книги / Сварка в машиностроении. 4

в зажатие заготовок, удаление грата, съем готового изделия (на авто­ матах).

Заданный цикл сварки отрабатывается автоматически с помощью командных устройств, собираемых на элементах контактно-релейной автоматики. Настройка на режим производится предварительно путем регулирования редукторов давле­ ния, установкой осадки или времени нагрева. Необходимая закономерность из­ менения параметров процесса сварки обеспечивается определенной последова­ тельностью срабатывания электроклапанов. Регламентация процесса может про­ изводиться по времени или по осадке. В большинстве случаев в машинах для сварки трением предусмотрена возможность выбора параметра регламентации

взависимости от конкретных условий сварки. Монтаж аппаратуры управления

вотдельном шкафу позволяет избежать ложных срабатываний реле от вибраций машины в процессе нагрева и преждевременной остановки шпинделя.

Серия машин общего применения для сварки стыковых соединений заготовок

круглого сплошного и трубчатого сечений, а также Т-образных соединений из сталей, цветных металлов и сплавов выпускается серийно на заводе литейного оборудования (г. Волковыск). Серия состоит из четырех машин. Диапазоны пара­ метров рассчитаны исходя из режимов сварки низкоуглеродистой и низколегиро­ ванных сталей. Давления проковки приняты равными 10 кгс/мм2. Удельная мощ­ ность, потребляемая из сети, в расчете на единицу площади свариваемого сечения составляет 20 Вт/мм2. Основные характеристики машин приведены в табл. 2. Для сварки материалов, требующих больших давлений, машины этой серии можно применять, но максимальное свариваемое сечение будет меньше. Машины представляют собою полуавтоматы, в которых кроме загрузки заготовок и съема готовых изделий все сварочные операции производятся автоматически. Прин­ ципиальное решение конструкции всех машин одинаково; они предназначены в основном для использования в условиях массового и крупносерийного произ­ водства. Привод вращения шпинделя состоит из асинхронного двигателя, клино­ ременной передачи и фрикционной конической муфты сцепления Машины одно­ скоростные. Шпиндельный узел с механизмом для создания сварочного давле­ ния и перемещения вращающейся заготовки, механизм зажатия вращающейся заготовки, фрикционная муфта-тормоз, шкив клиноременной передачи собраны в корпусе передней бабки. Шпиндель останавливается автоматически после окон­ чания процесса нагрева коническим фрикционным тормозом при размыкании муфты сцепления, связанной со шкивом клиноременной передачи. Тормозной путь («выбег») шпинделя не превышает 0,5 оборота.

Механизм для создания рабочего (сварочного) усилия пневмогидравлического типа. Машины снабжены мультипликаторами. Усилие при нагреве и проковке регулируется раздельно вручную при настройке на определенный технологиче­ ский режим работы. Зажимные механизмы самоцентрирующие, обеспечивающие соосность свариваемых заготовок с точностью до 0,5 мм. Крепление невращающейся заготовки осуществляется в сменных призматических губках клиновых ти­ сков, установленных жестко на станине.

Вращающийся зажим представляет собою трех кулачковый патрон со смен­ ными кулачками, рассчитанными на узкий диапазон изменения диаметров заго­ товок (2—3 мм). Для обеспечения работы зажимного устройства во всем диапазоне диаметров свариваемых заготовок машина каждого типоразмера имеет четыре комплекта сменных кулачков. Эти кулачки используются при сварке заготовок сплошных сечений и толстостенных труб. В конструкции машины предусмотрена возможность модификации зажимных устройств при сварке заготовок, отличаю­ щихся по конфигурации от круглых сплошных стержней и толстостенных труб.

При сварке Т-образных соединений устанавливают специальную планшайбу на вращающемся зажиме с гнездом для размещения плоской заготовки. Задача фиксации этой заготовки от поворота решается в зависимости от особенностей ее геометрических параметров. В процессе сварки заготовка удерживается от выпа­ дания за счет сварочного усилия. По окончании процесса сварки команда на рас­ крытие вращающегося зажима не подается. Цилиндрическая контрдеталь кре-

пится в неподвижном зажиме. В случае сварки громоздких или массивных заго­

скими свойствами, на неподвижном зажиме может быть укреплена осадочная матрица. В обоих зажимах заготовки первоначально зажимаются с небольшим усилием. При подаче команды на сварку происходит окончательное зажатие с си­ лой, пропорциональной сварочному усилию. Привод механизма зажатия — пнев­ матический. Размер рабочей зоны между патроном и клиновыми тисками таков, что зазор между торцами заготовок составляет 5—15 мм и может регулироваться положением механизма для сварочного усилия. Полный ход поршня механизма перемещения заготовки 30 мм. Управление процессом сварки осуществляется автоматически. Элементы контактно-релейной автоматики вынесены в отдельный унифицированный для всех типоразмеров машин шкаф управления. На переднюю стенку и панель управления машины вынесены пусковые кнопки, манометры, ре­ гуляторы давления, осадки и времени сварки. Регламентация процесса может осуществляться как по времени, так и по осадке.

ЗОХГСА, титан, алюминиевые сплавы. Выбор материала определяется усталост­ ной прочностью, гистерезистыми потерями, его паяемостью и свариваемостью. Длина волноводов равна целому числу полуволн. Резонирующие элементы (стер­ жень, диск) выполняют из тех же материалов, что и волновод.

Конструктивное оформление сварочного наконечника, обеспечивающего'передачу колебаний к свариваемым заготовкам, влияет на качество сварки. Его форма определяется характером и размерами свариваемых заготовок. Наиболее распро­ страненные формы сварочных наконечников представлены на рис. 6. При работе машин может наблюдаться повышенный износ и даже растрескивание и выкра­ шивание металла на рабочей поверхности инструмента. Увеличения срока службы наконечников добиваются применением специальных материалов (сталей ШХ15, p i 8, 45, сормайта), а также наплавкой электродами типа ЭА-925, ОЗИ-1, ЦН-2А и др.

Рис. 6. Формы сва­ рочных наконечников; К — обжимная кромка

Соединение между собой отдельных элементов механической колебательной системы производится с помощью пайки и сварки. Волновод припаивают к магнитоскрикционному преобразователю серебряными припоями типаПСр 40,ПСр 45. При изготовлении машин мощностью до 1,5 кВт можно использовать оловянно­ свинцовые припои (ПОС 40, ПОС 61); ферритовые стержни приклеивают. Волно­ вод с резонансным стержнем или диском соединяют пайкой, а в машинах большой мощности — сваркой. В некоторых случаях удобно соединение на резьбе, что поз­ воляет легко заменять сварочный инструмент. Однако при этом имеется опас­ ность усталостного разрушения в месте сопряжения. Снижение вероятности раз­ рушений достигается использованием мелких резьб, высокой точностью их обра­ ботки, обеспечением плавных переходов в резьбовых элементах. Хороший аку­ стический контакт достигается затяжкой резьбы при работающем магнитострикторе. Пропайкэ резьбы легкоплавкими припоями улучшает условия работы узла, но осложняет смену инструмента.

Размеры всех элементов колебательной системы, соответствующие кон­ кретной рабочей частоте, определяются на основании расчетов [36]; их нельзя менять произвольно. Источником питания магнитострикторов являются серийно выпускаемые для различных технологических целей ультразвуковые генераторы с независимым возбуждением, рассчитанные на частоты 18—44 кГц. Сварочное усилие в машинах создается пневмоприводом или пружиной. Настройка ма­ шин на конкретный режим включает: регулирование тока подмагничивания, сварочного усилия и продолжительности пропускания ультразвуковых колеба­ ний. Для обеспечения работы акустического узла в резонансном режиме произ­ водится подстройка частоты. Продолжительность сварки задается с помощью электронного реле времени или механическим командным устройством. Регламен­ тация процесса при сварке пластмасс может осуществляться также и по изменению суммарной толщины соединяемых заготовок под инструментом.

Машины для точечной и шовной ультразвуковой сварки металлов. Техниче­ ская характеристика машин приведена в табл. 4.

Машина МТУ-0,4-3 общего применения. Предназначена для точечной сварки цветных металлов (меди, алюминия, никеля и др.) толщиной до 0,2 + 0,2 мм. Построена по схеме с преобразованием продольных колебаний волновода в изгибные колебания резонирующего стержня. Акустический узел может перемещаться

в горизонтальной плоскости с помощью специального пневмоцилиндра. Команда на срабатывание электропневмоклапана механизма давления и включение гене­ ратора производятся от типового регулятора цикла сварки при нажатии на пе­ дальную кнопку. Машина способна выдержать до 250 тыс. сварок без замены ин­ струмента.

Клещи типа КТУ-1,5 предназначены для точечной сварки заготовок в мон­ тажных условиях, например, деталей силовых конденсаторов. Выполнены в виде сварочной головки, подвешенной на Г-образом кронштейне. Волновод асимметрич­ ный. В корпусе машины размещен источник питания, регулятор времени, эле­ менты пневмосхемы и вентили системы охлаждения. Команда на начало работы регулятора цикла сварки подается от кнопки, расположенной в рукоятке свароч­ ной головки. Клещи выпускаются Калининградским заводом «Электросварка»^

Установка типа КТУ-0ДУ4 (рис. 7) предназначена для точечной сварки в ус­ ловиях монтажа. Включает в себя ручные и подвесные клещи. Поворот опорной стойки на 180° и перемещение каретки, на которой закреплены подвесные клещи, обеспечивают большую маневренность в работе. Привод давления в ручных кле­ щах — электромагнитный, в подвесных — пневматический. Внутри корпуса рас­ положены источник питания, регулятор цикла сварки и блок питания привода давления.

Машины типов МШУ-0,63; МШУ-1,5; МШУ-4 предназначены для шовной сварки внахлестку меди, алюминия, никеля и других цветных металлов толщи­ ной 0,035—0,8 мм в однородном и разнородных сочетаниях, разнотолщинных за­ готовок, деталей, покрытых искусственными оксидными или лаковыми пленками.

При выполнении сварки перемещается сама колебательная система. Аппаратура управления и источник питания смонтированы в специальном шкафу. Машины могут работать в автоматическом и наладочном режимах.

Особую группу оборудования составляют машины для точечной сварки де­ талей в микроэлектронике (приварка токоотводов к схемам, кристаллов к кристаллодержателям и т. п.). Для этих машин характерна малая мощность магнитострикторов (10—30 Вт), специфическая технологическая оснастка. Сварочное усилие составляет 20—250 гс. Вспомогательные операции (подача прово­ лок в зону сварки, совмещение заготовок, обрезка и т. п.) в значительной сте­ пени автоматизированы. Каждый тип машины разрабатывают для сварки конкрет­ ного изделия.

Оборудование для сварки пластмасс. Функциональные узлы машин для сварки пластмасс аналогичны узлам установок для ультразвуковой сварки ме­ таллов. Отличие состоит в схеме ввода энергии колебаний в свариваемый мате­ риал; как правило, продольные колебания от инструмента передаются нормально к поверхности соединяемых заготовок. Амплитуда колебаний больше, чем при сварке металлов (до 50—70 мкм). Акустический узел может быть закреплен не­ подвижно в процессе сварки и является при этом опорой, но чаще он сопряжен с механизмом давления и одновременно несет функцию исполнительного элемента привода давления; опора в этом случае неподвижная. У серийно выпускаемых машин акустический узел расположен вертикально. Акустический узел или опора могут иметь дополнительно установочные движения для укладки заготовок и

жины. Регулирование продолжительности пропускания ультразвука осуществ­ ляется с помощью реле времени или регламентируется механическим командным устройством, сопряженным с механизмом давления. Машины различают по наз­ начению, кинематическим схемам, степени автоматизации процесса. В табл. 5 приведена краткая техническая характеристика некоторых машин для сварки пластмасс.

Машина МТУ-0,4-У4 (см. табл. 4) предназначена для точечной сварки термо­ пластов Выполнена на базе машины МТУ-0,4-3 с соответствующими измене­ ниями в расположении инструмента относительно изделия. Ее можно использовать для запрессовки металлических деталей в пластмассу, для развальцовки закле­ пок, интенсификации полимеризации клеев. Концентратор колебаний выполнен ступенчатым со сменной второй ступенью, что позволяет сваривать детали, раз­ личные по конфигурации, при установке соответствующего инструмента. *

Машина МТУП-1,5 (см. табл. 5) предназначена для точечной сварки. Имеет расширенные технологические возможности. Состав установки аналогичен составу установки МТУ-0,4-4.

Автомат АУС-1,5 предназначен для сварки фильтров из лавсановой ткани. Заготовкой является трикотажная лента (рукав). Машина снабжена механизмом резки, работа которого включена в общий цикл работы автомата. Площадь торца сварочного наконечника-концентратора составляет 15 X 3 мм.

Машина УП-20 (конструкция МВТУ им. Н. Э. Баумана) предназначена для сварки изделий из термопластов точками, по линии и по замкнутому контуру. Механизм создания сварочного усилия пружинного типа. Подвод инструмента к детали — с помощью педали. Ультразвуковые колебания включаются от микро­ выключателя, срабатывающего при перемещении опоры. Путем предварительной настройки пружинного механизма к моменту срабатывания микровыключателя сварочное усилие достигает заданного значения. Система управления работой машины включает коммутирующие элементы, блок контроля резонанса, блок кон­ троля качества сварки.

Полуавтомат УПК-15 (конструкция МВТУ им. Н. Э. Баумана) многопозицион­ ный, служит для контурной сварки деталей из полиэтилена, поливинилхлорида и других термопластов. Свариваемые заготовки размещены в гнездах шестиповиционного стола, имеющего эпизодическое вращение от мальтийского креста.

Перемещение инструмента вместе с акустическим узлом осуществляетя кулач­ ковым приводом. Механизм давления пружинного типа. Движение инструмента и стола осуществляется от одного двигателя. С помощью установочных винтов предусмотрена регулировка параллельности поверхностей опор рабочей поверх­ ности торца инструмента. Продолжительность пропускания ультразвука регла­ ментируется по суммарной толщине свариваемых заготовок в месте соединения.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ

Диффузионной сваркой соединяют заготовки из разнообразных сплавов на метал­ лической основе, а также керамики, графита, стекла, сапфира и других материа­ лов в однородном и разнородном сочетаниях. Установки для диффузионной сварки в общем случае имеют рабочую вакуумную камеру, механизм для создания сва­ рочного давления, источник нагрева, вакуумную систему, аппаратуру управле­ ния и контроля (рис. 8). Конкретные установки для диффузионной сварки могут иметь большое разнообразие конструктивного оформления отдельных функцио­ нальных узлов и систем. Рабочую вакуумную камеру, в которой размещены сва­ риваемая заготовка, нагреватель, механизм давления, выполняют обычно ци­ линдрической или прямоугольной формы из коррозионно-стойкой стали. Стенки водоохлаждаемые. Для увеличения производительности предусматривают не­ сколько камер с целью получения непрерывности процессов загрузки и выгрузки заготовок и изделий (камеры шлюзования), совмещения по времени Отдельных операций цикла сварки (многокамерные установки карусельного типа) и т. д.

Необходимое сварочное усилие может создаваться с помощью гидравличе-> ского, пневматического или механического механизмов. В отдельных случаях ' сжатие заготовок обеспечивается специальными приспособлениями, принцип действия которых основан на различии коэффициентов линейного расширения материала свариваемых заготовок и стягивающих их элементов приспособления.