，而其内侧的前凸台7-2和 后凸台7-4则分别插入所述夹具体1上的所述直通槽1-1和所述通孔1-2内与之间隙配 合；所述前凸台7-2的内表面上设置有齿，8个所述前凸台7-2的内表面位于同一圆周 表面；所述复位环8由整体的连接环8-1和与之连接为一体的8个T形导向滑块8-2组 成，所述连接环8-1与所述推力套9的前端面为螺钉连接，所述导向滑块8-2则伸入所 述卡爪7上对应的所述导向滑槽7-1内与之间隙配合；3个所述定位轴承2依次设置在
所述夹具体1的轴向通孔后部的环形台阶处；所述轴承座3前端的外环台阶3-1与前部
的所述定位轴承2内圈的前端面接触，其伸出后部的所述定位轴承2处的径向圆周上设 置有环形槽3-2,在所述环形槽3-2内设置开口卡簧3-3;所述定位4)后端伸出所述轴 承座3处设置有垫圈4-1及定位螺母4-2;所述定位弹簧5位于所述定位块6与所述轴 承座3前端的外环台阶3-l之间；所述定位块6为法兰盘，其直径小于环形焊接件的外 径，与所述定位轴4为螺钉连接；所述推力套9的后端与移动夹具油缸的活塞10前端 螺纹相连。 ■
在图5中，环形焊件12紧贴所述定位块6表面定位，圆柱体焊件13被夹持固定在 旋转夹具14中。
权利要求
1、一种用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于该工装装置包括夹具体(1)，设置在所述夹具体(1)轴向通孔内的定位轴承(2)，穿过所述定位轴承(2)内孔的轴承座(3)，穿过所述轴承座(3)内孔的定位轴(4)，与所述定位轴(4)前端部固定连接的定位块(6)，设置在所述定位轴(4)上的定位弹簧(5)，与所述夹具体(1)前端部圆周上径向活动连接的若干卡爪(7)，以及与所述卡爪(7)的外表面轴向活动连接的复位环(8)。
2、 如权利要求l所述的用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于所述夹具体 (1)的前端部沿径向圆周设置有开口的直通槽(1-1)，并在所述直通槽(1-1)后部的径向圆周上设置与之对应的通孔(1-2);所述卡爪(7)为长条形，其外侧表面为圆锥面， 该圆锥面的锥度与移动夹具前端的推力套(9)的内表面锥度相一致，并在该圆锥面沿长 度方向设置深度一致的导向滑槽(7-1)，在其内侧中部设置凹槽(7-3)，而其内侧的前凸 台(7-2)和后凸台(7-4)则分别插入所述夹具体(1)的所述直通槽(1-1)和所述通 孔(1-2)内与之间隙配合；所述前凸台(7-2)的内表面上设置有齿，所有的所述前凸台 (7-2)的内表面位于同一圆周表面；所述复位环(8 )由连接环(8-1)和与之连接为一 体的导向滑块(8-2)组成，所述连接环(8-1)与所述推力套(9)的前端面固定连接， 所述导向滑块(8-2)则伸入所述卡爪(7)上的所述导向滑槽(7-1)内与之间隙配合， 其数量与所述卡爪(7)的数量相同；所述定位轴承(2)位于所述夹具体(1)的轴向通 孔后部的环形台阶处；所述轴承座(3)前端的外环台阶(3-1)与所述定位轴承(2)内 圈的前端面接触，其伸出所述定位轴承(2)后端处的径向圆周上设置有环形槽(3-2)， 在所述环形槽(3-2)内设置开口卡簧(3-3);所述定位轴(4)后端伸出所述轴承座(3) 处设置有垫圈(4-1)及定位螺母(4-2);所述定位弹簧(5)位于所述定位块(6)与所 述轴承座(3)前端的外环台阶(3-1)之间。
3、 如权利要求1或2所述的用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于所述夹 具体(l)的外表面为圆锥台或圆柱形,其后端与移动夹具端的主轴前端为螺纹连接或键连 接，其轴向通孔后部的环形台阶处的所述定位轴承(2)为1个以上。
4、 如权利要求1或2所述的用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于所述卡 爪(7)在所述夹具体(1)前部的径向圆周上均匀分布，其外侧面上的所述导向滑槽(7-1)为T形槽或L形槽。
5、 如权利要求1或2所述的用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于所述复 位环(8)为一整体件，或为分体件构成，其连接环(8-1)与所述推力套(9)的前端面为螺钉连接或键连接，其所述导向滑块(8-2) 为T形滑动块或L滑动块。
6、 如权利要求2所述的用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于所述推力套 (9)的后端与移动夹具油缸的活塞端螺纹相连。
7、 如权利要求1或2所述的用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于所述定 位块(6)为法兰盘，其直径小于环形焊接件的外径，与所述定位轴(4)为螺钉连接、 或为螺纹连接、或为焊接连接。
8、 如权利要求l所述的用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于所述夹具体(1) 的外表面为圆锥台形，其后端与移动夹具端的主轴前端为螺纹连接，其前端部沿径 向圆周均匀设置有8个开口的直通槽(1-1)，并在所述直通槽(1-1)后部的径向圆周上 设置与之对应的通孔(1-2); 8个所述卡爪(7)为长条形，其外侧表面为圆锥面，该圆 锥面的锥度与移动夹具前端的推力套(9)的内表面锥度相一致，并在该圆锥面沿长度方 向设置深度一致的T形导向滑槽(7-1)，在其内侧中部设置凹槽(7-3)，而其内侧的前 凸台(7-2)和后凸台(7-4)则分别插入所述夹具体(1)上的所述直通槽(1-1)和所 述通孔(1-2)内与之间隙配合；所述前凸台(7-2)的内表面上设置有齿，8个所述前凸 台(7-2)的内表面位于同一圆周表面；所述复位环(8 )由整体的连接环(8-1)和与之 连接为一体的8个T形导向滑块(8-2)组成，所述连接环(8-1)与所述推力套(9)的 前端面为螺钉连接，所述导向滑块(8-2)则伸入所述卡爪(7)上对应的所述导向滑槽(7-1)内与之间隙配合；3个所述定位轴承(2)依次设置在所述夹具体(1)的轴向通 孔后部的环形台阶处；所述轴承座(3)前端的外环台阶(3-1)与前部的所述定位轴承(2) 内圈的前端面接触，其伸出后部的所述定位轴承(2)处的径向圆周上设置有环形 槽(3-2)，在所述环形槽(3-2)内设置开口卡簧(3-3);所述定位轴(4)后端伸出所述 轴承座(3)处设置有垫圈(4-1)及定位螺母(4-2);所述定位弹簧(5)位于所述定位 块(6)与所述轴承座(3)前端的外环台阶(3-1)之间；所述定位块(6)为法兰盘， 其直径小于环形焊接件的外径，与所述定位轴(4)为螺钉连接；所述推力套(9)的后 端与移动夹具油缸的活塞端螺纹相连。
全文摘要
本发明涉及一种用于惯性径向摩擦焊的工装装置，其特征在于该工装装置包括夹具体(1)，设置在所述夹具体(1)轴向通孔内的定位轴承(2)，穿过所述定位轴承(2)内孔的轴承座(3)，穿过所述轴承座(3)内孔的定位轴(4)，与所述定位轴(4)前端部固定连接的定位块(6)，设置在所述定位轴(4)上的定位弹簧(5)，与所述夹具体(1)前端部圆周上径向活动连接的若干卡爪(7)，以及与所述卡爪(7)的外表面轴向活动连接的复位环(8)。本发明提供的用于环与圆柱、环与圆管的惯性径向摩擦焊的工装装置结构简单合理，使用、装卸方便，能实现环状工件的预夹紧和任意位置准确定位、控制焊接变形以及避免圆柱形、管形工件被夹持部位被拉伤。
文档编号B23K20/26GK101108445SQ200710092620
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者玮 吴, 徐元泽, 徐晓菱, 朱凌云, 邓爱明, 康 郑 申请人:中国兵器工业第五九研究所