專利名稱：用于感應(yīng)摩擦固態(tài)焊接的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種已經(jīng)發(fā)展起來的應(yīng)用于感應(yīng)摩擦固態(tài)焊接工藝中的 設(shè)備。
背景技術(shù)：
題目為"固態(tài)焊接的方法和焊接部件"的美國專利6， 637， 642 (Lingnau)描述了一種感應(yīng)摩擦固態(tài)焊接工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于感應(yīng)摩擦固態(tài)焊接的設(shè)備，其包括一具有第 一末端、第二末端和在該第一末端和第二末端之間延伸的工件接納孔的 本體，第一緊固裝置提供來用作暫時的將第一管狀的工件緊固在工件接 納孔中。第二緊固裝置提供來用于將第二管狀的工件緊固在工件接納孔 中。感應(yīng)加熱裝置可在位于工件接納孔內(nèi)的工作位置和從工件承受孔中 退出的存儲位置之間活動。提供了用于影響第一緊固裝置和第二緊固裝 置的相對運動的裝置，以產(chǎn)生第一緊固裝置和第二緊固裝置彼此的接近 和遠離。提供了影響第一緊固裝置和第二緊固裝置的相對旋轉(zhuǎn)的裝置。


從下面的涉及附圖的描述中本發(fā)明的這些和其它的特點會變得更加 的明顯，該附圖僅僅用于示例的目的，不管怎樣并不意味著對本發(fā)明的 限制，其中
圖l是用于感應(yīng)摩擦固態(tài)焊接的設(shè)備的剖面的側(cè)視圖。 圖1A是圖1中的設(shè)備的剖面的頂部平面圖。圖1B是槳狀物的詳細的透視圖。 圖2是插入在內(nèi)部夾具中的工件的分解透視圖。
圖3是內(nèi)部夾具夾緊工件的透視圖。
圖4是上部的內(nèi)部夾具被替換的透視圖。
圖5是設(shè)置在工件之間的線圈的透視圖。
圖6A和6B是線圈及其動作的透視圖。
圖7是用作線圈定位裝配的思德瓦特(Stewart)平臺的透視圖。 圖8A是將思德瓦特平臺固定到圖1中的設(shè)備的焊接腔的透視圖。 圖8B-8D是用于思德瓦特平臺的替代的安裝選擇的透視圖。 圖9是用于思德瓦特平臺的手工的致動器的透視圖。 圖IO是工件通過線圈加熱的透視圖。
圖ll是工件除去線圈之后的透視圖。
圖12是組裝在一起的工件的透視圖。
圖13是松脫的焊接工件的透視圖。
圖14是加工控制步驟的流程圖。
圖15A-15C是帶有末端曲率的管段的正視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將根據(jù)圖1一15描述用于感應(yīng)摩擦固態(tài)焊接的設(shè)備，其通常通過 附圖標記10指示。
部件的結(jié)構(gòu)與關(guān)系:
該機器設(shè)計成能完成加工，其感應(yīng)/摩擦將兩個部件焊接在一起，如 美國專利6，637，642 (Lingnau，固態(tài)焊接的方法和焊接部件，2003年10 月28日)中所描述的。加工控制系統(tǒng)(未顯示)控制設(shè)備10以完成如下 所述的一系列順序步驟。該加工控制系統(tǒng)通過這些組合部件來提供位移 類型的移動，而不是基于力的移動，但是該控制系統(tǒng)可替換的是設(shè)計成能提供基于力的運動或綜合位移控制和力控制。所述的設(shè)備io己經(jīng)設(shè)計
成為緊湊的結(jié)構(gòu)以提供比較大的支承面積，其帶有比例減少的徑向間隙。 參見圖l，設(shè)備10具有四個主要的部件(1)本體20; (2)固定的下
部夾持設(shè)備21; (3)動力部件24;和(4)線圈99。固定的下部夾持設(shè)備 21和動力部件24作為第一和第二緊固裝置用于暫時地緊固管狀的工件。 盡管沒有顯示，很清楚的是存在與線圈99有關(guān)的相關(guān)聯(lián)的外部設(shè)備，例 如線圈平臺。支撐設(shè)備10所必需的必要的支撐結(jié)構(gòu)也沒有顯示，這對于 本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的，并且可以根據(jù)設(shè)備10在其中的使用情況 進行改變。很清楚的是圖l是示意圖，而且何時構(gòu)造設(shè)備IO，可能需要使 用本領(lǐng)域中公知的確定的方法，例如疊加環(huán)至封裝活塞等。而不是如描 述的那樣挖空本體。
本體20具有五個主要部件(a)圓筒形的焊接腔IIO，其作為主要的 受力構(gòu)件；(b)在第一末端的下端帽IOO，其有助于容納焊接大氣，并且 支撐下部夾持設(shè)備；(c)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的固定的外環(huán)112，其作為定子，詳細 地顯示在圖1A中，(d)上端帽118在第二末端，其提供動力部件24的上端 的通道，和(e)大氣隔板lll，其容納焊接大氣。本體20具有在第一末 端的下端帽100和在第二末端的上端帽118之間延伸的工件接納孔119。
以下部夾持設(shè)備21方式呈現(xiàn)的第一緊固裝置具有四個主要部件 (a)下部夾具基板108A,其將組件固定至焊接腔110和下端帽100; (b) 下部夾具滑塊106A，其通過水壓腔作用以獨立地擠壓或釋放外部夾具 104A在箭頭16的方向穿過直線性的滑塊。(c)下部的內(nèi)部夾具102A，其 保持工件；和(d)下部的外部夾具104A，其用作通過滑塊106A以抓握或 釋放內(nèi)部夾具102A。下部的夾持設(shè)備21剛性地連接至本體20。
動力部件24包括第二緊固裝置，其具有六個主要部件(a)上部夾具基板108B，其作用類似于下部夾具基板108A; (b)上部夾具滑塊106B， 其類似于下部夾具滑塊106A，但是能獨立地在箭頭14的方向滑動；(c) 上部的外部夾具104B，其作用類似于下部的外部夾具104A; (d)上部的 內(nèi)部夾具102B，其作用類似于下部的內(nèi)部夾具102A; (e)心軸120，其用 作主要的受力構(gòu)件并且傳輸擠壓(和拉伸)和扭矩至工件；和(f)扭矩 傳輸軸環(huán)，其稱為內(nèi)花鍵軸環(huán)114，帶有槳狀體115A (如圖1A中所示)。 心軸具有中空的孔119，其構(gòu)造為接納最大的工件直徑，并且提供有螺紋 孔和臺肩以緊固動力部件24，同時固定的部件21緊固到端帽100。如圖1B 所示，槳狀體115A通常構(gòu)型為"彎曲的梯形"，并且定子112具有匹配的槳 狀體115B。內(nèi)花鍵軸環(huán)114，其用作轉(zhuǎn)子，傳輸通過液壓旋轉(zhuǎn)驅(qū)動而發(fā)出 的扭矩至心軸120，因此上部夾具102B和104B，同時允許在心軸120上的 外花鍵具有沿著機械裝置中心軸117的平滑的、精確的線性運動。通過導(dǎo) 引液壓流體進入位于轉(zhuǎn)子槳狀體115A和定子槳狀體115B之間的偶數(shù)套腔 體中，轉(zhuǎn)子114的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生在一個方向。通過將流體流動轉(zhuǎn)換至奇數(shù)套腔 體中，可以實現(xiàn)在另一個方向上的轉(zhuǎn)動。心軸120為高精度的具有中空孔 的圓柱狀的部件，其施加獨立的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動至上部夾具部件 102B和104B，具有良好的精確度和可重復(fù)性，幾乎為零側(cè)隙，并且接納 高速轉(zhuǎn)動的反向運動。當下部夾持設(shè)備21保持固定時，動力部件24允許 下部夾具102A和104A相對的旋轉(zhuǎn)，并且上部夾具102B和104B，也產(chǎn)生彼 此接近和遠離的相對運動。
參見圖1A，可用的扭矩成正比于_在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動中的動力槳狀體115八 的數(shù)目。實際上，可能有1至8個槳狀體等間隔的圍繞轉(zhuǎn)子114的周長分布， 使得小型的機械裝置具有較少的槳狀體以允許較大范圍的轉(zhuǎn)到，并且大 型的機械裝置具有更多的槳狀體以傳遞更大的扭矩。設(shè)備10可以這樣設(shè) 計以使得槳狀體的數(shù)目可以變化；
-從中心軸117的槳狀體115A的距離；-槳狀體IISA的區(qū)域；和 -將液壓施加到槳狀體115A;
此外，運動的角度范圍與傳動的槳狀體115A的數(shù)目成反比。例如， 如果槳狀體115A的尺寸，它們的距離從中心軸117和液壓是這樣的構(gòu)造 的，以致于兩個槳狀體115A提供40，000尺-磅的扭矩，那么增加更多的槳 狀體115A將具有下列的結(jié)果。
槳狀體的數(shù)目可傳遞的扭矩可能的角度 2 40000尺一磅 160度
4 80000尺-磅 70度
6 120000尺-磅 40度
參見圖l，直線的偏移量通過流體致動的可膨脹的致動器完成，例如 液壓油缸116，在箭頭12的方向偏移動力組件以產(chǎn)生上部和下部夾具 102A、 102B、 104A和104B彼此的接近和遠離，同時依然允許圍繞機械裝 置中心軸117的徑向運動。這兩種移動導(dǎo)致相對固定的下部夾持設(shè)備21的 復(fù)雜運動。此外，旋轉(zhuǎn)的液壓傳動裝置112和114施加通過箭頭10表示的 旋轉(zhuǎn)運動，同時液壓油缸116施加沿著機械裝置中心軸117的獨立的通過 箭頭12表示的線性運動。圖1A是部件10的橫截面圖，顯示了包括花鍵軸 環(huán)114、槳狀體115A、定子112和焊接腔112的旋轉(zhuǎn)的液壓傳動裝置部件。
參見圖l，線圈99和關(guān)聯(lián)的部件(未顯示)不能直接連接至焊接腔。 線圈用作感應(yīng)加熱裝置，其可在位于工件接納孔內(nèi)的工作位置和從工件 接納孔中退出的存儲位置之間活動。平臺固定選擇的論述將參照圖7至9 在之下給出。它們專門地涉及線圈99在最佳的位置和空間定向的設(shè)置的 工藝，以最優(yōu)地平衡輸入工件的兩個相對的焊接表面的感應(yīng)熱量。設(shè)備10具有沿著中心軸117的通孔119以允許長的工件通過或管道類 型的焊接操作。內(nèi)部夾具104A和104B的內(nèi)表面優(yōu)選的是構(gòu)造為匹配工件 的外表面，并且具備增加摩擦的表面結(jié)構(gòu)，以加劇阻止滑動和卡死。
夾具設(shè)備21和24的整體的液壓系統(tǒng)(未顯示)將錐形夾具移動滑入 箭頭16、 14的方向，將反向的錐形手指60A和60B機械擠入外部夾具104A 和104B。參見圖3，這依次彎曲內(nèi)部夾具102A和102B的緊貼的手指62A和 62B以剛性地抓握工件130和132 。
現(xiàn)在將參照圖14中顯示的步驟依次給出在焊接操作的各個步驟中的 不同的部件的功能。
在圖14的步驟202中，夾具系統(tǒng)在需要時是變化的以接納待焊接的工 件。在步驟204，參見圖2，內(nèi)部夾具102A和102B在它們的不加熱的接觸 位置帶有相對彼此和相對機械裝置中心軸117 (如圖l所示)的在90度的 位置基準線134和136。工件130和132如箭頭101所示作為疊層組件插入， 并且由此如箭頭103所示的推動預(yù)焊接結(jié)構(gòu)138至如圖1所示的心軸120的 孔119之外。這些部件的流體的方向可能會反向以最小化從待焊接的部件 至心軸120的熱傳遞。
在不加熱的接觸位置時，如箭頭22A和22B所示，在圖14的步驟206中， 并且參見圖1和3，外部夾具104A和104B (如圖l所示)獨立地擠壓內(nèi)部夾 具102A和102B以抓握工件130和132。這樣的夾持力保持，直到工件130和 132焊接并且即將出產(chǎn)，如將要參照圖13所討論的。注意的是，通過外部 夾具104A和104B施加的夾持力是獨立的，并且不需要相等。
在圖14的步驟208中，并參見圖1和4，動力部件24移動內(nèi)部夾具102A 和102B保持工件130和132至所示的加熱位置。加熱位置由沿著機械裝置中心軸的直線位移和圍繞機械裝置中心軸的角位移組成(在此所示的位
置基準線134和136根據(jù)機械裝置中心軸彼此為0度)。
在圖14所示的步驟210中，并且參見圖5，線圈99通過線圈致動器插 入到工作巻中，這可能或者是線性運動類型，或者是旋轉(zhuǎn)運動類型。接 下來論述的移動涉及線性運動類型。
在加熱時，工件130和132及內(nèi)部夾具102a和102b保持固定，并且線 圈99設(shè)置在工件130和132之間。線圈99的位置通過6個變量限定從原點 偏離的x、 y、 z，和從各自正交的中心線的旋轉(zhuǎn)、傾斜和偏轉(zhuǎn)。在圖7中 所示的線圈設(shè)置部件125控制線圈的位置(見下文)。
參見圖6A，線圈99基于在笛卡爾座標系統(tǒng)中的6個獨立的度量設(shè)置， 以預(yù)定的原點為中心(a) x方向的偏移26; (b) y方向的偏移28; (c) z 方向的偏移30,其沿著機械裝置中心軸；(d)旋轉(zhuǎn)32; (e)傾斜34;和 (f)偏轉(zhuǎn)36。在這種情況下，線圈99線性地獨立于致動器設(shè)置。線圈設(shè) 置部件的更好的比例和結(jié)構(gòu)完全基于致動器的設(shè)計。參見圖6B，線圈99 還可以在旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)中獨立于致動器的設(shè)置。此外，如圖7所示的線圈設(shè) 置部件125的更好的比例和結(jié)構(gòu)完全基于致動器的設(shè)計。
參見圖7，其顯示了適當?shù)木€圈設(shè)置部件125的例子。線圈設(shè)置部件 125實質(zhì)上為思德瓦特平臺，依照線圈移動封套的要求，其對于小運動范 圍是比較特殊的。思德瓦特平臺為可膨脹的多面體的形式，即通常在工 作位置和存儲位置之間移動線圈，其在工作位置充當感應(yīng)加熱器，在存 儲位置允許工件在適當?shù)募訜嶂筮M行焊接。因此，這種特殊的思德瓦 特平臺125具有4個限定的特征
a.各對致動器由致動器140(通常稱為"支柱")在一公共的接合處142
(通常稱為"節(jié)點")連接組成。這導(dǎo)致更簡單的、強壯的結(jié)構(gòu)，帶有完 全獨立的致動器140，和僅僅6個接合處142。b. 在中位，其中致動器介于最大和最小延伸之間，該6對致動器140 帶有形成在內(nèi)部末端板146的實質(zhì)上的連接器，形成6個等邊三角形。多 于兩個的相等的等邊三角形由在基板(即實質(zhì)上的連接器)上的三個安 裝接點形成一產(chǎn)生最小化的由等邊三角形組成的加強的八面體。
c. 該結(jié)構(gòu)是單向的一即，上部和下部固定板是可互換的。
d. 致動器是人工調(diào)整的。操作人員通過計算機處理的閉環(huán)位置反饋 回路引導(dǎo)相互作用。這是可行的，因為該系統(tǒng)沒有外在的約束，不同于 許多商業(yè)的思德瓦特平臺，因為它們使用了超過6個樞軸連接。在上述的 外在約束系統(tǒng)中， 一條支腿的長度的變化必然要求同時補償其它各條支 腿的長度以防止平臺的歪曲。該節(jié)約措施通過在個別的基板上的人工調(diào) 節(jié)提供， 一般不排除未來在專門應(yīng)用中利用計算機控制的致動器的使用 的需求。
除關(guān)閉類型之外，規(guī)則(對稱的)類型的如上所述的八面體也存在 于現(xiàn)有技術(shù)中，這可以使用改進的思德瓦特平臺，其中八面體是分支的， 即〃切開(cut open) 〃垂直于通過一個節(jié)點的分隔垂直于末端板。雖然 分支的思德瓦特平臺可能并沒有明顯地表示犧牲了其功能，但是本發(fā)明 已經(jīng)通過發(fā)明者的實踐實現(xiàn)了簡化，證明了該構(gòu)思起作用。在本申請中 這樣的改進產(chǎn)生了一些優(yōu)點，接下來將對此進行描述。
現(xiàn)在參見圖8A至8D，思德瓦特平臺125可以通過線圈致動器的設(shè)計的 要求在不同的方位上固定。圖8A至8D顯示了4個變換
a. 在圖8A中，平臺固定的末端147通過在線圈進入孔149的轉(zhuǎn)接器板 設(shè)置在焊接腔110上。平臺可動的末端148保持線圈致動器。這樣的結(jié)構(gòu)
最好適合于線性的線圈致動器一注意，該線性的線圈致動器在它進入線 圈進入孔149時經(jīng)過平臺本身。因此，來自線圈的快速運動的動態(tài)載荷的 反作用力通過所有的平臺接合處和致動器是相等分布的。
b. 在圖8B中，平臺固定的末端147通過在機械裝置下的轉(zhuǎn)接器板設(shè)置在焊接腔110上，但是遠離線圈進入孔149。平臺可動的末端148，其靠近 線圈進入孔149，保持線圈致動器?？商鎿Q地，通過轉(zhuǎn)接器板將平臺固定 的末端設(shè)置到底板。這樣的結(jié)構(gòu)最好適合于側(cè)面設(shè)置的轉(zhuǎn)動線圈致動器。
c. 在圖8C中，平臺固定的末端147通過在線圈進入孔149之下的轉(zhuǎn)接 器板固定到底板。平臺可動的末端148保持線圈致動器。這樣的結(jié)構(gòu)最好 適用于或者是頂部安裝的轉(zhuǎn)動線圈致動器，或者是較大的頂部安裝的線 性致動器。
d. 在圖SD中，分支的思德瓦特平臺部分地環(huán)繞焊接腔，并且固定平 臺的末端連接到焊接腔的端板，并且支柱的長度是這樣構(gòu)造的，以致于 平臺可動的末端近似地與固定夾具的前部末端共面，因此當線圈致動器 連接在可動的端板上時，線圈在延伸時大致位于兩個夾具的中間。
很清楚的是致動器140可以是人工致動的，或者是伺服致動的?，F(xiàn)在 參見圖9，其顯示了思德瓦特平臺125的人工致動的致動器140的例子，其 由八個部件組成，每個總共具有七個自由度(DOF)。各個部件和它們的 功用如下
&球168提供6個要求的自由度中的3個；根據(jù)局部原點的旋轉(zhuǎn)38、傾 斜40和偏轉(zhuǎn)42,該原點是接合處的中心。球168通過桿端(未顯示)支持， 其隨后剛性地連接至最近的平臺的端板(未顯示)。注意，沒有顯示對面 的(向上的)球以增加清晰性，但是其確實提供了額外的3個自由度。
b. 凸出的短軸154連接到，并且座入在隨后的手動的致動器/凹軸頭 內(nèi)。這允許一對致動器之間通過球相對旋轉(zhuǎn)。
c. 彎曲的支腿156 (doglegs)支持短軸154和170和螺紋桿158和164。 這樣部件也提供圍繞球接頭168的必要的間隙以允許所要求的移動的平 臺范圍。
d. 左旋螺紋軸158剛性地插入到彎曲的支腿，因此這樣就不會產(chǎn)生相 對運動。套筒螺母160螺旋入軸158的對面的末端。
e. 套筒螺母160，包括位置鎖定機構(gòu)166 (未詳細地顯示)，提供線性位移自由度和隨后的精確的致動器140的機械鎖定。操作員，在傳感器(下
文)的反饋回路內(nèi)在箭頭46的方向旋轉(zhuǎn)套筒螺母160，這導(dǎo)致在箭頭44方 向的線性位移。由于連續(xù)地調(diào)整全套6個致動器140的每個，其通過位置 鎖定機構(gòu)166鎖定長度。注意，所有的6個手動致動器通過整個思德瓦特 平臺125的幾何尺寸按照要求作為一個部件相互作用。
f. 位置傳感器162提供反饋信號至電子系統(tǒng)(未顯示)，其包括對應(yīng) 的手動的致動器140的實際的長度(接合處到接合處)的讀出數(shù)據(jù)。
g. 右旋螺紋軸164的功能類似于上述的左旋螺紋軸158。
h. 凹軸頭170連接，或者座入凸短軸154，同時牢固地連接在球168中。 這些軸/球連接不允許任意的相對運動。
現(xiàn)在參見圖14中的步驟212和圖10，在使用如上所述的部件設(shè)置之 后，內(nèi)部夾具102A、 102B，工件130、 132和線圈99設(shè)置在加熱位置。感 應(yīng)系統(tǒng)開啟，這導(dǎo)致三個互相的感應(yīng)效應(yīng)(a)在線圈內(nèi)的環(huán)電流，(b) 環(huán)形磁場172，和(c)在兩個工件130、 132內(nèi)的對立的環(huán)形的感應(yīng)電流。 電流根據(jù)不同的因素加熱工件，所述因素包括根據(jù)工件130、 132的線圈 的位置。美國專利6，637，642 (lingnau，固態(tài)焊接的方法和焊接部件， 2003年10月28日)更詳細地論述這樣的工藝。
現(xiàn)在參見圖14中的步驟214和圖11，在工件130、 132已經(jīng)在要求的功 率級和規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)加熱之后，線圈致動器(未顯示)在箭頭48的 方向發(fā)出線圈99。盡管在某些申請中在加熱時將上部夾具102B旋轉(zhuǎn)會帶 來一些優(yōu)點，本發(fā)明中內(nèi)部夾具102A、 102B和抓握的工件130、 132通常 在加熱位置保持固定。箭頭48顯示直線形軌道(示意線性的線圈致動器)， 并沒有排除旋轉(zhuǎn)的路徑(示意旋轉(zhuǎn)的線圈致動器)。
現(xiàn)在參見圖14中的步驟216和圖1與12，動力部件24通過兩個同時但 是獨立的焊接移動轉(zhuǎn)移上部的內(nèi)部夾具102B。沿著機械裝置中心軸的箭 頭12的方向的線性位移和沿著機械裝置中心軸的箭頭10的方向的旋轉(zhuǎn)的位移。部件的新的定位是在焊接停止位置。注意，該位置通常導(dǎo)致內(nèi)部 夾具比在不加熱的接觸位置更加彼此靠近。然而，加熱部件的熱膨脹有 時可能提供足夠的干涉來影響在不加熱的接觸位置的良好的焊接。如美國專利6，637，642 (Lingnau，固態(tài)焊接的方法和焊接部件，2003年10月 28日)中的教導(dǎo)，只要線圈99從加熱位置發(fā)出，鍛造階段包括在加熱階 段之后的立即進行的同時的擠壓和橫向剪切。在一些申請中使用如圖l所 示的液壓油缸116是有利的，以在焊接上在其冷卻之前拉回，從而減少可 能產(chǎn)生在焊接平面的膨脹。在其它情況下，當其部分或者完全冷卻之后 將焊接上的拉回也是有利的，以試驗焊接的完整性?，F(xiàn)在參見圖14中的步驟218和圖1與13，在完成焊接循環(huán)之后，外部 夾具106A和106B釋放獨立施加在內(nèi)部夾具102A和102B上的通過箭頭50A、 50B表示的壓力，它們依次釋放焊接工件138。之后，該焊接工件可能在 步驟220中發(fā)出，這可以與通過返回步驟204插入新的工件130和132來一 同完成。優(yōu)點機械裝置完成兩個同時的動作推動和旋轉(zhuǎn)。這些設(shè)計允許在大轉(zhuǎn)矩級別和高軸向載荷下同時軸向運動和轉(zhuǎn)動，帶有最小的在兩軸中的可 能的間隙。配合的花鍵具有匹配的尺寸以最小化轉(zhuǎn)動的間隙。任意其它 的機械設(shè)計會具有更多的活動部件，因此會產(chǎn)生更大的間隙，通常獲得 較少的可用的轉(zhuǎn)矩。該機械裝置具有緊湊設(shè)計，因此具有比較大的支撐區(qū)域，帶有成比 例減少的徑向間隙。該緊湊設(shè)計允許利用在相對的末端上的第二套夾具 和焊接腔進行兩端操作，以從單一機械裝置中產(chǎn)生加倍的生產(chǎn)率。因為 液壓致動器的設(shè)計是緊湊的、剛性的和平衡的，它實際上固定到焊接腔 的各個末端上以允許在大量生產(chǎn)應(yīng)用中的差不多加倍的生產(chǎn)率，提供的工件不需要通過心軸傳送。該設(shè)備10還具有大公差孔的花鍵，其最小化間隙，并且允許帶有良好精確度和可重復(fù)性的高速的往復(fù)運動。設(shè)備io也適合于不同的位置和 材料例如，用于基礎(chǔ)方案，使用兩個抓握的槳狀體來產(chǎn)生40000尺-磅 扭矩和160度的動作，之后4個抓握的槳狀體產(chǎn)生80000尺-磅扭矩和70度 的動作，和6個抓握的槳狀體產(chǎn)生120000尺-磅扭矩和40度的動作。速度 和加速度一直保持為可獨立的控制?？卓山蛹{的工件具有直徑在1至12英 寸之間，但是更大的尺寸也是可行的，這是由于期望的應(yīng)用的經(jīng)濟上的 刺激。利用供給通過設(shè)計，設(shè)備10可用于將片段焊接成連續(xù)的要求長度 的部件。通過心軸的較大的孔允許工件的供給通過流動，以至片段焊接 成連續(xù)長度。分支的八面體允許運動中心設(shè)置在焊接腔的幾何中心，但是并不要 求完全包圍焊接腔。這依次允許對于規(guī)定尺寸的焊接腔的短的、僵硬的 連接使用。將用于思德瓦特平臺的運動中心與焊接腔的中心共同定位具 有的好處在于用于第一6自由度的活動范圍比圖8A、 8B、 8C中的設(shè)備的例 子更加同等地平衡。在應(yīng)用中包括具有如圖15A所示的末端曲率的管段部分222的焊接， 該曲線可以這樣定位，以致于角度可以如圖15C所示的被消除，而不是如 圖15B所示的增加整個部件的角度。在殼體鉆孔中的顯著的問題是螺紋接頭的對準的問題。如上所述， 該設(shè)備提供用于彎管定位的裝置以防止曲率增加。在這些專利文獻中，詞匯〃包括"利用其非限制性的意思來表示在該 詞匯后跟隨的項目是包含在其中，但是并沒有排除沒有特別提及的項目。通過不定冠詞"一"表示的元件并不排除多余一個該元件存在的可能性， 除非上下文清楚地要求只存在一個和僅僅的一個元件。清楚的是，下列的權(quán)利要求包括在上述的特別的圖解和描述中的內(nèi) 容，包括與之相當?shù)母拍睿黠@的替換。因此對于本領(lǐng)域技術(shù)人 員顯而易見的是，可以對描述的實施例進行不脫離本發(fā)明權(quán)利要求的范 圍的修改和改進。圖示的實施例僅僅作為示意性的例子來闡述，并不能 看作是對本發(fā)明的限制?？梢岳斫獾氖牵谙铝械臋?quán)利要求的范圍內(nèi)， 本發(fā)明也可以在上述的特別的圖解和描述的實施例之外實踐。
權(quán)利要求
1.用于感應(yīng)摩擦固態(tài)焊接的設(shè)備，包括本體，其具有第一末端、第二末端和在該第一末端和第二末端之間延伸的工件接納孔；第一緊固裝置，其用于暫時將第一管狀的工件緊固在工件接納孔中；第二緊固裝置，其用于暫時將第二管狀的工件緊固在工件接納孔中；感應(yīng)加熱裝置，其可在位于工件接納孔內(nèi)的工作位置和從工件承受孔中退出的存儲位置之間活動；用于影響第一緊固裝置和第二緊固裝置的相對運動的裝置，以產(chǎn)生第一緊固裝置和第二緊固裝置彼此的接近和遠離；和影響第一緊固裝置和第二緊固裝置的相對旋轉(zhuǎn)的裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中第一緊固裝置和第二緊固裝 置中的一個是固定的夾具，第一緊固裝置和第二緊固裝置中的另一個 是移動的夾具。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中可膨脹的多面體框架用于在 工作位置和存儲位置之間移動感應(yīng)加熱裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中流體致動的致動器作用在移 動的夾具上，以作為產(chǎn)生第一緊固裝置和第二緊固裝置彼此相對的靠 近和遠離的裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中移動的夾具具有外花鍵，并 且其通過扭矩傳輸軸環(huán)圍繞，該扭矩傳輸軸環(huán)具有與移動的夾具的外 花鍵嚙合的內(nèi)花鍵，由此扭矩傳輸軸環(huán)作為影響第一緊固裝置和第二 緊固裝置的相對的旋轉(zhuǎn)的裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中可膨脹的多面體是可膨脹的 八面體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中可膨脹的多面體是分支的。
8. 用于感應(yīng)摩擦固態(tài)焊接的設(shè)備，包括本體，其具有第一末端、第二末端和在該第一末端和第二末端之 間延伸的工件接納孔；固定的夾具，其用于暫時將第一管狀的工件緊固在工件接納孔中；移動的夾具，其用于暫時將第二管狀的工件緊固在工件接納孔 內(nèi)，該移動的夾具具有外花鍵；感應(yīng)加熱線圈，其通過可膨脹的多面體框架可在位于工件接納孔 內(nèi)的工作位置和從工件承受孔中退出的存儲位置通過活動；圍繞移動的夾具的扭矩傳輸軸環(huán)，該扭矩傳輸軸環(huán)具有與移動的 夾具上的外花鍵相互作用的內(nèi)花鍵；流體致動的可膨脹的致動器施加軸向力至移動的夾具以將移動 的夾具朝向或者遠離固定的夾具移動；和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動，其將旋轉(zhuǎn)力施加到扭矩傳輸軸環(huán)，從而影響移動的 夾具相對于固定的夾具的旋轉(zhuǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動包括在扭矩傳 輸軸環(huán)上的外部的轉(zhuǎn)子的槳狀體；在本體上的內(nèi)部定子的槳狀體，轉(zhuǎn) 子槳狀體和定子槳狀體之間的關(guān)系限定了位于扭矩傳輸軸環(huán)和本體 之間的流體腔，因此扭矩傳輸軸環(huán)的旋轉(zhuǎn)受泵入到選擇的流體腔中的 工作流體的影響。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中可膨脹的多面體是可膨脹 的八面體。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中可膨脹的多面體是分支的。
全文摘要
用于感應(yīng)摩擦固態(tài)焊接的設(shè)備，其包括具有管狀的工件接納孔的本體，提供了固定的夾具用于將第一管狀的工件緊固在孔內(nèi)，提供了移動的夾具用于將第二管狀的工件緊固在孔內(nèi)，感應(yīng)加熱線圈在管狀的工件的外表面之間活動，可膨脹的缸用于將活動的夾具相對固定的夾具靠近和遠離，扭矩傳輸軸環(huán)用于旋轉(zhuǎn)移動的夾具，因此在本體內(nèi)摩擦焊接加熱的工件，感應(yīng)線圈移動裝置用于在工作位置和存儲位置之間移動線圈。
文檔編號B23K37/04GK101594964SQ200780042795
公開日2009年12月2日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月18日
發(fā)明者大衛(wèi)·林若, 科林·麥當勞 申請人:斯賓達科林焊接有限公司