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（全套CAD）火箭燃料贮箱FSW焊接用组合夹具设计（图纸论文整套）

计算由加工工序知，加工面为瓜瓣片结合面。上下底面对中心线有垂直度要求垂直度允差.对底面有中心距.要求对顶盖有.的平面度要求，对顶盖与底面有同轴度要求。以底面与顶盖中心线为基准，其设计计算如下确定受力挡板尺寸与公差设计受力挡板形状如下图所示。图半球面体夹具受力挡板由已给数据知道半球面体薄壁厚火箭,燃料焊接,组合,夹具,设计,毕业设计,全套,图纸.筒体夹具的装配图第章与软件简介.软件简介.三维模型第章总结参考文献致谢附录第章绪论.研究的目的及意义自从年英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊技术以来，已经过去了年，搅拌摩擦焊在这年间为世界制造业做出了巨大的贡献，其中在航天航空，航海船泊，高速列车，交通运输这些高科技行业的表现尤其突出。年，在中国航空工业集团北京航空制造工程研究所与英国焊接研究所共同签署关于搅拌摩擦焊专利技术许可技术研发及市场开拓等领域的合作协议的基础上，中国第家专业化的搅拌摩擦焊技术授权公司中国搅拌摩擦焊中心即北京赛福斯特技术有限公司成立，标志着搅拌摩擦焊技术在中国市场的研发及工程应用工作的正式开启。到现在年我国已经成功开发了余套搅拌摩擦焊设备，将搅拌摩擦焊技术应用于我国航空航天船舶列车汽车电子电力等工业领域中，创造了可观的社会经济效益，为铝镁铜钛钢等金属材料提供了完美的技术解决方法。我国新代重型运载火箭长征五号将在年底在海南航天发射场发射，其火箭燃料贮箱就是使用搅拌摩擦焊焊接。火箭燃料贮箱指的是航天产品火箭助推器中不可回收的外挂燃料贮箱，具体形状结构为个中心薄壁筒体与两个半球面体，其中个球面体开口用于注入燃料。形状基本如下图所示,实物图如所示。图火箭燃料贮箱结构示意图搅拌摩擦焊可以焊接很多传统焊接方式无法焊接的材料，而且焊接适应性好，成本低，并且效率和精度很高，操作简单，及其容易实现自动化。不过搅拌摩擦焊有个比较关键的缺点就是在焊接过程中，自旋转的搅拌头对工件有较大的轴向压力，这个轴向压力可能使薄弱的工件产生轴向变形，导致产品报废或者大大降低精确度。航空航天对精度要求比较高，所以在使用搅拌摩擦焊焊接过程中应该尽量避免这种轴向变形的发生。图贮箱实物图搅拌摩擦焊全部焊接完成主要有三个过程，分别是焊具的插入，平移，抽出。搅拌摩擦焊在焊接过程中主要有三个力，分别为轴向压力，纵向力，横向力。由于轴向载荷最大，所以轴向压力是主要力，也是设计夹具过程中最需要注意的。航天器具有高精度要求，因此需要种特制的夹具，在保证般夹具基础功能的前提下承受焊接压力。夹具的结构设计和研究是焊接工艺设备的基础。焊接工艺装备是在焊接结构生产的装配与焊接过程中起配合及辅助作用的夹具机械装置或设备的总称，简称焊接工装。提高焊接效率的最佳途径是大力推广使用机械化和自动化程度较高的焊接工装。本文研究的火箭燃料贮箱焊接用组合夹具分为三部分，其中球面体夹具和回转工作台用于球面体的焊接。球面体般先由块瓜瓣片形状的金属板焊接成半球面体状，再和个底座焊接成完整的贮箱球面盖。薄壁筒体焊接用夹具由于搅拌摩擦焊焊接机械自带使工件绕中心轴旋转的功能，不用另外设计旋转机构。.国内外研究现状薄壁筒体夹具研究现状目前，国内应用广泛的筒体夹具主要是普通的型夹具，比较普遍的是组合机床夹具。优点是简单易行，并可以与加工设备相结合。缺点是不方便移动，而且精确度不高。这种夹具的夹紧定位方式并不适合筒体的环缝焊接，更多的是应用于钻床与铣床。如下图所示。图组合钻床夹具还有种应用较为广泛的是卡盘式夹具，主要有三爪卡盘和四爪卡盘两种。这种夹紧方式多用于小型圆柱体和少部分小型筒体。由于这种夹紧方式只是适用与小型圆筒状零件，而搅拌摩擦焊接中加工的基本都是大型筒体，所以设计时不考虑这种夹具样式。如下图所示。图三爪卡盘四爪卡盘较为新颖的种筒体夹具是弹性夹具。该夹具利用弹性元件受力后均匀弹性形变的原理，实现对工件的自动定心与夹紧。这种自动定心弹簧套筒夹具，具有结构简单，夹具行程小，装夹工件迅速，定位可靠，具有较高的定心精度。般可达。然而这种夹具仅仅只能用于小型筒体或是加工过程中受力较小的筒体，旦筒体连带夹具受力过大，超出弹簧的可承受极限，就会变成弹性疲劳状态，无法自动恢复成原状，就不能起到定位夹紧的作用。如下图所示。图薄壁筒状零件弹性夹具有种应用于高压电缆的固定夹具，由两个半环状紧固环相接来起固定作用。这种方式可以试用于搅拌摩擦焊接中，但是考虑到焊接过程中有较大轴向力作用于焊件，仅仅只有这点固定作用是完全不够的，筒体内部还需要有定的接触面积来“抵消”轴向力，需要另外添加“底板”。如下图所示。图高压电缆固定夹具球面体夹具研究现状根据所能查到的资料来看，球面体夹具普遍应用于大型组合球面的组装。大型球面体结构多数是由拼装组合而成，例如核电设备中的安注箱。由于安注箱的球体尺寸过大，所以由球封头与中段的瓜瓣片球壳筒身拼接组成。组装时所用夹具主要包含了车夹座定位圈型座顶紧微调装置等组件。如图所示。有种小型球面体夹具，用在对薄壁同心球壳内球面的轻切削与抛光时定位与夹紧。这种夹具同心度高，简单易行，但是只能加工小型球体的内球面。如图所示。也有专门的夹具应用于搅拌摩擦焊的空间曲面焊接加工。空间曲面的搅拌摩擦焊专用夹具，主要由夹具骨架结构与传动机构组成，其特征在于所述夹具骨架结构的框架两端通过转轴支撑在支座上承力机构固定连接在框架上，在所述承力机构上方设有定位机构框架下的对角处设有平衡支撑弹簧所述传动机构由主动传动机构和从动传动机构组成，所述主从动传动机构均置于承力机构底部两侧，所述承力机构通过与主从动传动机构传动连接的螺杆上的滚轮活动支撑。如图所示。图加工瓜瓣片焊接坡口的夹具图小球体内球面加工用夹具图空间曲面的搅拌摩擦焊专用夹具.主要研究内容筒体夹具分析与设计首先主要分析搅拌摩擦焊中型设备的工作原理，由此展开来分析大部分薄壁筒体在摩擦焊接过程中的受力情况，得出筒体在摩擦焊接过程中最容易变形的地方与受力的方向。根据筒体在焊接过程中的特征和受力情况，分析出筒体在设备中的自由度以及相对应的筒体夹具所要具备的夹紧面与定位面，筒体夹具模型用建立,各项数据尺寸根据筒体大小来确定，对尺寸结构等参数进行调整设计，确保设计出的夹具在正常焊接情况下不会使筒体变形。筒体与球面体组装焊接时需要环缝焊接，夹具可以与筒体夹具通用。半球面体夹具分析与设计对于球面体夹具，主要分析型搅拌摩擦焊设备的工作原理。设计过程相似于设计筒体夹具，不过在模型建立与数据设计方面，球面体由于涉及到曲面机构，会更加复杂。考虑到搅拌摩擦焊焊接机械在焊接球面体夹具瓜瓣片时无法自主地旋转角度，由于搅拌摩擦焊焊接机器的旋转局限性，焊接完成两个瓜瓣片之间的纵缝后，需要整个工件和夹具起旋转之后才能继续焊接另外的纵缝，所以需要另外设计台特定配置的回转工作台用来带动整个夹具和工件起转动。回转工作台结构与尺寸由工作台上的工件与夹具总重力决定。设计薄壁筒体夹具时，由于用于筒体焊接的搅拌摩擦焊机器有中心轴旋转功能，所以不必再设计新的工作台。拟解决的主要问题通过设计使夹具在实现夹紧与定位，引导刀具这些基本功能的前提下,尽可能的使夹具体能够应用于更多种类的筒体或球面体，而不是局限于同直径的工件。通过减小夹具的体积质量来提高搅拌摩擦焊的工作效率。因为过大的体积与质量不但影响外观,而且不方便搬运与使用，并且旦质量与体积达到定限度，对夹具体下面的工件因为工件成球面或者是薄壁筒体会带来过大的负荷，导致工件下方也可能出现形变。如何在保证夹具体体积与质量相对较小下的情况下提高夹具的精度与实用性，是问题的关键。第章球面体夹具设计.机械加工工艺分析加工形面瓜瓣片结合面瓜瓣片焊接成品与顶盖的结合面形面尺寸瓜瓣外弧的直径.，粗糙度.瓜瓣内弧的直径.，粗糙度.顶盖与瓜瓣片结合面平面度.相互位置瓜瓣片为薄壁半球面体分为块，俯视图为各占的扇形瓜瓣片在处向上开口，与的顶盖焊接可用于定位的形面瓜瓣片底面与瓜瓣片开口平面，瓜瓣片内外面，半球面体中心轴。顶盖尺寸.，粗糙度.厚度.，粗糙度.底面尺寸外轮廓面.，粗糙度.内轮廓面.，粗糙度.底面到顶盖距离.，粗糙度.相互位置顶盖与底面垂直中心轴，底面直径为球面体直径。.夹具的结构方案确定定位方案由于工件使用搅拌摩擦焊焊接，考虑到搅拌头轴向压力的存在，在焊缝处应该有承力挡板。以中心轴底面底盖下底面为基准，确定瓜瓣片弧线在轴方向上的位置，以底面与顶盖下底面距离定位弧线的在轴上的高度，以半球面体内表面下的承力挡板确定弧线形状，直径取底面直径。确定夹紧机构夹具零件之间选择螺栓固定，工件与夹具之间使用重力自压紧与压块几何压紧。压块既可增大夹紧接触面积，又能防止回转工作台带动工件旋转时产生偏转而破坏定位并且损伤工件表面。定位面与加工面的关系分析定位误差计算由加工工序知，加工面为瓜瓣片结合面。上下底面对中心线有垂直度要求垂直度允差.对底面有中心距.要求对顶盖有.的平面度要求，对顶盖与底面有同轴度要求。以底面与顶盖中心线为基准，其设计计算如下确定受力挡板尺寸与公差设计受力挡板形状如下图所示。图半球面体夹具受力挡板由已给数据知道半球面体薄壁厚度为，外表面曲率半径为。由此确定受力挡板曲率半径为，查表得到公差等级为级，粗糙度为.。受力挡板距离底面中心轴最大值为，最小值为。高度为，查表得公差等级为级。受力挡板与底面固定方式为螺栓固定，拟设计三个两两间距为，孔径为，查表得到公差等级为级，孔内表面粗糙度为.。受力挡板与顶盖的接触方式为几何依靠，与支撑柱的固定方式为螺栓固定，拟设计三个两两间距为，公差等级为级，孔径为，查表得到公差等级为级，孔内表面粗糙度为.。其余部分粗糙度取.，部分尺寸见二维图。支撑顶盖的夹具尺寸与公差设计支撑顶盖的夹具外形如下图所示。图半球面体夹具顶盖支撑板半球面体夹具顶盖支撑板外轮廓圆直径为，查得公差等级为级，外轮廓粗糙度为.。厚度为，平面度为.，查得公差等级为级，粗糙度为.。按照瓜瓣片共六块每个设计出如上图形状，这样既减省材料，又减轻夹具的总质量，还能够保证夹具有足够面积承受底盖重力与搅拌摩擦焊焊接时对工件的压力。支撑板开槽处用于与支撑柱进行几何固定，槽宽为，长为，深度为，从支撑板底面向上开。后均匀弹性形变的原理，实现对工件的自动定心与夹紧。这种自动定心弹簧套筒夹具，具有结构简单，夹具行程小，装夹工件迅速，定位可靠，具有较高的定心精度。般可达。然而这种夹具仅仅只能用于小型筒体或是加工过程中受力较小的筒体，旦筒体连带夹具受力过大，超出弹簧的可承受极限，就会变成弹性疲劳状态，无法自动恢复成原状，就不能起到定位夹紧的作用。如下图所示。图薄壁筒状零件弹性夹具有种应用于高压电缆的固定夹具，由两个半环状紧固环相接来起固定作用。这种方式可以试用于搅拌摩擦焊接中，但是考虑到焊接过程中有较大轴向力作用于焊件，仅仅只有这点固定作用是完全不够的，筒体内部还需要有定的接触面积来“抵消”轴向力，需要另