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1、南 昌 航 空 大 学 科 技 学 院 毕 业 设 计 论 文C型搅拌摩擦焊机机械结构设计目 录1 前言（1）1.1搅拌摩擦焊概述（2）1.2 搅拌摩擦焊的特点介绍（4） 2 C型搅拌摩擦焊接机械结构设计（7）2.1 X-Y平台设计（7） 2.2 升降台的设计（22） 2.3 主轴箱的设计（29） 2.4 键和轴承、圆柱销的设计（39）2.5 整体外形尺寸设计（47）3 结论（48）附录（52）参考文献 （60）致谢（61）摘要：搅拌摩擦焊是摩擦焊的新发展，是英国焊接研究所提出的专利技术。它可以对多种融化焊接性差的有色金属等擦了进行可靠的链接，而且连接工艺简单、并有较好的工艺适应性。 搅拌摩擦
2、焊技术是一种新型的固态连接技术，主要用于的熔点金属和合金的焊接，它能较好的保持焊缝区的微细晶粒组织，可以用语超塑性成形领域。随着焊接技术的发展，可以用语FSW焊接的材料将会更加广泛，此外，搅拌摩擦焊无需复杂的处理工作，且焊缝缺陷相对较少，生产环境好，是一种经济、高效、高质量的“绿色焊接工艺”，可以遇见FSW技术将在我国航空航天、船舶、汽车等各个领域得到长足的发展和良好的应用。本文简单介绍了搅拌摩擦焊的焊接原理、工艺特点、工艺设备及应用领域，并对其机械机构设计和性能进行了进一步的分析。关键词： 新发展 新型的固态连接技术 机械结构设计Abstract: The patent teachnolog
3、y of the friction stir welding is advanced by the welding research institute of England. The friction welding is a new development of friction welding method. It can reliable join for varied weldability poor nonferrous metal etc material . The join technology is simple and technology adaptability is
4、 quite good in the friction stir welding .Friction stir welding technology is a new type of solid-state link technology, mainly used for melting metal and alloy welding, it can better maintain the weld zone of fine grains, the field of superplastic forming can be expressions. With the development of
5、 welding technology, welding FSW language materials can be more extensive, in addition, friction stir welding without the need of complex processing and a relatively small weld defects, the production environment, is an economic, efficient, high-quality Green welding process, FSW technology will be
6、met in our aerospace, marine, automotive and other fields have made great progress and good application.This article introduces the principles of friction stir welding welding, process characteristics, process equipment and applications, and its mechanical structure design and performance of further
7、 analysis.Keywords： new development a new type of solid-state link technology Mechanical mechanism design前言一项新兴额金属加工技术自方法发明、原理验证、技术改进到工业化推广应用一般要经历几十年甚至更长的时间。焊接技术也是一样，如钎焊、电弧焊、激光焊、电子束焊等都精力了类似的过程。但是搅拌焊不同，1991年英国焊接研究所（The welding Institute-TWI）发明了搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)，伺候搅拌摩擦焊以任何一种焊接方法无可比拟的发
8、展速度，迅速走出实验室，在国际工业制造领域（船舶、轨道列车、航空、航天、汽车、兵器电子电力等）得到大规模工程化应用。作为一项创新的固相连接方法，搅拌摩擦焊正在大步取代传统铝合金焊接方法，在铝合金结构制造及铝型材加工领域，迎来革命性的跨时代发展。1. 搅拌摩擦焊简介1.1搅拌摩擦焊概述FSW 是一种固体连接工艺。在该工艺中，带仿形细杆的割肩刀具插入材料两工件间的结合线中，在抗磨细杆和两工件之间产生摩擦热，将其相互对接在一起，并将抗磨细杆固定在托杆上。热量导致材料软化，没有达到熔点，使抗磨细杆能沿着接头移动。象这样，工具向前动动，材料被在旋转细杆前面的摩擦热增塑，并传递到背面，在这里，压实并冷却，
9、形成固态焊缝。（图11）（图12）（图13）焊接质量使用搅拌摩擦焊接，可得到与熔焊相似的、极好的焊接质量。固相焊缝的压实、颤动和锻压作用，形成的焊缝有比基体材料更细密的显微组织。这些焊缝抗拉强度可达到基体材料的90%，且疲劳性能与基体材料相似，而具有代表性的熔焊接头疲劳性能只能达到基体材料的60%。搅拌摩擦焊接也可用于全位置（横、立、仰焊和轨迹焊）。因为是固态焊接工艺，对人没有危险性的影响。搅拌摩擦焊机可买到下列组合的设备：多轴式、移动式龙门架、手提式和机器人。适合于搅拌摩擦焊接接头的几何形状有：a 平板对接b 对接和搭接组合c 单层搭接d 多层搭接e 三件T形对接f 两件T形对接g 边缘对接
10、h 可以接受的拐角焊缝（图14ah）（图15搅拌摩擦焊的工作情况）（图16由搅拌摩擦焊焊接的管类零件）1.2搅拌摩擦焊的特点介绍1991年搅拌摩擦焊技术由英国焊接研究所(The Welding Institute, TWI)发明，作为一种固相连接手段，它克服了以往熔焊的诸如气孔、裂纹、变形等缺点，更使得以往通过传统熔焊手段无法实现焊接的材料可以采用FSW实现焊接，被誉为“继激光焊后又一革命性的焊接技术”。FSW主要由搅拌头的摩擦热和机械挤压的联合作用下形成接头，其主要原理和特点如下：焊接时，欲搭接或者对接的工件相对放置在垫板上，为了防止在施焊时工件被搅拌头推开，应加以约束。施焊工具主要是搅拌头
11、。焊接时旋转的搅拌头缓缓进入焊缝，在与工件表面接触时通过摩擦生热使得该处金属软化，在顶压力的作用下，指棒进入到工件内部，在高速旋转下使得搅拌头周围的一层金属塑性化。同时，在肩轴端面的包拢下搅拌头沿焊接方向移动形成焊缝。焊缝的深度由指棒的插入深度决定。在焊接过程中主要的产热体是指棒和轴肩。在焊接薄板时，轴肩和工件的摩擦是主要的热量来源。作为一种固相连接手段，搅拌摩擦焊除了可以焊接用普通熔焊方法难以焊接的材料外（例如可以实现用熔焊难以保证质量的裂纹敏感性强的7000、2000系列铝合金的高质量连接），FSW还具有以下优点： 温度低，所以变形小（即使是长焊缝也是如此）； 接头机械性能好(包括疲劳、拉
12、伸、弯曲)，不产生类似熔焊接头的铸造组织缺陷，并且其组 织由于塑性流动而细化。 与其它焊接方法相比，焊接变形小，调整、返修频率低，某航空发动机FSW的缺陷发生率低，传统熔焊时每焊接8.4m，产生一个缺陷，而FSW时在焊接长度为76.2m时，才仅出现一个缺陷。由此可以使成本降低60%。 焊前及焊后处理简单，焊接过程中的摩擦和搅拌可以有效去除焊件表面氧化膜及附着杂质。而且焊接过程中不需要保护气体、焊条及焊料。 能够进行全位置的焊接； 适应性好，效率高； 操作简单； 焊接过程中无烟尘、辐射、飞溅、噪音及弧光等有害物质产生，是一种环保型工艺方法。 尤其值得指出的是，搅拌摩擦焊所具有适合于自动化和机器人
13、操作的优点，诸如：不需要填丝、保护气（对于铝合金）、可以允许有薄的氧化膜、对于批量生产，不需要进行打磨、刮擦之类的表面处理非损耗的工具头、一个典型的工具头就可以用来焊接6000系列的铝合金达1000米等.2.C型搅拌摩擦焊机机械结构设计机械系统设计分为四个部分：（1）X-Y平台设计；（2）升降台设计；（3）主轴箱设计；（4）外形尺寸设计。2.1（一）X-Y平台设计：2.1.1X-Y平台外形尺寸及重量估算Y向拖板（上拖板）尺寸：长宽高：90060055重量：按重量体积材料比重估算；X向拖板（下拖板）尺寸：177170055重量：；导轨及滑块重量查表得：38.64kg380N；夹具及工件重量：约1
14、60N；步进电动机：15.8N;底座：142790055重量5.51N；X-Y平台总重量：约1.372N。搅拌头向下的压力及行走抗力的计算：（略）压力p690N，行走抗力=224N。2.1.2.平台导轨选用直线导轨型号BRHxxB & BRHxxBL图21经计算，选用BRH30B型直线导轨。57- -2.1.3滚珠丝杠的设计计算滚珠丝杠的负荷包括摩擦力及焊接行走抗力。（1）最大动负荷Q的计算查表得系数2，1，寿命值L=查表得使用寿命时间T1500h，初选丝杠螺距t=5mm，的丝杠转速所以LY向丝杠牵引力：X向丝杠牵引力：所以最大动负荷Y向X向查表，取滚珠丝杠公称直径，选用滚珠丝杠螺母副的型号为LL205-2.5-E左（两只），其额定动载荷为8630N，足够用。（2）滚珠丝杠副的几何参数计算见下表：表23名称符号计算公式和结果（mm）螺纹滚道公称直径20螺距t5接触角钢球直径d3.175螺纹滚道法面半径RR=0.52 d=1.615偏心距e
