一种铜水盒生产用钻孔及焊接一体化装置及制备方法与流程

本发明涉及铜水盒生产，特别是涉及一种铜水盒生产用钻孔及焊接一体化装置及制备方法。

背景技术：

1、汽轮发电机中的‌铜水盒‌是机组的关键零部件，主要用于冷却系统，因其需要良好的导电和导热性能，通常采用紫铜材料制造。它在运行中需确保密封性，避免出现漏水、漏气等问题，因此对加工质量要求极高。

2、在铜水盒的生产中，传统工艺是先将实心的铜块和不锈钢支板先焊接，再对铜块钻削加工成型为铜盒，目的是为了防止焊接工艺的高温导致铜盒变形。但这样有个弊端，实心铜要预热很久，预热时间过长容易导致铜晶粒粗大，影响其性能，铜过热导致操作者很难靠近，给固定不锈钢支板工作带来诸多不便与安全隐患。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出一种铜水盒生产用钻孔及焊接一体化装置及制备方法，设置内外两套夹具，外夹具用于固定铜块进行钻削加工，成型为铜盒。内夹具用于从内部支撑铜盒，在铜盒与不锈钢焊接过程中，内部支撑力能够有效抵抗焊接热变形，从而实现“先钻削-再焊接”的工艺过程，解决传统工艺过程，先预热容易导致铜晶粒粗大，影响性能以及铜块温度过高，不锈钢支板难以定位以及后续工艺难以操作的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种铜水盒生产用钻孔及焊接一体化装置，包括底板、u形工作台、三轴钻孔组件、一对焊接组件和夹持组件；

3、所述u形工作台和三轴钻孔组件均安装在底板上；

4、所述三轴钻孔组件位于u形工作台的开口内；

5、所述一对焊接组件对称设置在开口两侧的u形工作台顶面；

6、所述夹持组件包括支撑架、第一驱动机构、第二驱动机构，以及位于开口上方的一对第一夹持块和一对第二夹持块，所述一对第一夹持块套设在一对第二夹持块的外部，所述支撑架设置在u形工作台相对开口的顶面，第一驱动机构安装在支撑架上，驱动第一夹持块沿开口的宽度方向移动和以移动轨迹为轴转动，第二驱动机构安装在第一驱动机构上，驱动第二夹持块沿开口的宽度方向和深度方向移动。

7、更进一步的，所述支撑架包括一对u形框，以及与u形框一一对应的预热组件和不锈钢夹持组件，所述u形框与u形工作台相对开口的顶面垂直连接，所述u形框的开口端位于开口上方，所述预热组件和不锈钢夹持组件分别安装在u形框开口端的顶部和底部。

8、更进一步的，所述预热组件包括相连接的第一伸缩杆和感应加热块，以及红外测温探头，第一伸缩杆安装在u形框开口端的顶部，驱动感应加热块升降移动，所述红外测温探头安装在u形框开口端的顶部，用于检测铜盒的温度；所述不锈钢夹持组件包括相连接的第二伸缩杆和不锈钢夹持槽，所述第二伸缩杆安装在u形框开口端的底部，驱动不锈钢夹持槽升降移动。

9、更进一步的，所述第一驱动机构包括第一安装板、第一横移驱动单元，以及与第一夹持块一一对应的横移板、支撑臂、连接板和旋转驱动单元，所述第一安装板与支撑架连接，横移驱动单元安装在第一安装板上，驱动横移板沿开口的宽度方向移动，所述支撑臂一端与横移板连接，另一端与连接板连接，所述第一夹持块与连接板靠近开口的一侧转动连接，旋转驱动单元安装在连接板上，驱动第一夹持块以移动轨迹为轴转动。

10、更进一步的，所述第一横移驱动单元包括相连接的第一双向丝杠和第一电机，所述第一双向丝杠与第一安装板转动连接，所述第一电机安装在第一安装板上，所述横移板与第一双向丝杠螺纹连接；旋转驱动单元包括调节蜗轮、调节蜗杆和旋转驱动电机，所述调节蜗轮轴向与第一夹持块连接，径向与调节蜗杆啮合，所述旋转驱动电机安装在连接板上，驱动调节蜗杆转动。

11、更进一步的，所述第二驱动机构包括第三伸缩杆、第二安装板、第二横移驱动单元和一对安装臂，所述第三伸缩杆安装在第一安装板上，驱动第二安装板沿开口的深度方向移动，所述第二横移驱动单元安装在第二安装板上，驱动安装臂沿开口的宽度方向移动，所述第二夹持块与安装臂一一对应，且与安装臂远离开口的一侧连接。

12、更进一步的，所述第二横移驱动单元包括相连接的第二双向丝杠和第二电机，所述第二双向丝杠与第二安装板转动连接，所述第二电机安装在第二安装板上，所述安装臂与第二双向丝杠螺纹连接。

13、更进一步的，所述第一夹持块和第二夹持块的夹持面均粘贴硅胶垫，硬度为邵氏50-60度，所述夹持面为弧形，与铜盒形状相契合。

14、更进一步的，所述焊接组件包括第一直线模组、固定架、第三安装板、第二直线模组、第四伸缩杆、激光焊接头和摆动气缸，所述第一直线模组安装u形工作台的顶面，驱动固定架沿开口的深度方向移动，所述第二直线模组安装在固定架上，驱动第三安装板升降移动，所述第四伸缩杆通过转台安装在第三安装板靠近开口的一侧，驱动激光焊接头沿开口的宽度方向移动，所述摆动气缸安装在第三安装板远离开口的一侧，驱动第四伸缩杆转动。

15、一种铜水盒制备方法，使用所述的一种铜水盒生产用钻孔及焊接一体化装置，具体步骤如下：

16、s1、外侧夹持与工件翻转定位：控制第二驱动机构，沿开口的深度方向，将第二夹持块从开口上方移出，控制第一驱动机构，驱动第一夹持块沿开口的宽度方向移动，将铜块原料夹持固定，并转动铜块原料，使其钻削作业面朝向三轴钻孔组件；

17、s2、钻削掏空成型加工：控制三轴钻孔组件，对铜块原料进行钻削作业，加工为铜盒；

18、s3、内部支撑定位与内外夹持切换：控制第一驱动机构，转动铜盒，并控制第二驱动机构，将第二夹持块移动至铜盒内部，从内部支撑固定铜盒；

19、s4、焊接前预热：控制第一驱动机构，驱动第一夹持块远离铜盒，再控制第一伸缩杆，驱动感应加热块移动至铜盒外侧，对铜盒进行加热，红外测温探头实时检测焊接区域温度，当温度达到焊接工艺要求后，驱动感应加热块退至原位；

20、s5、不锈钢片上料与焊接面压紧定位：在不锈钢夹持槽上装配不锈钢板件，控制第二伸缩杆，将不锈钢板件移动至铜盒外部，再控制第一驱动机构，驱动第一夹持块将不锈钢板件与铜盒夹持固定后，驱动不锈钢夹持槽退至原位；

21、s6、焊接成型：控制焊接组件，将不锈钢板件与铜盒焊接固定。

22、与现有技术相比，本发明所述的一种铜水盒生产用钻孔及焊接一体化装置及制备方法的有益效果是：

23、1、在工艺过程方面，本发明设置了内外协同的夹持组件。钻孔阶段，外侧第一夹持块在第一驱动机构的驱动下，从外部夹紧实心铜块，保证三轴钻孔组件加工时的定位刚性。钻削掏空成型为铜盒后，转动铜盒使钻削成型的中空腔体朝向第二夹持块，第二驱动机构将第二夹持块送入铜盒的中空腔体内，驱动第二夹持块向外撑开，从内部支撑固定薄壁的铜盒，随后外侧第一夹持块松开，完成“先外后内”的无缝切换，使得焊接时铜水盒壁面获得均匀的内撑力，然后对铜盒进行预热换。本发明实现了“先钻削-再焊接”的工艺转变，彻底避免了传统工艺因实心铜预热导致晶粒粗化后仍需钻孔的繁琐与性能损失。

24、2、在工件支撑方面，本发明通过“第二双向丝杠+第二夹持块”的集成在工件的一侧，实现对铜盒的内部支撑功能，结构紧凑，占用外部空间小；第二夹持块从内部支撑铜盒，盒体外部可完全暴露，便于后续预热和焊接操作，内支撑方式不需占用铜盒的外部空间，避免干涉其他工序。

25、3、在预热控制方面，本发明采用感应加热与红外测温闭环调节。通过第一伸缩杆带动感应加热块对焊接部位进行局部快速加热，红外测温探头实时采集温度并调节感应加热块的加热功率。相比传统整体长时间加热，该方案将预热时间缩短，加热区域高度集中，避免铜材晶粒长大，同时大幅降低操作环境温度，消除了人员烫伤风险，同时保证了焊接界面温度均匀性，提高了焊接质量，使后续不锈钢板件上料与激光焊接更加安全便捷。

26、4、在焊接成型方面，预热完成后，本发明利用第一夹持块从外侧将不锈钢板件与铜盒夹持固定，控制焊接组件将不锈钢板件与铜盒焊接固定。本发明通过第一夹持块和第二夹持块内外配合，共同夹持，有效抵抗焊接热应力引起的收缩变形，确保了焊缝对中的精度和成品的密封性。

27、5、在保护工件方面，本发明在第一夹持块和第二夹持块的夹持面均粘贴硅胶垫，硬度为邵氏50-60度，所述夹持面为弧形，与铜盒形状相契合，防止夹持时划伤工件。