本實用新型屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型線性摩擦焊機。

背景技術(shù)：

線性摩擦焊（Linear Friction Welding，簡稱LFW）技術(shù)始于20世紀(jì)80年代中期，作為固態(tài)連接工藝，它是在焊接壓力和摩擦熱的作用下，使待焊工件表面達到塑性狀態(tài)并相互焊合以形成牢固接頭。該技術(shù)具有可靠性高、成本低、焊縫缺陷少等優(yōu)點，可用于非軸對稱截面的焊接，克服了形狀對傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)摩擦焊的限制。在國外，線性摩擦焊在航空發(fā)動機的應(yīng)用方面取得了顯著成就。如美國GE公司、CTC技術(shù)公司、普惠公司、德國MTU公司、英國Blacks設(shè)備公司等都采用線性摩擦焊技術(shù)用于航空結(jié)構(gòu)件的焊接。國內(nèi)線性摩擦焊技術(shù)起步晚，發(fā)展慢，目前只有西北工業(yè)大學(xué)和北京航空制造研究所研制了線性摩擦焊機。

線性摩擦焊機主要包括：控制部分、振動部分及其它機械部分(包括機體、框架、夾具及工作臺等)。其中控制部分尤為重要，采用何種控制系統(tǒng)，需要控制哪些參數(shù)以及如何更合理的控制才能使其穩(wěn)定工作，提高了焊接過程的適應(yīng)性及接頭質(zhì)量。目前，國內(nèi)外普遍采用的控制系統(tǒng)有Labview的線性摩擦焊機控制系統(tǒng)、Windows系統(tǒng)線性摩擦焊機控制系統(tǒng)和液壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)。目前，國內(nèi)摩擦焊接控制系統(tǒng)利用PLC的基本開關(guān)功能控制摩擦焊機液壓系統(tǒng)開關(guān)型電磁閥順序動作，以實現(xiàn)摩擦焊接過程的順序控制。系統(tǒng)控制以開關(guān)量切換為核心，軸向壓力由溢流閥或減壓閥手動控制，無法對因液壓系統(tǒng)本身泄漏、液壓油溫升高、焊接材質(zhì)及表面狀態(tài)的波動和周邊信號干擾而造成的控制系統(tǒng)壓力波動進行自動調(diào)節(jié)，使工件焊接質(zhì)量不能得到良好保證。國外摩擦焊接過程控制系統(tǒng)是基于工業(yè)控制計算機的壓力開環(huán)控制，控制精度不高，工件焊接質(zhì)量穩(wěn)定性好，能滿足現(xiàn)場一定生產(chǎn)要求。 本項目擬研制基于PLC控制的線性摩擦焊模擬裝置控制系統(tǒng)，實現(xiàn)線性摩擦焊機的焊接控制需求，為以后的線性摩擦焊的科學(xué)研究提供相關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對以上問題，提供一種新型線性摩擦焊機，其控制系統(tǒng)可實現(xiàn)頂鍛時間、試樣對中位置的精確控制。

本實用新型是這樣來實現(xiàn)的，一種新型線性摩擦焊機，主要包括振動系統(tǒng)、檢測裝置、PLC控制器、空壓機、支座、氣缸、導(dǎo)軌、滑臺、夾具、振動機構(gòu)和機身；其特征在于：機身上裝有導(dǎo)軌、振動系統(tǒng)和支座，振動機構(gòu)裝在振動系統(tǒng)上，并由振動系統(tǒng)控制可上下往復(fù)運動，夾具一部分安裝在振動機構(gòu)上，夾具另一部分安裝在滑臺上，滑臺通過導(dǎo)軌在氣缸的作用下前后滑動，氣缸安裝在支座，氣缸和空壓機連接管路上設(shè)置若干氣電閥門；振動系統(tǒng)與氣電閥門的控制部分分別連接至PLC控制器；所述檢測裝置包括裝在機身上夾具兩側(cè)的若干接近開關(guān)、光電開關(guān)以及位移開關(guān)，檢測裝置連接至 PLC控制器，PLC控制器采用閉環(huán)控制，實現(xiàn)線性摩擦焊接過程中的摩擦壓力、焊接時間和頂鍛壓力的精確控制。

本實用新型起到焊接工件的定位作用；在焊接過程中，工件完成預(yù)定焊接時間后，PLC控制器發(fā)出信號到光柵位移傳感器，光柵位移傳感器反饋工件位置信息，PLC控制器檢測工件是否處于對中狀態(tài)。若顯示處于對中狀態(tài)，PLC控制器發(fā)出信號控制電動機停止；若顯示不處于對中狀態(tài)，電機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直至工件到達對中狀態(tài)，PLC控制器發(fā)出信號控制電動機停止。

本實用新型所述氣壓與氣動裝置由、氣缸、空壓機等構(gòu)成，在焊接過程中，空壓機提供壓縮空氣，由PLC控制器提供信號控制氣電閥門的開關(guān)狀態(tài)使氣缸充氣量不同，從而產(chǎn)生焊接所需的焊接壓力和頂鍛壓力。

本實用新型所述PLC控制器包括控制系統(tǒng)框圖設(shè)計、PLC控制器控制程序設(shè)計、加壓系統(tǒng)控制設(shè)計以及線性摩擦焊機控制方式設(shè)計，主要用于焊接時間的控制、信號采集與數(shù)據(jù)處理，控制焊機的焊接過程，即由PLC控制器發(fā)出一個執(zhí)行信號、檢測部分返回執(zhí)行結(jié)果信號后，PLC控制器處理正確后發(fā)出下一個執(zhí)行信號，從而實現(xiàn)焊接過程的準(zhǔn)確完成。

本實用新型的工作原理及步驟如下：焊接前，輸入規(guī)范參數(shù)，將待焊的往復(fù)運動焊件和移動焊件分別安裝在夾具中。焊接時，往復(fù)運動焊件在傳動機構(gòu)作用下往復(fù)運動，移動焊件在加壓系統(tǒng)驅(qū)動下向往復(fù)運動焊件移動。當(dāng)焊件接觸后，在摩擦界面上發(fā)生摩擦，并產(chǎn)生摩擦熱，使得焊接面兩側(cè)溫度升高；當(dāng)輸入所需要的規(guī)范參數(shù)達到設(shè)定條件時，焊件摩擦加熱到適合溫度，焊合區(qū)金屬發(fā)生粘塑性流動，PLC控制器控制電機停止，同時使焊件對中，加壓系統(tǒng)作用施加頂鍛壓力，在頂鍛過程中，焊合區(qū)金屬通過再結(jié)晶與相互擴散使兩側(cè)金屬牢固焊接在一起，從而完成整個焊接過程。具體可分為：

1）初始階段：控制系統(tǒng)控制氣缸提供預(yù)壓力使相互運動的兩工件逐步靠攏，繼而產(chǎn)生干摩擦，在摩擦表面產(chǎn)生摩擦熱，實際接觸面積不斷增大。但在初始階段不會產(chǎn)生軸向縮短。

2）過渡階段：當(dāng)初始階段產(chǎn)生足夠的摩擦熱后，界面金屬被軟化，大量摩擦顆粒從界面處擠出，材料實際接觸面積達到100％?？刂葡到y(tǒng)控制氣缸提供預(yù)定摩擦壓力，使產(chǎn)熱機制由初始階段的干摩擦產(chǎn)熱逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賹觾?nèi)部的塑形變形產(chǎn)熱。

3）平衡階段：摩擦熱從界面處向兩側(cè)金屬傳導(dǎo)，在接觸界面兩側(cè)形成塑形金屬層。在摩擦力的作用下，塑形金屬層被擠出形成飛邊。軸向縮短量急劇增大。

4）頂鍛階段：當(dāng)達到預(yù)定摩擦?xí)r間后，檢測部分通過光柵位移傳感器采集工件位移信號，當(dāng)處于對中狀態(tài)時，PLC控制系統(tǒng)發(fā)送急停信號，相對運動的兩工件停止運動并施加頂鍛力并維持預(yù)定時間，使焊合區(qū)金屬通過擴散和再結(jié)晶達到可靠連接。

本實用新型的技術(shù)效果是：該焊機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低，控制精確，振動頻率高。在焊接過程中，采用PLC控制器閉環(huán)控制，實現(xiàn)線性摩擦焊接過程中的摩擦壓力、焊接時間和頂鍛壓力的精確控制，主要技術(shù)參數(shù)：摩擦壓力為0～2.5kN，頂鍛壓力為0～50kN，摩擦頂鍛時間為0～90秒，摩擦頻率在0Hz～250Hz之間變化，焊件間的振幅為±3mm，工件定位精度為±0.1mm，適合不同具有塑性的材料焊接。

附圖說明

圖1為本實用新型線性摩擦焊機結(jié)構(gòu)圖

圖2為本實用新型控制系統(tǒng)框圖

圖3為本實用新型PLC控制器時序圖

圖4為本實用新型加壓系統(tǒng)控制框圖

在圖中，1、振動系統(tǒng) 2、PLC控制系統(tǒng) 3、空壓機 4、支座 5、氣缸 6、導(dǎo)軌 7、滑臺 8、夾具 9、振動機構(gòu) 10、機身。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型是這樣來實現(xiàn)的，焊機包括振動系統(tǒng)[1]、PLC控制系統(tǒng)[2]、空壓機[3]、支座[4]、氣缸[5]、導(dǎo)軌[6]、滑臺[7]、夾具[8]、振動機構(gòu)[9]、機身[10]；夾具[8]安裝在振動機構(gòu)[9]上，振動機構(gòu)[9]在振動系統(tǒng)[1]的作用下做往復(fù)運動，夾具B[8]安裝在滑臺[7]的支座[4]上，滑臺[7]通過導(dǎo)軌[6]在氣缸[5]的作用下前后滑動，氣缸[5]安裝在支座[4]上，并通過空壓機[3]提供壓力，振動系統(tǒng)[1]與空壓機裝置[3]由PLC控制系統(tǒng)[2]實施操作。

如圖2所示，本實用新型所述的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計框圖，其工作過程：先輸入焊接參數(shù)，再啟動控制器驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后閉合加摩擦壓力，達到設(shè)定摩擦?xí)r間，施加頂鍛壓力，達到頂鍛時間后，電磁氣閥、斷電撤掉鍛壓力和摩擦壓力，焊接過程結(jié)束。

如圖3所示，本實用新型所述的PLC控制器控制程序設(shè)計，其時序過程：按下PLC控制器控制開關(guān)，達到10s準(zhǔn)備時間后，電機和電磁閥A、C觸發(fā)開始焊接，到達焊接時間后，電磁閥B、C觸發(fā)，電機和電磁閥A截止。達到頂鍛時間，焊接結(jié)束。

如圖4所示，本實用新型所述的加壓系統(tǒng)控制設(shè)計，其系統(tǒng)工作時，通過調(diào)壓閥可改變摩擦壓力和鍛壓力的大小。在焊接過程中，通過控制電磁氣閥的導(dǎo)通或關(guān)斷，即可按照工藝要求加上摩擦壓力和鍛壓力。