摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法

2023-05-08 07:34:46

專利名稱：摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法
技術領域：
本發明涉及摩擦焊操作工藝及應用技術領域，特別提供了一種摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法。
背景技術：
現有技術中，慣性摩擦焊接是一種固態焊接過程，即兩個待焊零件，一個裝夾在主軸上，一個裝夾在尾座上，將主軸上的飛輪加速到預定的轉速而產生出動能，然後脫開馬達，靠飛輪的慣性繼旋轉，這時液壓油缸加壓使兩個零件接觸並摩擦，隨著飛輪速度的降低，飛輪上所儲存的動能轉化為摩擦所產生的熱能，在飛輪扭矩和油缸壓力的聯合作用下對接觸面產生強大的鍛造作用而使兩個零件焊接在一起。慣性摩擦焊是世界上最先進的連接技術之一。它焊出的焊縫為鍛造的、超細的、等軸晶粒組織，摩擦焊縫接頭強度等於甚至稍高於母材的強度，不產生與熔化和凝固有關的冶金缺陷，如氣孔、夾雜和裂紋等。摩擦焊焊接接頭為整體同步均勻加熱，受力均勻，熱輸入速度快，熱影響區窄。由於摩擦壓力和扭矩的聯合作用，摩擦焊有「自清理」作用，所以焊縫很少產生冶金缺陷。摩擦焊機可控參數少，易形成優質、穩定、經濟性好的焊縫。摩擦焊接精度高。慣性摩擦焊接適用典型零件簡介航空發動機壓氣機轉子組合件，是發動機的關鍵件，由材料為GH4169的5級單盤通過慣性摩擦焊工藝連接而成，該零件結構複雜，內外型面加工空間狹小，敞開性差，尺寸精度及技術條件要求嚴格，其中盤與盤腹板之間的同軸度要求一直是設計重點要求的技術條件之一，其數值的高低直接影響著壓氣機轉子的動平衡量的大小，甚至引起發動機喘振。慣性摩擦焊機主要包括以下部分1、主機包括床身、床頭、滑臺、尾座和拉杆等；
2、傳動系統包括主電機、主油泵、液壓馬達和傳動齒輪等；3、壓力系統包括電機、油泵、閥門、管路、油缸和推力杆等；4、電器控制系統包括控制焊接順序和自動焊接循環、速度、壓力等有關線路和元件組成的控制器；另外，慣性焊機一般採用等壓力設計原理的主軸和獨立的尾座位置可調機構，導向罩精度控制裝置、壓力制動補償技術、速度起始點探測控制等技術、油溫控制技術以及全數字PLC控制系統和人機交換界面等等。如圖1、2、3所示。慣性摩擦焊接工藝參數①焊接能量②轉動慣量③焊接壓力④焊接縮短量⑤焊接跳動等。在摩擦焊接過程中，特別是在航空發動機鼓筒類零件焊接過程中，為保證發動機轉子同軸度精度，需要進行摩擦焊機主軸與尾座側的同軸度精度調整，以滿足焊接後零件的同軸度要求，而傳統的焊機同軸度調整技術由於是在非焊接狀態下進行測量並獲得的，所以無法準確反映出主軸與尾座零件在焊接狀態下真實的相對位置，這樣直接導致了焊接正式件的零件同軸度常常無法滿足要求而超差，也沒有充分挖掘出焊機的潛力。造成壓氣機轉子動平衡數值超差，零件呈報處理。現有技術中，本發明的創新工程背景中適用的慣性摩擦焊機焊接壓力為380噸，在焊接高溫合金組件時焊機主軸側需要配重重達5噸的3個大飛輪，並且該飛輪需要不斷拆卸與安裝，在5噸重的飛輪壓力的作用下主軸相對尾座側之間的同軸度在非焊接狀態下經常處於O. 02mm-0. 18mm偏心的狀態(如圖6所示)，即主軸側下沉，這樣第一導致了當焊機主軸插入尾座時與尾座上的導向罩軸承發生嚴重的擠壓現象，嚴重磨損了主軸表面，破壞了焊機精度，第二就是導致在非焊接狀態下測量不能得到焊機在焊接狀態下主軸與尾座之間真實的同軸情況，用這種狀態的測量數據調整焊機主軸與尾座之間的同軸度將很容易導致焊接零件的同軸度超差。非焊接狀態下的主軸和尾座之間同軸度測量是指在主軸側安放I個三角支架，在支架上安裝百分表，隨著主軸的轉動錶針測量尾座上的相關基準面的徑跳值(如圖6所示)，用這樣的方法來檢查同軸度勢必將主軸傾斜的偏差帶到兩者之間的同軸度數值中來。如圖8所示，假設尾座自身跳動為零的狀態下，如果在圖中「O」點處把表調零，那麼主軸帶動百分表旋轉180°後由於主軸下沉的影響在180°的位置處百分表的跳動為AL，這個AL就是由於主軸下沉導致的主軸中心線與尾座中心線之間的差值，下沉越大，Λ L越大；如果以這種狀態進行主軸與尾座之間的精度調整，比如說尾座與主軸同軸度調整為「O」對「0」，那麼實際上兩者之間還存在著AL/2的徑向偏差，所焊接出來的零件的徑向同軸度很有可能跳動值為而在實際生產中我們也曾驗證了上述情況是真實存 在的，比如調整為「O」對「O」時焊件焊後同軸度為O. 25mm左右。已經屬於嚴重超差(要求在O.1mm以內)。這些都證明在非焊接狀態下將主軸與尾座調整成「O」對「O」的狀態是不能焊接出合格產品的。而焊機處於焊接狀態(頂鍛狀態)時，即主軸套入尾座導向罩中時(如圖7所示)尾座側在295. 7MPa焊接壓力的作用下將主軸牢牢地頂正了，使主軸下沉現象消失，Λ L偏差情況也消失，此時主軸與尾座之間的櫃對位置處於直線平行狀態，所以說在焊接壓力作用下才是主軸與尾座之間真實的位置狀態，這與非焊接狀態時(主軸尾座分離)的主軸與尾座之間的相對位置狀態是不一致的，這就使在非焊接狀態下使用上述三角表架方法迸行的同軸度測量和調整並沒有真正反映出焊接狀態時主軸和尾座之間的真正的相對位置。本發明要解決的問題就是得到在焊接壓力作用下主軸與尾座之間真實的同軸度狀態的數據，以便利用該數據進行焊機主軸側與尾座側之間的同軸度精度的調整，減少使用試驗件進行多件次的摸索，降低正式件焊前480Β慣性摩擦焊機的調整費用，縮短調整時間。人們迫切希望獲得一種技術效果優良的摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法。

發明內容
本發明的目的是提供一種技術效果優良的摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法。本發明一種摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法，其特徵在於由於480Β摩擦焊機導向罩與主軸屬於過渡配合，允許的最大過盈量為O. 0254mm,且直徑達876. 3mm的主軸自身徑向跳動僅為O. 03mm，所以我們可以在焊機主軸與尾座處於焊接壓力作用下的頂鍛時間內(120秒)時鬆開導向罩螺栓，巧妙地利用導向罩與主軸在頂鍛狀態下同心的原理，通過導向罩這個「印章」將主軸側相對尾座側的位置對正「印」在尾座側上，這樣就得到了在焊接頂鍛狀態下主軸與尾座之間真實的同軸度狀態；
在得到上述狀態下的主軸與尾座間同軸情況數據的條件下再進行尾座位置相對主軸的調解，雖然在非焊接頂鍛狀態下不同心，但是其實兩者在焊接狀態下己經基本同心了，在此狀態下進行零件摩擦焊接，滿足零件焊接跳動為O.1mm的技術要求。所述摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法的具體操作步驟及內容要求如下首先將尾座側導向罩固定螺絲擰松，然後開動工具機，將尾座側向前移動，使主軸側套入尾座螺絲已經被擰松的導向罩中，這樣在頂緊過程中由於擰緊螺釘已經鬆開，且導向罩軸承與主軸之間的最大過盈量達O. 0254_，所以導向罩與主軸在這樣的條件下認為是絕對同心的，並且導向罩可以與主軸一起在頂撞的條件下按主軸的真實位移量一起進行移動；這樣就好像主軸是一個圖章，而尾座是一張白紙，導向罩是「印」在白紙上的一個印張，即主軸通過導向罩在尾座上「印」了一個「印章」，這樣主軸與尾座之間在焊接頂撞狀態下的真實相對位置情況記錄下來；然後在上述狀態下進行零件的頂撞試驗；在進行頂撞試驗的過程中迅速使用六方 扳手將固定導向罩的螺絲擰緊，重複進行3次零件碰撞試驗，在此期間繼續進行固定導向罩螺絲的擰緊工作，以穩定導向罩和主軸的相對狀態；最好開動工具機，將導向罩與主軸側分開，使焊機處於非焊接狀態，這樣就實現了藉助導向罩的跳動值真實地反映出主軸側與尾座側之間的同軸度關係的目的。然後通過使導向罩位置相對不變的基礎上單獨調整尾座側相對主軸的徑向位置，使尾座在8點方向上的跳動值與導向罩保持一致；使用三角架並安裝百分表對導向罩內徑徑跳值和尾座側基準面徑跳值分別進行打表測量，並且各自記錄3-20個方向上的跳動量，其中這時的導向罩內徑3-20點跳動值就是主軸相對尾座的真實位置；如果導向罩的3-20點徑跳值如圖5所示，那麼在圖中我們看到導向罩最下方的內徑徑跳值讀數為「+0. 14_」，根據圖8所示的偏差計算公式=L1-L1=L2-L2= Λ L可知，尾座要想和主軸真正同心需要在頂部是零點的情況下將其尾座測量面也調整到相應讀數對應的數值「+0. 14mm」，而尾座測量面的左右方位也像圖5所示的那樣分別調整為「+0. 1_」和「+0. 03_」;最後將剛才與尾座調整時一起移動的導向罩單獨調整回圖5中所示的原始位置狀態即可。這樣就完成了慣性摩擦焊機在真實情況下(模擬焊接環境條件下)主軸與尾座之間同軸度精度的調解工作，而不是在非焊接環境條件情況下單純使用打表測量的方法所獲得的不是真實情況的同軸度數據。即使這樣的同軸度數據在非焊接頂撞狀態下不是同心的，也沒有關係。本發明涉及焊接連接技術，特別針對大型慣性摩擦焊機的主軸側與尾座側同軸度調整的方式，主要應用於航空發動機壓氣機轉子組合件及鼓筒類零件的摩擦焊接，解決了GH合金材料焊接時由於主軸飛輪配重過大導致的在非焊接狀態下的跳動實測值並不是主軸與尾座之間真實的狀態的技術瓶頸，可在同類零件中推廣使用，在新一代航空發動機、動力燃機系列中具有廣闊的應用前景。


下面結合附圖及實施方式對本發明作進一步詳細的說明圖1為零件在頂鍛位置時的示意圖2為主軸和尾座在測量時的示意圖；圖3為尾座側正視示意圖；圖4為480B慣性焊機示意圖；圖5為導向罩或零件內徑8點測量舉例圖；圖6為非焊接狀態下主軸在飛輪重量的作用下下沉示意圖；圖7為焊接狀態下主軸套入導向罩後在焊接頂鍛時下沉現象消除示意圖；圖8為偏差計算公式原理圖示意圖。
具體實施例方式附圖中各個附圖表及含義如下主軸側1、尾座側2、導向罩3、主軸件4、尾座件5、尾座測量面6、導向罩測量面7 ；表架和表21 ;導向罩斜鐵31，尾座斜鐵22，內六方螺栓81 ;工件22，導向軸承41，百分表23，飛輪24 ;尾座中心線25，主軸中心線11。實施例1以下結合附圖進一步說明本實用新型的實施例。1、這是一種用於進行摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的專用方法，按圖3所示首先將內六方螺栓4和導向罩斜鐵8螺栓擰松後；按圖1所示尾座側2通過導向罩3與主軸側I套在一起；在己經安裝零件的前提下，進行3次焊機焊接零件時所用焊接壓力的頂撞試驗。2、按圖2和圖3所示，在頂撞過程中擰緊內六方螺栓4 ;然後驅動尾座側2與主軸側I分開後保持適當距離後繼續擰緊內六方螺栓4，在主軸側I端面上安裝上表架和表6後旋轉主軸側I對尾座側2上的尾座測量面5內徑和導向罩3內徑分別進行跳動測量8點方向，並記錄實際值，如圖5所示。3、在進行完尾座測量面5和導向罩3的內徑測量之後，遵照導向罩3的測量結果，通過尾座斜鐵7配合表架和表6打表測量進行尾座側2與主軸側D的同軸度調整，使尾座測量面5內徑8點方向徑向跳動值與記錄的導向罩3內徑實測跳動數值一致8點方向，如圖5所示。然後鬆開內六方螺栓4配合表架和表6將導向罩內徑跳動值調整至原先的記錄的實測量8點方向，如圖5所示，最後擰緊導向罩斜鐵8螺栓，如圖2所示。使用本實施例所述方法可以有效降低大型慣性摩擦焊機焊接正式件之前進行的焊機精度調整工作的時間和試驗件焊接費用，其中僅節省試驗件毛料費用每年就達到120萬元以上。而且提高了鼓筒類零件的製造質量，不僅解決零件同軸度技術條件保證困難的技術瓶頸，而且有效減少了因同軸度以及動平衡量的不合格而產生的昂貴的廢品損失和高的呈報率，取得了良好經濟效益並可適用於系列產品上，擴大使用需求，會創造出巨大的經濟效益和車事效益。實施例2一種摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法，由於480B摩擦焊機導向罩與主軸屬於過渡配合，允許的最大過盈量為O. 0254mm,且直徑達876. 3mm的主軸自身徑向跳動僅為O. 03mm，所以我們可以在焊機主軸與尾座處於焊接壓力作用下的頂鍛時間內(120秒)時鬆開導向罩螺栓，巧妙地利用導向罩與主軸在頂鍛狀態下同心的原理，通過導向罩這個「印章」將主軸側相對尾座側的位置對正「印」在尾座側上，這樣就得到了在焊接頂鍛狀態下主軸與尾座之間真實的同軸度狀態；在得到上述狀態下的主軸與尾座間同軸情況數據的條件下再進行尾座位置相對主軸的調解，雖然在非焊接頂鍛狀態下不同心，但是其實兩者在焊接狀態下己經基本同心了，在此狀態下進行零件摩擦焊接，滿足零件焊接跳動為O.1mm的技術要求。所述摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法的具體操作步驟及內容要求如下首先將尾座側導向罩固定螺絲擰松，然後開動工具機，將尾座側向前移動，使主軸側套入尾座螺絲已經被擰松的導向罩中，這樣在頂緊過程中由於擰緊螺釘已經鬆開，且導向罩軸承與主軸之間的最大過盈量達O. 0254mm，所以導向罩與主軸在這樣的條仵下認為是絕對同心的，並且導向罩可以與主軸一起在頂撞的條件下按主軸的真實位移量一起進行移動；這樣就好像主軸是一個圖章，而尾座是一張白紙，導向罩是「印」在白紙上的一個印張，即主軸通過導向罩在尾座上「印」了一個「印章」，這樣主軸與尾座之間在焊接頂撞狀態下的 真實相對位置情況記錄下來；然後在上述狀態下進行零件的頂撞試驗；在進行頂撞試驗的過程中迅速使用六方扳手將固定導向罩的螺絲擰緊，重複進行3次零件碰撞試驗，在此期間繼續進行固定導向罩螺絲的擰緊工作，以穩定導向罩和主軸的相對狀態；最好開動工具機，將導向罩與主軸側分開，使焊機處於非焊接狀態，這樣就實現了藉助導向罩的跳動值真實地反映出主軸側與尾座側之間的同軸度關係的目的。然後通過使導向罩位置相對不變的基礎上單獨調整尾座側相對主軸的徑向位置，使尾座在8點方向上的跳動值與導向罩保持一致；使用三角架並安裝百分表對導向罩內徑徑跳值和尾座側基準面徑跳值分別進行打表測量，並且各自記錄3-20個方向上的跳動量，其中這時的導向罩內徑3-20點跳動值就是主軸相對尾座的真實位置；如果導向罩的3-20點徑跳值如圖5所示，那麼在圖中我們看到導向罩最下方的內徑徑跳值讀數為「+0. 14_」，根據圖8所示的偏差計算公式=L1-L1=L2-L2= Λ L可知，尾座要想和主軸真正同心需要在頂部是零點的情況下將其尾座測量面也調整到相應讀數對應的數值「+0. 14mm」，而尾座測量面的左右方位也像圖5所示的那樣分別調整為「+0. 1_」和「+0. 03_」;最後將剛才與尾座調整時一起移動的導向罩單獨調整回圖5中所示的原始位置狀態即可。這樣就完成了慣性摩擦焊機在真實情況下(模擬焊接環境條件下)主軸與尾座之間同軸度精度的調解工作，而不是在非焊接環境條件情況下單純使用打表測量的方法所獲得的不是真實情況的同軸度數據。即使這樣的同軸度數據在非焊接頂撞狀態下不是同心的，也沒有關係。本實施例涉及焊接連接技術，特別針對大型慣性摩擦焊機的主軸側與尾座側同軸度調整的方式，主要應用於航空發動機壓氣機轉子組合件及鼓筒類零件的摩擦焊接，解決了 GH合金材料焊接時由於主軸飛輪配重過大導致的在非焊接狀態下的跳動實測值並不是主軸與尾座之間真實的狀態的技術瓶頸，可在同類零件中推廣使用，在新一代航空發動機、動力燃機系列中具有廣闊的應用前景。
權利要求
1.摩擦焊機主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法，其特徵在於由於摩擦焊機的導向罩(3)與主軸屬於過渡配合,允許的最大過盈量為O. 0254mm,且直徑達876. 3mm的主軸自身徑向跳動僅為O. 03_，所以在焊機主軸與尾座處於焊接壓力作用下的頂鍛時間內時鬆開導向罩螺栓，利用導向罩(3)與主軸在頂鍛狀態下同心的原理，通過導向罩(3)將主軸側 (I)相對尾座側(2)的位置對正在尾座側(2)上，這樣就得到了在焊接頂鍛狀態下主軸與尾座之間真實的同軸度狀態；在得到上述狀態下的主軸與尾座間同軸情況數據的條件下再進行尾座位置相對主軸的調解，在此狀態下進行零件摩擦焊接，滿足零件焊接跳動為O.1mm的技術要求。
2.按照權利要求1所述摩擦焊機主軸側(I)與尾座側(2)同軸度精度調整的方法，其特徵在於首先將尾座側(2 )導向罩(3 )固定螺絲擰松，然後開動工具機，將尾座側(2 )向前移動，使主軸側(I)套入尾座螺絲已經被擰松的導向罩(3)中，這樣在頂緊過程中由於擰緊螺釘已經鬆開，且導向罩(3 )軸承與主軸之間的最大過盈量達O. 0254mm,所以導向罩(3 )與主軸在這樣的條仵下認為是絕對同心的，並且導向罩(3)可以與主軸一起在頂撞的條件下按主軸的真實位移量一起進行移動；這樣主軸與尾座之間在焊接頂撞狀態下的真實相對位置情況記錄下來；然後在上述狀態下進行零件的頂撞試驗；在進行頂撞試驗的過程中使用六方扳手將固定導向罩(3)的螺絲擰緊，重複進行3次零件碰撞試驗，在此期間繼續進行固定導向罩(3) 的螺絲的擰緊工作，以穩定導向罩(3)和主軸的相對狀態；然後通過使導向罩(3)位置相對不變的基礎上單獨調整尾座側(2)相對主軸的徑向位置，使尾座在8點方向上的跳動值與導向罩(3)保持一致；對導向罩(3)內徑徑跳值和尾座側(2)基準面徑跳值分別進行測量，並且各自記錄3-20個方向上的跳動量，其中這時的導向罩(3)內徑3-20點跳動值就是主軸相對尾座的真實位置；根據偏差計算公式 L1-L/ =L2-L2』 =AL可知，尾座要想和主軸真正同心需要在頂部是零點的情況下將其尾座測量面也調整到相應讀數對應的數值；最後將剛才與尾座調整時一起移動的導向罩(3)單獨調整回圖5中所示的原始位置狀態即可。
全文摘要
摩擦焊機的主軸側與尾座側同軸度精度調整的方法在焊機主軸與尾座處於焊接壓力作用下的頂鍛時間內時鬆開導向罩3的螺栓，利用導向罩3與主軸在頂鍛狀態下同心的原理，通過導向罩3將主軸側1相對尾座側2的位置對正在尾座側2上，這樣就得到了在焊接頂鍛狀態下主軸與尾座之間真實的同軸度狀態；在得到上述狀態下的主軸與尾座間同軸情況數據的條件下再進行尾座位置相對主軸的調解，在此狀態下進行零件摩擦焊接，滿足零件焊接跳動為0.1mm的技術要求。本發明解決了現有技術的技術瓶頸，可在同類零件中推廣使用，在新一代航空發動機、動力燃機系列中具有廣闊的應用前景。
文檔編號B23K20/12GK102990220SQ20121030866
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者曾維慷, 祝文卉, 王敬和, 譚薇, 趙鵬飛 申請人:瀋陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司