Устройство для сварки трением

(51)5 В 23 К 20/1 ВЕННЫЙ КОМИТЕТетениям и откРыти СОР ГОСУДАРСПО ИЗОБПРИ ГНН БРЕТЕНИ АНИЕ ЕНТ АТ 01 52 06 90, Вюл. НфВелдинг эапц н Лтд и Томас Ваи Том ан Робе (СВ) . 791, 14ент США К 19/О(".888)374081973,(21) 402 (86) РСТ (07.05; (22) 09 (31) 85 (32) 17 (33) СВ (46) 15 (71) То (СВ) (72) Алл нер Хит (53) 62 (56) Па 762/25-27, 4028764/27 СВ 86/00241; РСТ/СВ 86/ 002 )(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ТРЕНИЩ(57) Изобретение относится к устройствам для сварки трением и может быть использовано непосредственно на местеизготовления и практического использования сварных конструкций. Цельизобретения - упрощение конструкциии обеспечение возможности ее выполнения переносной. Устройство длясварки трением состоит из корпуса,выолненного в виде соединенных между собой верхней , и нижней 2 частейПривод вращения выполнен в виде крылчатого пнелмо- или гидромотора 21,установленного в корпусе устройстваСоставитель И,Фелициктор А.Маковская Техред Л,сердюкова орректор ,Шароши ирак 6 Подписное открытиям при ГКНТ ССС д, 4/5 П водственно-издательский комбинатПатент", г. Уж ород, ул. Гагарина, 10 Закаэ 3556 ВНИИПИ Государств 11607685и рф о ого комитета по изобретениям 35, Москва, Ж, Раушская н1607 б 85 с возможностью осевого перемещенияи подпружиненного относительно негопружиной 40. На приводном вапу мотора закреплены зажимное устройство 31и маховик 33. Привод осевого перемещения зажимного устройства выполнен ввиде поршня 7, установленного в корпусе между его торцовой частью и мотором. Поршень 7 перемещается поддействием давления рабочей среды вполости 18 и связан с кожухом 20 мотора 21. Рабочая среда под давлениемподается через впускное отверстие б,расположенное в корпусе, во входное 15отверстие 10,клапана и в отверстие19, соединяющее полости 17 и 18, ЧеИзобретение относится к устройствам для сварки трением, 25Цель изобретения - упрощение конструкции и обеспечение возможностивыполнения ее переносной.На фиг. 1 показано устройство приисходном положении (перед сваркой) 30составляющих 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 40 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 устройство, вид в плане; на фиг, 9 " установка устройства на обрабатываемой детали.Портативное сварочное устройство име ет внешний мет алли че с Вий 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 корпусаступенчато направлена к оси 3 по всей длине устройства. Сверху на части 1 корпуса установлена рукоятка,4, Вторая рукоятка 5 отходит от боковой стороны части рез клапан рабочая среда попадает вполости 37, 39, 47 и через отверстия49 в корпусе устройства выходит наружуМотор достигает заданной ско"рости вращения. Пр истечении задержки примерно в двео секунды давлениерабочей среды в полости 18 будет достаточным для перемещения поршня 7 исоздания осевого усилия при сварке.В процессе аксиального перемещенияпоршня гнездо клапана приближаетсяк клапанному элементу 15, перекрываяклапан, что исключает дальнейшую подачу рабочей среды в мотор, В этотмомент мотор прекращает свое враще"ние с помощью поршня и создаетсяусилие проковки . 3 з,п,ф-лы, 9 ил .1 корпуса. Рукоятка 5 выполнена полойи может соединяться с источником воздуха через резьбовую втулку, Сжатыйвоздух проходит в устройство черезотверстие 6, расположенное .в части 1корпуса:Верхняя часть устройства определяет контур блока поршень/цилиндр, Поршень 7 выполнен в виде диска, который установлен коаксиально с осью 3устройства, и снабжен простирающейсяаксиально втулочной частью 8, которая установлена также коаксиально поотношению к оси 3. Поршень удерживаетея от вращения в корпусе устройствапри помощи стопорного хомута 9(фиг. 4), Во втулочной части 8 образованы отверстия 10 и 11, которыерасположены в аксиальном направлениис огределенным интервалом одно от другого, вместе определяют контур корпуса клапана и соединяются между собойэлементом 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 1 корпуса уплотнительным кольцом 14. Таким образом,.поршень может свободно перемещатьсяв аксиальном направлении, но не может вращаться относительно частей 1и 2 корпуса,Клапанный элемент 15 имеет формуусеченного конуса, которая идентична форме эпемента 12, и установлен160внутри отверстия 1 О части 8 на аксиально направленном папьце 16, ко-торый прикреплен к части 1 корпусас 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 специальныхболтов прикреплен к кожуху 20 мотора21. Внутренняя цилиндрическая часть22 кожуха имеет кольцеобразный выступ 23, который простирается радиально внутрь. Цилиндрической частью 22поршень входит в рабочее зацеплениес опорной плитой 24. В качестве мотора 21 можно использовать обычныйкрыльчатый пневматический мотор, который развивает мощность в 4 кВтпри скорости вращения в 12000 об,/минмаксимально. Возможно также использование гидромотора,Мотор 21 включает в себя ротор 25,который установлен с возможностьювращения в двухрядном подшипнике 26с наклонным корпусом и в игольчатомроликовом подшипнике 27, Ротор 25включает выполненную за одно целоеи простирающуюся в аксиальном направленйи часть 28 с глухим отверстием29. Конец 30 части 28 снабжен внутренней резьбой, с помощью которой нанем закрепляется зажимное устройстство 31.Мотор 21 снабжен также регулятором 32 скоро ти вращения.Аксиальные нагрузки передаются через ротор 25 на подшипник 26 и далеечерез опорную плиту 24 мотора и кожух 20 мотора на поршень 7.Маховик 33 прикреплен болтами кдискообразному опорному элементу 34,который, в свою очередь, закрепленна вращаемом приводном валу 35 мотора 21, Опорный элемент маховика может крепиться на валу мотора 21 припомощи шпонки с гарантировачным относительным аксиальным движением междуними, Опорный элемент 34 маховикаимеет три отверстия, одно из которыхобозначено позицией Зб. Все три отверстия расположены по .окружности, вокруг оси 3 с определенным интерваломодно от другого. Между поршнем и опорным элементом маховика образована по 7685 6лость 37. Между опорным элементом маховика и радиально направленной перемычкой 38 кожуха 20 образована полость 39.Внутри части 2 корпуса кожух 20мотора герметиэирован уплотнительнымикольцами,Кожух 20 мотора под воздействием10 пружины 40 сжатия вынужденно поднимается, причем сама пружина 40 действует в интервале между внутреннимуступом 41 части 2 корпуса ипрости-рающимся радиально наружу фланцем 42,15 который выполнен за одно целое с внутренней цилиндрической частью 22,Ротор может совершать скользящеедвижение на небольшое расстояние относительно в:утренней части 22 кожу 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 (рес сора) действует в интервале междуфланцем 44 цилиндрической части 22 и простирающимся наружу фланцем 45 мотора 21. Между уплотняющей плитой 46 мотора и фл анцем 45 обр аз ована о 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 49.35В опорной плите 24 и уплотняющей плите 46 выполнейц отверстия (не показаны), соединяющие полости 39 и 47.Все управление сварочным аппаратом осуществляется автоматически с помощью 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 источник51 сжатоговоздуха, который подается к пусковому клапану 52, Срабатывание этого клапана регулируется триггерным устройством 53. В процессе работы сварочного аппарата какая-то часть подаваемого в.полость 17 сжатого воздуха проходит от клапана 52 через отверс-.тие 19, где ипроисходит разветвление потока воздуха, Одна ветвь 54 потока сжатого воздуха проходит через регулятор 55 давления во входное отверстие двухходового пружинного обратного клапана 56, 1 снабженного тремя отверстиями н срабатывающего от схем управления. Дру 16076 85гая ветвь потока сжатого воэдухй направляется по линии 57 через таймер 58непосредственно в схему управленияклапаном 56, На начальной стадии давление воздуха явнонедостаточно дляпреодоления усилия возвратной пружины, вследствие чего полость 18(рис. 5) испытывает воздействие атмосферного давлещя через выпускное 10отверстие, образованное в болте 59,который установлен в верхней части1 корпуса и которым крепится клапан56, После задержки примерно в 2 с(эта задержка во времени. регулируется таймером 58), которой вполне достаточно дпя набора мотором 21 максимальной скорости вращения, контрольное давление преодолевает усилие возвратной пружины, благодаря чему по" 20ток сжатого воздуха свободно проходит по линии 54 и попадает в полость18, Включенный в схему регулятор 55давления предохраняет поршень от воздействия колебаний давления подачи и25дает возможность регулировать усилие поршня в зависимости от конкретных условий сварки и размеров свариваемых деталей,Сварочное устройство удерживается 30напротив поверхности детали 60 (вформе плиты из углеродистой стали),к которой необходимо приварить штифт61, с помощью магнитного зажима 62,в котором сварочное устройство фиксируется в нужной позиции с помощьюштыкового соединения 63, Б другихвариантах изобретения для фиксацииположения сварочного устройства можно использовать вакуумные зажимы и 40другие средства крепления,Магнитный зажим 62 (Фиг. 8 и 9)состоит из двух электромагнитов 64,которые соединены между собой с помощью подковообразного зажима 65. 45Штыковая соединительная муфта 66,которая крепится к штифту штыковогосоединения 63, закреплена на верхней пластине 67 заяима болтами 68,,причем сам зажим закрепляется настойках - подпорках 69 с помощьюболтов 70, Положеке пластины 67 относительно подковообразного зажимаможно регулировать путем перемещения стоек-подпорок вдоль параллельньх прорезей с шипами 71 в магнитномзажиме 62 для центрирования сварочного устройства после включения элек",.тромагнитов 64. Правильную позицию можно фиксировать с помощью стопорнбго винта 72,Устройство работает следующим образом.Штифт 61 устанавливают в эажимное устройство соответствующей конфигурации, Корпус штифта проходитчерез зажимной патрон 31 и располагается в глухом отверстии 29. Длязакрепления штифтов различной длинывнутри глухого отверстия 29 можно использовать уппотняющие втулки (непоказаны) . Сварочное устройство фиксируется относительно второй свариваемой детали 60 и соединяется с источником сжатого воздуха, например с компрессором, из которого сжатый воздухзабирается непосредственно (можно использовать запасенную энергию воздухапод давлением в 8 бар из резервуараемкостью в 170 л).,Цикл сварки начинается после срабатывания предохранительного триггерного (пускового) устройства 53, которое открывает клапан52, обеспечивающий свободный проходсжатому воздуху через рукоятку 5, Далее воздух проходит через отверстие 6в полость 17, а из полости 17 попадает в отверстия 11, 19 и, со ответствен"но, в полости 37 и 18. Из полости 37воздух проходит в полость 39, причемв данном случае сжатый воздух проходит через расположенные в опорном элементе маховика отверстия 36 и по кромке самого маховика. После этого потоквоздуха проходит через отверстия, расположенные в опорной 24 и уплотняющей46 плитах мотора, и попадает в полость 47. Затем поток воздуха выходитиз расположенных в кожухе мотора отверстий 48, проходит через возвратнуюйружину 40 и выходит из части 2 корпуса через выпускные отверстия 49, расположенные в этой части корпуса.Мотор быстро набирает заданную скорость вращения и накапливает энергиюв маховике, По истечении задержки примерно в 2 с клапан 56 включает подачувоздуха из лиыи 54 через регулятор55 в полость 18, создавая тем самымусилие поршня, которое сохраняется восновном постоянным на протяжении всего цикла сварки, Таким образом, первоначальный контакт между деталью иштифтом происходит лишь после того,как вращение мотора достигает своейрабочей скорости. При первоначальномконтакте трущихся поверхностей момент)9Фтрения 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 20 Ж от максимальной, см. фиг, 6). Взятая от маховика энергия способст.- вует образованию эоны размягченного материала между трущимию поверхностями.75В отличие от обычной инерционной сварки в данном случае инерция исполь:зуется.не для, подачи всей энергии сварки, а лишь для усиления цневматичесого 1 отора 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 даль" нейшую 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.35Длительность этапа нагрева можно изменять за счет изменения первоначального относительного положения меж 16076 85 10 Ф о р и .у л а и э об р е т е н и я Для обеспечения большей маневренности и портативности сварочный аппарат изготовляют из легких металлов, благодаря чему все вращающиеся компоненты мотора и блока удерживания и крепления штифта имеют низкую инерцию (однако это делать нецелесообразно, если требуется создать высокий первоначальный вращающий момент).Описанное устройство для сварки трением отличается простотой в эксплуатации, 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, содержащее корцус, вращаемое зажимное устройство для одной из свариваемых деталей, связанное с соосно установленным маховиком, привод вращения зажимного устройства, привод его осевогоперемещения и механизм управления приводами вращения и осевого перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкфции 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 закреплен 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, образованной 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, 1607 б 85Э, Устройство по и, 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что корйус клапанаФустановлен на корпусе устройства, а клапанный элемент - на поршне.4. Устройство но и. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что оно снабженоустановленным в пслости, образованнойпоршнем и перемычками корпуса, синхронизирующим устройством с таймером длязадержки срабатывания поршня до техпор, пока зыжимное устройство не достигнет з ар анее уст ановл е иной ч а сто тывращения,607685 ото Знар Уек е икон не ого ьращен 4я реоУойЕний МОмЕнта г и Рога