一种整体叶盘摆动摩擦焊接设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种整体叶盘摆动摩擦焊接设备及方法。该设备包括底座、叶片驱动单元和叶盘驱动单元，其中：底座为以叶盘为中心的圆盘结构，在所述底座上设置有多个叶片驱动机构；叶片驱动单元包括用于装夹叶片的叶片夹具和顶锻驱动机构，所述叶片夹具设有装夹叶片的通孔结构，叶片可贯穿装夹在所述通孔结构中，所述顶锻驱动机构用于驱动所述叶片夹具带动叶片相对于所述底座线性移动；叶盘驱动单元包括用于装夹叶盘的叶盘夹具和摆动驱动机构，所述叶盘夹具设有装夹叶盘的安装面，叶盘可与所述叶盘夹具同轴安装在所述底座的中心，所述摆动驱动机构用于驱动所述叶盘夹具带动叶盘相对于所述底座在预定角度范围内摆动。

【技术实现步骤摘要】
一种整体叶盘摆动摩擦焊接设备及方法
本专利技术涉及航空制造
，特别是涉及一种整体叶盘摆动摩擦焊接设备及方法。
技术介绍
整体叶盘是新型发动机的关键零件之一，见图1，多个叶片与中央的叶盘制造成一个整体。线性摩擦焊接是一种压力焊接方法，因为焊接质量高，成为制造整体叶盘的典型技术方法。根据线性摩擦焊工艺特点，设计并制造焊前的叶片和叶盘的零件。线性摩擦焊接时，将焊前叶片安装在相应的叶片夹具中，通过驱动叶片夹具的高频振动，从而能带动叶片高频振动；将焊前叶盘安装在相应的叶盘夹具上，通过驱动叶盘夹具实现叶盘的顶锻运动，焊前叶片和叶盘接触后，通过线性摩擦焊接，将叶片焊接台和叶盘焊接台连接在一起，依次焊接所有的焊前叶片，将整体叶盘焊接完成，通过后续的数控铣削去除工艺余量后完成最终整体叶盘。这种制造方法中，叶片夹具安装在振动滑台上，由于叶片越长，叶片端部悬伸越大，振动滑台的振动驱动力作用线和叶片的焊接面负载作用线之间的距离也随之增大，在相同负载下，叶片夹具的伸出端变形也越大，超过一定变形量，将对线性摩擦焊接质量产生较大影响，甚至无法采用线性摩擦焊接工艺。因此，专利技术人提供了一种整体叶盘摆动摩擦焊接设备及方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种整体叶盘摆动摩擦焊接设备及方法，让叶片在顶锻力作用下线性移动，叶盘为高频角向摆动，能够使叶片在顶锻力作用下与高频摆动的叶盘摩擦焊接，解决了整体叶盘焊接时因长叶片振动而存在的变形问题。第一方面，本专利技术的实施例提出了一种整体叶盘摆动摩擦焊接设备，该设备包括底座、叶片驱动单元和叶盘驱动单元，其中：底座，以叶盘为中心的圆盘结构，在所述底座上设置有多个叶片驱动机构；叶片驱动单元，包括用于装夹叶片的叶片夹具和顶锻驱动机构，所述叶片夹具设有装夹叶片的通孔结构，叶片可贯穿装夹在所述通孔结构中，所述顶锻驱动机构用于驱动所述叶片夹具带动叶片相对于所述底座线性移动；叶盘驱动单元，包括用于装夹叶盘的叶盘夹具和摆动驱动机构，所述叶盘夹具设有装夹叶盘的安装面，叶盘可与所述叶盘夹具同轴安装在所述底座的中心，所述摆动驱动机构用于驱动所述叶盘夹具带动叶盘相对于所述底座在预定角度范围内摆动。进一步地，所述顶锻驱动机构包括顶锻滑台和顶锻油缸，所述叶片夹具可拆卸地安装在所述顶锻滑台上，所述顶锻油缸安装在所述底座上，所述顶锻油缸的活塞杆用于驱动所述顶锻滑台在所述底座上线性滑动。进一步地，所述顶锻滑台与所述底座之间设有导轨，所述导轨设在所述顶锻滑台的底部或者设在所述底座上。进一步地，所述顶锻滑台上设有安装面，所述安装面与所述顶锻油缸活塞杆的位置相对，所述顶锻油缸的活塞杆与所述安装面连接而驱动所述顶锻滑台线性往复滑动。进一步地，所述叶盘夹具的中心设有与叶盘中心孔同心的安装通孔，所述叶盘夹具的盘体上设有安装孔，用于与叶盘可拆卸安装。进一步地，所述摆动驱动机构包括转动油缸和柱状的转台，柱状的所述转台贯穿所述底座的圆盘中心，所述转台与所述叶盘夹具的底部连接，所述转动油缸设在安装座上，所述转动油缸的活塞杆用于驱动所述柱状转台转动。进一步地，所述转台与所述底座之间安装有轴承，所述转台与所述轴承的内圈相连接，所述底座与所述轴承的外圈相连接。进一步地，所述转台外壁的两侧呈轴对称的设置有凸台，两个所述转动油缸与两侧的所述凸台分别对应设置，且两个所述转动油缸呈中心对称设置，所述转动油缸的活塞杆均与相应侧的所述凸台连接，从而能驱动所述转台绕中心轴转动。进一步地，所述叶片驱动机构的数量与叶片的数量相同。第二方面，提供了一种整体叶盘摆动摩擦焊接方法，采用第一方面的设备，该方法包括：将叶盘安装在所述叶盘夹具上，并将所有叶片安装在相应的所述叶片夹具上，使叶盘处于底座的中心，所有叶片以叶盘为中心成辐射状，且叶片焊接台与相应的叶盘焊接台对应设置；操作叶片驱动机构，使所述顶锻驱动机构驱动所述叶片夹具带动叶片相对于所述底座线性移动，直到叶片焊接台与叶盘焊接台相接触；操作叶盘驱动机构，使所述摆动驱动机构驱动所述叶盘夹具带动叶盘在1°～3°的角度范围内摆动，且摆动的频率范围为20Hz～70Hz；叶片焊接台与叶盘焊接台进行摩擦焊接，两者的接触面产生摩擦热，接触面材料软化后被挤出，当接触面材料被挤出达到预定量后，使叶盘快速停止摆动，叶片在顶锻力作用下与叶盘焊接为整体叶盘结构。综上，本专利技术的整体叶盘摆动摩擦焊接设备及方法，通过采用叶片驱动机构中的顶锻驱动机构驱动叶片夹具，从而使叶片夹具带动叶片线性移动，通过采用叶盘驱动机构中的摆动驱动机构驱动叶盘夹具带动叶盘在一定的角度范围内高频率摆动，能够使叶片在顶锻力作用下与高频摆动的叶盘摩擦焊接，通过这种叶盘频角向摆动和叶片顶锻的方法，不仅解决了长叶片的整体叶盘焊接难题，而且可实现一次性焊接所有叶片，具有较高的焊接效率和焊接位置精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是常用的一种整体叶盘的结构示意图。图2是叶盘和叶片在焊接前的结构示意图。图3是现有技术的叶盘和叶片的焊接场景示意图。图4是采用现有技术的焊接方法时，叶片夹具受力变形分析示意图。图5是本专利技术的整体叶盘摆动摩擦焊接设备的整体结构示意图。图6是本专利技术的整体叶盘摆动摩擦焊接设备的前视图。图7是本专利技术的叶盘驱动单元的结构示意图。图8是本专利技术的转动油缸安装示意图。图中：1-装夹台；2-叶片焊接台；3-叶身；4-叶盘盘体；5-叶盘焊接台；6-叶片夹具(现有技术的)；7-振动台；8-叶盘夹具(现有技术的)；9-顶锻台；10-顶锻滑台；11-导轨；12-底座；13-顶锻油缸；14-叶片夹具(本专利技术的)；15-叶盘夹具(本专利技术的)；16-转台；17-垫片；18-轴承；19-安装座；20-转动油缸。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。图2为整体叶盘焊接前的叶片和叶盘的结构示意图，采用线性摩擦焊接方法制造整体叶盘前，根据线性摩擦焊工艺特点，设计并制造如图2所示的焊前的叶片和叶盘零件。其中，焊前叶片包括装夹台1、叶片焊接台2、叶身3；焊前叶盘主要包括叶盘盘体4、多个叶盘焊接台5。见图3，线性摩擦焊接时，将焊前叶片的装夹台1安装在现有技术的叶片夹具6中，该叶片夹具6安装到振动台7上，振动台7在油缸驱动下高频振动；焊前叶盘安装在现有技术的焊前叶盘夹具8上，该叶盘夹具8安装在顶锻台9上，顶锻台9在另一个油缸驱动下实现顶锻运动；通过线性摩擦焊，焊前叶片的叶片焊接台2和焊前叶盘的叶盘焊接台5连接在一起，然后再依次焊接其余的待焊接叶片，将所有叶片与叶盘焊接完成。通过后续的数控铣削去除工艺余量后完成最终整体叶盘。参见图4，现有技术的叶片夹具6安装在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整体叶盘摆动摩擦焊接设备，用于叶片与叶盘的摩擦焊接，其特征在于，包括：底座，以叶盘为中心的圆盘结构，在所述底座上设置有多个叶片驱动机构；叶片驱动单元，包括用于装夹叶片的叶片夹具和顶锻驱动机构，所述叶片夹具设有装夹叶片的通孔结构，叶片可贯穿装夹在所述通孔结构中，所述顶锻驱动机构用于驱动所述叶片夹具带动叶片相对于所述底座线性移动；叶盘驱动单元，包括用于装夹叶盘的叶盘夹具和摆动驱动机构，所述叶盘夹具设有装夹叶盘的安装面，叶盘可与所述叶盘夹具同轴安装在所述底座的中心，所述摆动驱动机构用于驱动所述叶盘夹具带动叶盘相对于所述底座在预定角度范围内摆动。

【技术特征摘要】
1.一种整体叶盘摆动摩擦焊接设备，用于叶片与叶盘的摩擦焊接，其特征在于，包括：底座，以叶盘为中心的圆盘结构，在所述底座上设置有多个叶片驱动机构；叶片驱动单元，包括用于装夹叶片的叶片夹具和顶锻驱动机构，所述叶片夹具设有装夹叶片的通孔结构，叶片可贯穿装夹在所述通孔结构中，所述顶锻驱动机构用于驱动所述叶片夹具带动叶片相对于所述底座线性移动；叶盘驱动单元，包括用于装夹叶盘的叶盘夹具和摆动驱动机构，所述叶盘夹具设有装夹叶盘的安装面，叶盘可与所述叶盘夹具同轴安装在所述底座的中心，所述摆动驱动机构用于驱动所述叶盘夹具带动叶盘相对于所述底座在预定角度范围内摆动。2.根据权利要求1所述的整体叶盘摆动摩擦焊接设备，其特征在于，所述顶锻驱动机构包括顶锻滑台和顶锻油缸，所述叶片夹具可拆卸地安装在所述顶锻滑台上，所述顶锻油缸安装在所述底座上，所述顶锻油缸的活塞杆用于驱动所述顶锻滑台在所述底座上线性滑动。3.根据权利要求2所述的整体叶盘摆动摩擦焊接设备，其特征在于，所述顶锻滑台与所述底座之间设有导轨，所述导轨设在所述顶锻滑台的底部或者设在所述底座上。4.根据权利要求2所述的整体叶盘摆动摩擦焊接设备，其特征在于，所述顶锻滑台上设有安装面，所述安装面与所述顶锻油缸活塞杆的位置相对，所述顶锻油缸的活塞杆与所述安装面连接而驱动所述顶锻滑台线性往复滑动。5.根据权利要求1所述的整体叶盘摆动摩擦焊接设备，其特征在于，所述叶盘夹具的中心设有与叶盘中心孔同心的安装通孔，所述叶盘夹具的盘体上设有安装孔，用于与叶盘可拆卸安装。6.根据权利要求1所述的整体叶盘摆动摩擦焊接设备，其特征在于，所述摆动驱动机构包括转...

【专利技术属性】
技术研发人员：张田仓，李辉，季亚娟，李菊，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11