（图纸+论文）搅拌摩擦焊焊接工装设计（全套完整）

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与工件之间需要提供更多的热来保证搅拌头附近区域金属的热塑化，同时，搅拌头还需要确保焊接区域金属材料的搅拌激活以及控制塑化金属的流变转移来形成合格的固相焊缝。总之，搅拌头是搅拌摩擦焊技术中“心脏”。搅拌摩擦焊材料搅拌摩擦焊的焊接温度低于材料的熔点，焊接过程中始终没有材料熔化，所以搅拌摩擦焊是种固态连接方法。基于搅拌摩擦焊焊接过程中不存在材料熔化的特点，搅拌摩擦焊几乎可以焊接所有系列的铝合金材料及铝基复合材料。对于传统焊接方法较难焊接的和系列高强度铝合金材料，也可实施可靠连接。另外，对于异种材料的搅拌摩擦焊也具有优越性，如搅拌摩擦焊不仅可以实现以及等不同牌号铝合金材料的焊接，还可以实现铜合金和铝合金等不同种材料的焊接。搅拌摩擦焊还可也提高了焊接时的闭合性，从而可以防止塑化的材料在搅拌头旋转时喷射出去。各型号搅拌摩擦头的参数见表。图焊针示意图图轴肩示意图表搅拌摩擦头参数及焊缝截面积板厚焊针直径焊针长度轴肩直径角度度焊缝断面积搅拌头夹具用于联接搅拌头和搅拌轴，其具体结构如图所示。图搅拌头夹具搅拌系统功率计算假设铝合金在焊接时的最高温升为，对于板，焊缝截面积约为,焊速约为，由于热传递和热量损失，设能量利用率为，单位时间内焊缝温升部分体积为，能量计算公式为式中比热容•温度变化值体积密度η效率能量查得铝的各项参数如下，.•由式单位时间内需要能量为则功率为选用.电机型伸出轴径，长度，键槽宽搅拌摩擦焊焊机输入工件的总功率为式中输入工件总的热功率搅拌摩擦头的转速摩擦系数工件上压力焊头轴肩和焊针的半径因为单位时间内输入工件的能量与总功率相等，在单位时间内则有查得铝与钢的摩擦系数为.，由式得则搅拌头向前移动阻力为由此可以得出对于不同板厚的材料在焊接时的压力和焊接速度，见表。表不同板厚在焊接时的压力和焊速板厚焊缝截面积压力焊速搅拌系统带设计图名义功率，转速约为，要求传动比为选择带型号计算功率由下式确定式中工作情况系数需要传递的名义功率查表得工作情况系数，由式计算得根据和由图选用型带。表工作情况系数工作机原动机载荷性质机器举例普通鼠笼式交流电动机同步电机直流电动机并激，的内燃机。交流电动机大转差率双鼠笼式单相滑环式直流电动机复激串激单缸发动机，的内燃机。天运转时间载荷平稳液体搅拌机等载荷变动小机床等载荷变动较大木工机械等载荷变动很大破碎机等．确定带轮基准直径。由图可得图带传动示意图小带轮直径宜选大些，可减小带的弯曲应力，有利于延长带的寿命在传递的转矩定时，选大些可降低带工作时的圆周力，从而可以减少带的根数。通常小轮直径应大于或等于表所列最小基准直径。若过大，传动的外廓也将增大。由表选择小轮直径为，由式得表带轮最小基准直径及基准直径系列带轮槽型基准直径系列.由表选择实际传动比实际转速传动比偏差，小于，符合条件。．验算带速。带速太高，带的离心力很大，使带的离心应力增大，并使带与轮之间的压紧力减小，摩擦力随之减台湾的所有搅拌摩擦焊业务主要从事搅拌摩擦焊技术的研究工程应用开发设备的制造和销售以及全权负责中国搅拌摩擦焊中心的“二级许可权”的发放和管理。中国搅拌摩擦焊中心和专业化北京赛福斯特技术有限公司的成立，标志着搅拌摩擦焊技术的开发和工程应用研究工作在中国市场的正式开始，是新世纪中国焊接技术发展史上块瞩目的里程碑。国内些院校和研究所也开始了这方面的研究工作，有理由相信，搅拌摩擦焊技术在中国也有着应用前景。．本论文的目的和意义通过对相关资料文献的查找，获得相关资料，了解搅拌摩擦焊焊接原理及相关工艺，了解搅拌摩擦焊的应用范围，了解搅拌摩擦焊在焊接中的优势，了解搅拌摩擦焊的研究现状和在工业中的应用，以及搅拌摩擦焊的发展前景。参照搅拌摩擦焊工装设计相关资料，设计台能焊接焊缝厚度为，焊缝长度为的搅拌摩擦焊实验用焊机。在写设计说明书的过程中，要求对关键部位的设计写得比较详细具体，并校核该实验用焊机的各主要部分。第二章搅拌摩擦焊焊机设计本章讲述搅拌摩擦焊焊机各重要部分的设计计算过程，包括总体设计规划搅拌摩擦系统设计伺服系统设计电气控制设计。此搅拌摩擦焊焊机，搅拌摩擦头转速约，焊接速度，最大加工焊缝厚度，焊缝长度，总功率约千瓦，适合于普通厚度的铝及其合金的搅拌摩擦焊工艺实验研究。．总体设计规划此焊机为单件生产，机体和机体中构件多采用钢焊接结构，以降低产品成本。根据般要求，为方便使用者的操作，此焊机的工作台平面约离地面高，焊机总高度约，总长度约，工作台面长度约，宽度约，工作台上下移动约，具体尺寸见零件图。机头高度约为，搅拌轴中心距机体约。工作台箱体总长约，高度约，并将伺服系统的电机以及减速机构放在工作台箱体里，使得此焊机有更好的外观。由于带传递动力时有过载保护，所以，电机的输出均先通过带传递，再传递到工作机上。液压系统推动工作台作垂直移动，液压缸放置于机箱箱体内，正前方开个观察窗口，便于检测和维修。机体的后下方放置焊机的电气控制部分。上部分安装搅拌摩擦系统的动力电机，电机放在电机座上，然后再将电机座固定在机体上，调整电机座在机体上的位置就可以调整带轮中心距。机体后面开上下两个观察窗口，分别为上方的搅拌系统电机和下面的电气控制部分进行检测和维修时使用。焊机的操作面板，在工作台箱体正面的左方，操作起来也很方便。左下方和右方为观察窗口，打开观察窗口的面板，便可以对里面的减速机构进行检测和维修。．搅拌摩擦系统设计搅拌头及夹具设计搅拌头是搅拌摩擦焊技术的关键，由特殊形状的搅拌焊针和轴肩组成，轴肩直径大于搅拌焊针直径。搅拌焊针用具有良好耐高温力学和物理特性的抗摩损材料制造，并进行表面处理。对于不同厚度的板所用的搅拌摩擦头不同，方便搅拌头的更换，夹持部分采用螺纹联接，夹持部分为，长度为，焊针直径，焊针做成特殊的螺旋状，加大了焊针与工件的接触面积，同时也有利于被焊金属的搅动，如图所示。轴肩半径为焊针直径的三倍，肩部直径为，轴肩采用如图所示的图案，有利于轴肩与塑化材料紧密地结合在起，这样也提高了轴肩与焊件表面的接触面积，同时通过分析焊缝尾端小孔，可以分析焊头轨迹材料的流动情况。不过这种方法需要数控电动装置。利用两种新技术得出并不是所有被焊头影响的材料被真正的搅拌。许多材料的运动只是简单的扩展。材料从焊头的上层部位被激活，被激活的材料沿着焊头的边沿向下运动，填充空隙。其它的材料只是沿着回撤面向上扩展，沿着焊头周围升到焊缝上部。搅拌摩擦焊力学性能研究进展关于焊接接头力学性能的问题，直是研究热点。包括接头强度塑性抗腐蚀性动态应力下的疲劳强度及协调最优问题。等人研究了接头腐蚀疲劳裂纹生长情况。不同腐蚀介质，接头的抗腐蚀性不同。得出的主要结论有由于高的裂纹闭合水平，的疲劳裂纹生长速率非常低，而应力强度因子比母材的要高出许多在空气中，熔核的疲劳裂纹生长速率比母材的稍微的高些在高和中间区域，熔核及区域的疲劳裂纹生长速率是．溶液的两倍高由于过程使晶界变得敏感，当在．溶液中时，焊缝有晶间裂纹。等人研究了和合金的接头的腐蚀性能，试验结果证明接头与母材具有相同的腐蚀行为。搅拌摩擦焊设备迄今，已研制成功多类搅拌摩擦焊设备，在宇航领域，美国制造技术系统公司开发了台液压驱动搅拌摩擦焊设备，其中台安装在大学。此设备装有可调节自适应搅拌头和多轴搅拌摩擦焊控制系统，能够实现非平面和变截面厚度结构件高强铝合金材料的搅拌摩擦焊开发研究。该设备的搅拌头能自动倾斜，使用可调节搅拌头对焊缝施加的焊接压力，如使用普通形状的搅拌头则可对焊缝施加的顶锻压力。焊接材料厚度可以达到，搅拌头的旋转速度在的条件下可输出•的扭矩。英国的公司也在年为英国空中客车公司生产了台型搅拌摩擦焊设备。这台龙门式搅拌摩擦焊设备整体尺寸为．，配有三轴数控装置，主轴电机功率为，最大向下焊接顶锻压力为，焊接平台由新型伺服电机和滚珠丝杠驱动，焊接速度可达到，主要用来生产大型民用飞机的铝合金机翼和机身，其中包括新型的大型客机。最近，公司又制造了台龙门式搅拌摩擦焊设备，其中台安装在用于研究高电阻镍铜合金的焊接。该设备的焊接范围为，主要用来完成搅拌摩擦焊研究项目和其他秘密研究项目，该设备是迄今世界上最大的搅拌摩擦焊实验设备，如图所示。图搅拌摩擦焊设备在我国，北京航空制造工程研究所在年取得了的搅拌摩擦焊专利技术许可，并合作成立了中国搅拌摩擦焊中心，生产和销售商业化的搅拌摩擦焊设备。中国搅拌摩擦焊中心设计制造了国内第台搅拌摩擦焊设备，该设备主要用来完成直径等于或大于．的火箭简体的搅拌摩擦焊，如图所示。图龙门式搅拌摩擦焊机．搅拌摩擦搅拌,摩擦,磨擦,焊接工,装设,毕业设计,全套,图纸搅拌摩擦焊技术是年代发展起来的自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的项新型固相连接新技术，公认为是最有前途和最适合航空材料以及结构件制造的工艺方法之。由于搅拌摩擦焊焊缝组织均匀接头力学性能优异，生产过程中安全无飞溅无烟尘烟气无辐射，污染小成本低等技术优势，因而在许多工业领域获得了广泛应用。在航天工业中，搅拌摩擦焊工艺在飞行器铝合金结构制造中的推广应用，在国外已显示出强劲的技术创新活力，给传统制造工艺带来了革命性的改造。随着人们对搅拌摩擦焊技术认识的提高，预计在不远的将来，铝合金镁合金锌合金钛合金等轻金属材料的连接将主要由搅拌摩擦焊来完成，尤其在运载火箭高速铝合金列车铝合金高速快艇全铝合金汽车等项目中搅拌摩擦焊技术将会占主导地位。本文设计出的搅拌摩擦焊焊机，总功率约千瓦，适合于普通厚度的铝及其合金的工艺试验试件的焊接，搅拌摩擦头转速约，焊接速度，最大加工焊缝厚度，焊缝长度。文中介绍了搅拌摩擦焊焊接技术的基本原理和特点，概要地介绍了搅拌摩擦焊的技术优势研究现状工业应用和发展前景。针对工艺试验试件搅拌摩擦焊机，主要设计计算和校核了设备各主要部分，均能够满足试验用焊机的要求。该设备结构紧凑，简单，操作方便，与市场价格相比，成本很低。关键词搅拌摩擦焊固相焊接铝合金焊接应用前景焊机设计绪论搅拌摩擦焊是由英国焊接研究所，简称于年提出的种固态连接方法,并于年和年在世界范围内的发达和发展中国家申请了知识产权保护。此技术原理简单，且控制参数少易于实现自动化，可将焊接过程中的人为因素降到最低。搅拌摩擦焊技术与传统的熔焊相比，拥有很多优点，因而使得它具有广泛的工业应用前景和发展潜力。有关搅拌摩擦焊接头的组织力学性能包括断裂疲劳腐蚀性能无损检测以及工艺参数对焊缝质量的影响等的研究是推广应用搅拌摩擦焊的基础，有关这些方面的研究是这个领域的研究热点。搅拌摩擦焊技术是年代发展起来的自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的项神奇的固相连接新技术。截止年月日，世界范围内得到英国焊接研究所搅拌摩擦焊专利技术许可的用户己经有家，与搅拌摩擦焊技术相关的专利技术有项。著名的等公司购买了此项技术，并已大量的在航天航空车辆造船等行业得到成功地应用。．搅拌摩擦焊简介搅拌摩擦焊原理及工艺图搅拌摩擦焊原理图搅拌摩擦焊的焊接原理如图所示。置于垫板上的对接工件通过夹具夹紧，以防止对接接头在焊接过程中松开。个带有特型搅拌指头的搅拌头旋转并缓慢的将搅拌指头插入两块对接板材之间的焊缝处。般来讲，搅拌指头的长度接近焊缝的深度。当旋转的搅拌指头接触工件表面时，与工件表面的快速摩擦产生的摩擦热使接触点材料的温度升高，强度降低。搅拌指头在外力