[發明專利]一種帶阻尼功能的電火花沉積接觸力控制裝置

有效

• 申請號: 202010089847.7
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111168268B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 韓紅彪;王順;李夢楠;李世康;劉春陽;隋新
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K37/02
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 逯雪峰

1.一種帶阻尼功能的電火花沉積接觸力控制裝置，包括底座、滑臺、砝碼、夾持機構、角度調節裝置以及與滑臺連接的氣動系統，所述滑臺滑動設置在底座上，底座安裝在角度調節裝置上，砝碼設置在滑臺頂部，其特征在于：

所述夾持機構安裝在滑臺上，電極安裝在夾持機構末端，電極的軸線方向與滑臺的移動方向水平；

所述氣動系統主要由氣缸、單向節流閥、壓力表和氣門嘴組成，氣缸的進氣口和出氣口通過兩個方向相反的單向節流閥并聯后連通，活塞兩側氣缸內的氣體壓力相同，壓力表用于實時監測氣缸內的壓強大小，氣缸內的壓強大小可通過向氣門嘴充氣來調整；通過調節單向節流閥的開度可調節氣缸的阻尼作用，所述氣缸的外殼安裝在底座上，氣缸的活塞桿與滑臺相連，氣缸活塞移動方向與滑臺移動方向一致，活塞移動時帶動滑臺移動，從而帶動電極上下移動；

在電火花沉積實驗前，滑臺上不施加砝碼，電極與工件未接觸，通過氣門嘴向氣缸內充氣，調整氣缸兩側的氣體壓強，使滑臺的受力達到平衡；在電火花沉積實驗時，在滑臺上施加砝碼，使滑臺的受力平衡被打破，滑臺向下移動，帶動電極向下移動與工件接觸形成接觸力，電極與工件的接觸力使滑臺受力重新達到平衡，通過調整砝碼重力即可調整電極與工件的接觸力大小；在電火花沉積堆焊過程中，隨著電極損耗，滑臺向下移動受力重新達到平衡，可確保電極與工件的接觸位置保持不變以及接觸力的恒定；單向節流閥限制氣體的流速，產生額外的阻力，能夠對活塞的移動產生阻尼，抑制電極與工件運動過程中產生反沖力而引起的電極振動。

2.如權利要求1所述的一種帶阻尼功能的電火花沉積接觸力控制裝置，其特征在于，所述夾持機構為焊槍，所述滑臺上還設有安裝板、固定板、配重板和夾緊卡環，所述固定板通過螺釘固定在滑臺上，配重板裝配在固定板上方，安裝板固定在固定板上，夾緊卡環安裝在安裝板上，焊槍被固定于夾緊卡環上，電極安裝在焊槍上，在電火花沉積堆焊過程中，電極與工件保持接觸，它們之間的接觸力通過在配重板上施加砝碼的重力來確定。

3.如權利要求1所述的一種帶阻尼功能的電火花沉積接觸力控制裝置，其特征在于，所述滑臺和底座之間通過直線導軌配合連接，所述滑臺上還設有前端限位器和后端限位器，所述前端限位器安裝在滑臺頂部，后端限位器固定在滑臺底部，防止滑臺滑動時脫離直線導軌，前端限位器與后端限位器之間的距離即是滑臺滑動時的最大移動量程。

4.如權利要求1所述的一種帶阻尼功能的電火花沉積接觸力控制裝置，其特征在于，角度調節裝置能夠調整電極與工件之間的夾角θ，調整范圍為45°～90°。

5.如權利要求1所述的一種帶阻尼功能的電火花沉積接觸力控制裝置，其特征在于，所述氣動系統的各部件之間通過三通氣管接頭及PU管連接。

6.如權利要求1所述的一種帶阻尼功能的電火花沉積接觸力控制裝置，其特征在于，定義沿活塞軸線和滑臺運動方向為A向，垂直于活塞軸線和滑臺運動方向為B向，氣缸活塞兩側充滿相同壓強P的空氣，由于活塞兩側面積的不同，氣缸活塞會產生一個沿A向的力F₁；

氣缸活塞兩側的氣體壓強相同，則活塞在A向產生的推力為：

F₁＝P(D₁-D₂)＝PD₃ (1)

式(1)中D₁是氣缸活塞下表面的面積；D₂是氣缸活塞上表面的面積；D₃是氣缸活塞桿截面的面積；P是氣缸內氣體的壓強；

在電火花沉積實驗前，先不施加砝碼，電極與工件未接觸，通過氣門嘴向氣缸內充氣，調整氣缸的壓強P，使滑動部分的受力達到平衡，滿足公式(2)：

F₁+f₁+f₂＝G₁sinθ (2)

式(2)中：f₁是活塞與氣缸壁之間的摩擦力；f₂是滑臺與底座導軌之間的摩擦力；G₁是包括夾持機構、滑臺、電極的滑動部分的重力之和；θ是滑臺運動方向與水平面的傾角；

在電火花沉積實驗時，在滑臺上施加砝碼，受力平衡被打破，滑臺向下移動，使電極與工件接觸，電極與工件的接觸力使受力重新達到平衡，受力如公式(3)所示：

F₁+f₁+f₂+F₂sinθ＝G₁sinθ+G₂sinθ (3)

式(3)中：F₂是工件對電極的支反力，即電極與工件之間的接觸力；G₂是砝碼的重力；

結合公式(2)和(3)可推出：

F₂＝G₂ (4)

即此時電極與工件的接觸力大小剛好等于施加砝碼的重力，調整砝碼的重力即可調整電極與工件的接觸力，受力達到平衡后，滑臺停止運動；

在電火花沉積堆焊過程中，如果其它各外力大小不變，電極與工件的接觸力F₂的大小也不會改變，當電極消耗變短時，各外力繼續促使滑臺向下移動，仍然使電極與工件的接觸力F₂保持不變。