一种连续驱动摩擦焊机用高稳定性夹持装置的设计

杨明鄂

摘  要：该文设计了一种连续驱动摩擦焊机高稳定性夹持装置，用于解决金属棒材无法有效夹紧棒材前端导致后续摩擦焊接不稳、接口定位不准的问题。该设计夹紧块只产生横向移动，夹持棒材时不会产生移位现象，夹持定位更加稳定可靠;夹紧块高于夹紧架和“U”型框，使夹紧槽夹持住棒材上的位置更加灵活;“U”型夹紧架与夹紧块、“U”型框之间分别采用了内限位凸条和外限位凸条进行限位，夹紧块底面设置了底轴与导向槽配合，侧边设置了限位轴与凸台配合，夹持力更加稳定力。

关键词： 连续驱动摩擦焊机;高稳定性;夹持装置

中图分类号： TG75            文献标志码：A

0 引言

连续驱动摩擦焊具有效率高、焊接质量稳定、变形小、环境友好等优点。其过程是将各种金属棒材相互摩擦，依靠高速摩擦产生的热量，导致接触面及附近材料达到热塑性状态，顶锻保压待其冷却后完成焊接。鉴于棒材尺寸各不相同，因此夹具的适用范围很重要，一般采用三爪转盘夹具或者四爪转盘夹具夹持一根棒材，另一个采用辅助固定夹具夹持。目前的夹具装置虽然能实现对不同大小棒材的夹持，但是由于内夹具夹紧时会向前移动，难以实现精确定位夹紧;同时内夹具尾端被夹具套挡住，当棒材较长时，无法有效夹紧棒材前端，只能夹持住棒材尾端，导致后续焊接不稳，接口定位不准。

为了解决以上问题，设计一种连续驱动摩擦焊机用高稳定性夹持装置，要求既能实现对不同大小棒材在进行摩擦焊時夹紧，同时可实现棒材不同位置的定位夹紧，且夹持过程中不产生前后推力，保证棒材的夹持稳定性。

1 夹具总体设计方案

主要技术指标如下：待夹持棒材焊件直径为60 mm～120 mm，长度为60 mm～500 mm。针对上述技术指标及现有夹具存在的不足，设计了本专用夹具。图1为安装后的机构示意图，包括机座、旋转夹具、十字滑台和辅助夹具。旋转夹具与电机连接，固定在在机座上;辅助夹具位于旋转夹具对面，安装在十字滑台上，十字滑台也设置在机座上。工作时，首先根据棒材长度和直径的不同，用辅助夹具调整夹紧棒材，并通过十字滑台将辅助夹具调整合适位置，螺丝拧紧后固定在机座上;然后十字滑台通过带有丝杠的直流力矩电动机做轴向进给运动，旋转夹具置带动另一根棒材旋转，当2根棒材接触时，焊接就开始了。

2 辅助夹具结构

图2、图3、图4分别是辅助夹具的端面示意图、结构俯视图和侧视图。辅助夹具的主体结构为夹具座5，包括底板51及“U”型框53。“U”型框内设置有“U”型夹紧架7，夹紧架尾端连接螺杆9，螺杆穿过“U”型框后与手轮10连接，通过旋转手轮实现夹紧架左右2个方向移动。

“U”型夹紧架与夹紧块11、“U”型框之间之间分别采用了内限位凸条8和外限位凸条72，有利于提高夹紧架与夹紧块之间，“U”型框和夹紧架之间的配合稳定性。夹紧块高度高于夹紧架和“U”型框，避免焊接棒材端面被夹紧块挡住，特别是当棒材尺寸较长时，导致后续的摩擦焊接不稳，接口定位不准。

底轴16卡入底板上的导向槽12内，提高夹紧块下端的定位稳定性，底槽52用于为底轴的固定留出空间。夹紧块内侧面上端设置有“V”型夹紧槽111，槽内为齿形面，提高径向摩擦力。“U”型框两侧端面的凸台54和夹紧块外侧面上端的限位轴14，防止夹紧块产生左右和上下方向的移动;其端头设置有压缩弹簧15，当夹紧架左移时，压缩弹簧弹力释放，2个夹紧块反向移动;右移时，压缩弹簧被拉伸，同向移动。

3 具体使用方式

先调节好十字滑台的位置，使辅助夹具的中心对准旋转夹具。十字滑台是指由2组直线滑台按照X轴方向和Y轴方向组合而成的滑台，通常也称为坐标轴滑台、XY轴滑台。旋转手轮，使夹紧架向内靠近收缩，夹紧架对夹紧块背面的挤压力降低，在压缩弹簧的作用下，夹紧块主动向两侧移开，将棒材放入夹紧块之间的夹紧槽内，然后反向旋转手轮，使夹紧架朝前移动，夹紧架两内侧面的斜面对夹紧块的背面产生挤压，使夹紧块向中间移动，将棒材夹紧住。旋转夹具连接电机，将需要擦焊的一根棒材固定在旋转夹具上，另一根固定在辅助夹具上，启动电机带动旋转夹具进行旋转，同时控制十字滑台移动，使2根棒材端面相互接触发生摩擦，进而生热达到热塑性状态，顶锻保压待其冷却后，便能实现金属棒材的焊接。

4 结语

为了检验该新型夹具总体结构设计尺寸的合理性，运用UG 进行三维实体建模和虚拟装配，对不合理的尺寸和结构进行改良优化。此设计已授权国家实用新型专利，专利号为：ZL201820544283.X。该夹具夹紧块不产生竖向移动，夹持定位更加稳定可靠;夹紧块高于“U”型夹紧架和“U”型框，可以夹持住棒材上的任意位置，提高使用灵活性;“U”型夹紧架与夹紧块、“U”型框之间分别采用了内限位凸条和外限位凸条进行限位，夹紧块底面设置了底轴与导向槽配合，侧边设置了限位轴与凸台配合，夹持力更加稳定;夹紧槽内的齿形面的齿条方向沿夹紧槽的槽口方向分布，可以提高摩擦焊过程中棒材的抗扭矩力。

参考文献

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