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焊接技术

线性振动摩擦焊设备及原理

时间:2015-04-01 12:01:09   作者:   来源:   阅读:3335   评论:0

摘要:文章介绍了线性振动摩擦焊接技术原理及设备构成。线性振动摩擦焊接适用于各种热塑性材料连接,是先进的焊接方法。可焊接大型、形状复杂及装配形状不规则的焊接件。具有众多优点。被誉为绿色焊接技术。

关键词:线性振动摩擦焊;原理;设备

Abstract: This paper introduces linear vibration friction welding technology and equipment constitute a principle. Linear vibration friction welding to connect all kinds of thermoplastic materials. Is an advanced welding methods. Welding can be large, complex shape and welding assembly irregularly shaped pieces. Has many advantages. Hailed as the green welding technology.

Key words: Linear Vibration Friction Welding;Elements;Equipment

 

1、引言

    线性振动摩擦焊接是基于摩擦焊的原理而新开发的一种焊接技术。适于精密熔接尺寸较大、形状特殊、难熔材质的产品。振动摩擦焊不受热塑材料的影响,由于它不使用另外的连接件或结合剂就能将各式各样的热塑性零件按工艺焊接起来,提高了产品的质量,降低了企业的成本、减少了环境污染。其优质、高效、低耗环保的突出优点,适应了企业大规模自动化生产的需求。

2、线性振动摩擦焊接原理

    使两个压紧在一起的塑料焊件,保持一定的工作压力,振动其中的一个,使其相对另一个做往复位移运动,通过接触面之间、分子间的摩擦,使结合处温度剧升。当温度高到足以使塑料熔化时,使其在固定压力下固化,形成均匀的焊接。两个被焊接的零件必须是相同的热塑料材料,不同材料间的焊接质量不是很好。图1为振动摩擦焊接原理图

线性振动摩擦焊设备及原理

图1 振动摩擦焊接原理图

    摩擦压力和往复运动频率是影响振动摩擦焊接质量的主要因素。当摩擦压力和往复运动频率增加时,焊接热量输入也随之显著增加。由于材料变形的局部性和不均匀性,压力过大则会影响焊接件往复运动的稳定性,同时也会增加塑性焊接件的流出量,使飞边增大,因此,不能采用太大的压力值。在保证运动平稳的条件下,提高往复运动的频率是增加热输入和提高焊缝质量最有效的方法。摩擦时间也是线性摩擦焊接过程中的一个重要参数,但延长摩擦时间不是增加热量输入的最有效方法。因为热传导、对流及高温塑性焊接件的挤出等因素的存在,使得焊接过程中存在一热输入热输出的平衡点。在热平衡之前,增加摩擦时间对增加热输入有效,而在热平衡点之后,增加摩擦时间对热输入作用不大。因此以焊接深度的大小为焊接结束的标准较为可靠。

3、设备工作过程及结构

    两个被焊零件中一个安装在升降台的固定夹具上,另一个安装在和振动器相连的夹具上。升降台启动,做垂直升降运动,由液压系统提供动力并控制工作压力。两个焊接件由升降台压紧在一起,在受压的状态下,振动电源驱动振动器振动,使两个焊接件间产生摩擦热,经过几秒后将两件焊接在一起。停止振动保持压力,熔化的焊接件在压力下短时间内被冷却下来并固化。最后升降台下降并回到卸荷的初始等待位置。本系统由PLC控制器、振动电源、振动器、液压系统、气动系统、人机界面、检测部分等7个主要部分构成。控制系统结构如图2所示。

线性振动摩擦焊设备及原理

                           图2 控制系统结构示意图

     振动电源采用德国VECTRON公司的VCB400-010型频率转换器。它能将频率为50Hz交流电能转换成频率为100Hz~250 Hz的高频电能。具有频率设置、自动调谐、信号反馈、故障报警、振幅设置和检测等功能。

    振动器是将振动能量源提供的高频电能转换成双向线形的机械振动。它被安装在机器框架的高强度橡胶垫上,由铸铁框架、弹簧组、两个励磁线圈和一组驱动磁铁。弹簧是悬臂式的束状弹簧,有整块高强度的合金加工成的。弹簧的一端与机器框架固定,另一端与夹具相连。振动电源向激励线圈以一定频率交替输入电能,使振动器振动,振动频率和弹簧质量和刚度有关。如果施加的电能频率和系统的共振频率相同,能量消耗为最小。振动器的结构如图3所示。对应不同的夹具,振动器系统有不同的共振频率。这个共振频率是由振动器上的弹簧刚度和连接在弹簧上部件重量决定的。振动器的型号为:VW-2,振动频率在100Hz~250 Hz之间,振动位移幅度在0~1.8mm之间。

线性振动摩擦焊设备及原理

图3 振动器的结构示意图

液压系统的主要功能是通过液压缸的驱动力,驱动工作台做垂直升降运动,给被焊接塑料件提供焊接压力,使两个塑料件能稳定的压在一起。液压站为TOKIMEC公司制作,液压缸为PARKER公司制作。

    传动系统由升降台、两根导向轴、四个直线轴承和液压缸构成。升降台上装有下夹具。升降台的运动位置及速度由安装在框架上的三个位置传感器确定。该三个位置传感器按高度方向布置为上、中、下三处。最下面的位置传感器为升降台的初始工作位置,中间的位置传感器用来降低升降台的运动速度,升降台升到该位置时降低运动速度,使上下夹具可以慢慢合拢。最上面的位置传感器为焊接开始位置。焊接过程完成后,升降台以快速下降到初始位置。

    气动系统由开关阀、气动三联体、三位五通阀、2节流阀、消音器、汽缸、负压发生器等构成。主要用来驱动安全门的开关运动,焊接工件的定位夹紧。

    检测部分包括各种接近开关、光电开关、行程开关、位移开关,这些开关起到焊接工件的定位、操作者保护以及焊接深度检测等作用。

    人机界面在控制系统中起设定工作参数,显示各种信息和结果的作用。机器的操作都将通过人机界面来实现。它有以下工作界面供操作者使用: 1)、自动模式界面:进行自动化操作。2)、手动模式界面:进行手工分步操作。3)、自动调谐界面:自动地寻找夹具的工作频率。4)、手动调谐界面:手动寻找夹具的工作频率。5)、参数设定界面:用以设定焊接时间、工作深度、振幅和压力等参数,存储和调用各组参数。6)、报警记录界面:可以显示报警信息的记录。7)、数据记录界面:记录焊接时的各种参数数据。

    PLC控制器用于设备的过程控制、信号采集、数据参数处理。

4、结束语

    线性振动摩擦焊所需功率仅及传统焊接工艺的1/5~1/15,焊接过程不产生烟尘或有害气体,不产生飞溅,没有孤光和火花,没有放射线。由于具有焊接质量好、效率高、节能、节材、低耗、环保、无污染等优点,线性振动摩擦焊技术被誉为绿色焊接技术,值得大力推广。


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