闭环反馈控制的微连接搅拌摩擦焊机的研制
发布时间：2021-09-17 07:28
由于电子电器技术的飞速发展,零部件的出厂尺寸已经可以用微型来形容,对微连接技术的需求也越来越大。除常规板厚的焊接,对应用于薄板及超薄板（t<1mm）的搅拌摩擦微连接技术的研究工作就目前来看非常有限,仍有极大的发掘空间。由于施焊板材的厚度较薄,焊缝成形及接头质量对工艺参数的变化极为敏感,故对搅拌摩擦焊设备的定位精度、加工精度、机床稳定性及数控响应速度等要求极高。本文对超薄板微连接搅拌摩擦焊机进行了设计研究,整体选择设计了焊接设备的机械结构及运动系统总体方案和数控系统的控制策略及硬件电路,并针对焊接过程中影响焊缝成形及接头质量的物理量设计研制出了实时监测模块,实现了对焊接过程的实时监测和闭环反馈控制。基于微连接搅拌摩擦焊机的总体要求,通过对规划完成的搅拌摩擦焊设备各部分的选型、安装、调试,研制出典型的微连接搅拌摩擦焊设备,包括旋转主轴和X、Y、Z轴的机械运动部分以及各轴驱动电路和数控系统的设备控制部分。该设备机架结构不易变形,具有良好的动、静刚度,焊机的各向进给单元在以较低速度运行时仍能保持平稳,焊机结构的整体稳定性较高。为微连接搅拌摩擦焊机选择配备了一套功能性强的控制策略和数控系统...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦微连接技术在薄壁外壳和筒体上的应用Fig.1.1Applicationofmicrofrictionstirweldingonthin-wallmetalshellsandbarrels
工程硕士学位论文于薄板自身厚度较小，对搅拌摩擦微连接过程中搅拌工具的转速和极为敏感，许多学者针对工艺参数问题展开了研究。Huang Y 等人擦微连接工艺实现了厚度为 0.5 mm的 6061铝合金薄板的对接。研究 0.05 mm，过大或过小的下压量都容易导致焊接缺陷的产生，且增速能够改善表面外观并消除焊缝弱结合缺陷，在转速高于 1500 r/m薄率低于 2％，获得最大抗拉强度 217 MPa 为母材强度的 90%，断AZ 最小硬度值处，呈现典型的韧性断裂。Ahmed S 等人[32]对厚度 6XXX 系铝合金进行了搅拌摩擦微连接对接和搭接对比试验，试验样如图 1.5 所示，研究认为对于厚度小于 0.5 mm 的板材宜选择进拌厚度会改善 μFSW 后接头的性能。
图 1.6 瑞典 ESAB 公司生产的搅拌摩擦焊设备Fig.1.6 Friction stir welding equipment produced by Sweden ESAB在全球大力发展生产自动化的工业形势下，Mendes N 等人[38]提出了一种焊接聚合物材料的新型机器人搅拌摩擦焊平台的完整概念和设计。研究表明过由力/运动控制系统辅助的机器人搅拌摩擦焊设备，设置调节适当的工艺参对塑料进行焊接，能够得到质量良好的焊接接头。为了保证搅拌摩擦焊接设备的正常运转与焊接过程的稳定性，在设备问题有较多细节问题值得探讨。Zaeh M F 和 Gebhard P[39]提出在搅拌摩擦焊过程中机床受力情况方面除了考虑在给定焊接操作期间发生的静态力分量和最大载拌工具确实还会产生振动并将振动引入机床结构，不应忽视。通过研究加工动态特性及其对机床结构的影响，并进行综合表征，然后将这些结果用于加模型的开发以及机器模型的设计并模拟对这些负载的响应。将这两个模型添一个模拟环境中，并相互作用，预测加工参数和机床的在一定组合下的加工性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]搅拌摩擦焊接中搅拌头自优化机理[J]. 张昭,谭治军,白小溪. 电焊机. 2018(05)
[2]铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望[J]. 相倩,吕念春,薛鹏,马宗义. 机械工程学报. 2017(20)
[3]搅拌头材质对搅拌摩擦焊焊缝组织及性能的影响[J]. 钟厉,罗明宝,韩西. 热加工工艺. 2017(05)
[4]基于LabVIEW的高精度多通道温度测量系统[J]. 孙毅刚,何进. 仪表技术与传感器. 2017(01)
[5]搅拌摩擦焊焊接温度检测系统的研制[J]. 王寒,王庆霞,杨建国,张华德. 机械设计与制造. 2016(12)
[6]搅拌摩擦焊接头“洋葱环”层状结构形成机制探索[J]. 付宁宁,孟宪伟,曹兴华,赵华夏. 焊接. 2016(02)
[7]搅拌头形状对回填式搅拌摩擦点焊过程中材料流动行为的影响[J]. 岳玉梅,李政玮,姬书得,柴鹏,马轶男,王月. 中国有色金属学报. 2015(09)
[8]氧化物弥散强化材料的搅拌摩擦焊分析[J]. 张静,常永勤,贺建超,万发荣. 焊接学报. 2015(07)
[9]基于LabVIEW的传感器测试实验平台设计与实现[J]. 兰明. 江西科技师范大学学报. 2014(06)
[10]搅拌摩擦焊焊接5083铝合金板材焊核区的晶体取向[J]. 袁鸽成,梁春朗,刘洪,袁潜. 焊接学报. 2014(08)
硕士论文
[1]静—动轴肩协同作用下铝合金薄板FSW工艺[D]. 王国强.沈阳航空航天大学 2018
[2]6061铝合金薄板无针搅拌摩擦焊工艺研究与微观组织分析[D]. 彭章杰.重庆交通大学 2017
[3]搅拌摩擦焊三向力和温度在线测试技术研究[D]. 王吉胜.南京航空航天大学 2012
[4]拉伸疲劳试验机及测量热耗散的疲劳试验系统的研究与开发[D]. 翁国冲.浙江大学 2011
[5]数控雕刻机控制系统研究及实现[D]. 罗奇亮.西安工业大学 2010
本文编号：3398246
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦微连接技术在薄壁外壳和筒体上的应用Fig.1.1Applicationofmicrofrictionstirweldingonthin-wallmetalshellsandbarrels
工程硕士学位论文于薄板自身厚度较小，对搅拌摩擦微连接过程中搅拌工具的转速和极为敏感，许多学者针对工艺参数问题展开了研究。Huang Y 等人擦微连接工艺实现了厚度为 0.5 mm的 6061铝合金薄板的对接。研究 0.05 mm，过大或过小的下压量都容易导致焊接缺陷的产生，且增速能够改善表面外观并消除焊缝弱结合缺陷，在转速高于 1500 r/m薄率低于 2％，获得最大抗拉强度 217 MPa 为母材强度的 90%，断AZ 最小硬度值处，呈现典型的韧性断裂。Ahmed S 等人[32]对厚度 6XXX 系铝合金进行了搅拌摩擦微连接对接和搭接对比试验，试验样如图 1.5 所示，研究认为对于厚度小于 0.5 mm 的板材宜选择进拌厚度会改善 μFSW 后接头的性能。
图 1.6 瑞典 ESAB 公司生产的搅拌摩擦焊设备Fig.1.6 Friction stir welding equipment produced by Sweden ESAB在全球大力发展生产自动化的工业形势下，Mendes N 等人[38]提出了一种焊接聚合物材料的新型机器人搅拌摩擦焊平台的完整概念和设计。研究表明过由力/运动控制系统辅助的机器人搅拌摩擦焊设备，设置调节适当的工艺参对塑料进行焊接，能够得到质量良好的焊接接头。为了保证搅拌摩擦焊接设备的正常运转与焊接过程的稳定性，在设备问题有较多细节问题值得探讨。Zaeh M F 和 Gebhard P[39]提出在搅拌摩擦焊过程中机床受力情况方面除了考虑在给定焊接操作期间发生的静态力分量和最大载拌工具确实还会产生振动并将振动引入机床结构，不应忽视。通过研究加工动态特性及其对机床结构的影响，并进行综合表征，然后将这些结果用于加模型的开发以及机器模型的设计并模拟对这些负载的响应。将这两个模型添一个模拟环境中，并相互作用，预测加工参数和机床的在一定组合下的加工性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]搅拌摩擦焊接中搅拌头自优化机理[J]. 张昭,谭治军,白小溪. 电焊机. 2018(05)
[2]铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望[J]. 相倩,吕念春,薛鹏,马宗义. 机械工程学报. 2017(20)
[3]搅拌头材质对搅拌摩擦焊焊缝组织及性能的影响[J]. 钟厉,罗明宝,韩西. 热加工工艺. 2017(05)
[4]基于LabVIEW的高精度多通道温度测量系统[J]. 孙毅刚,何进. 仪表技术与传感器. 2017(01)
[5]搅拌摩擦焊焊接温度检测系统的研制[J]. 王寒,王庆霞,杨建国,张华德. 机械设计与制造. 2016(12)
[6]搅拌摩擦焊接头“洋葱环”层状结构形成机制探索[J]. 付宁宁,孟宪伟,曹兴华,赵华夏. 焊接. 2016(02)
[7]搅拌头形状对回填式搅拌摩擦点焊过程中材料流动行为的影响[J]. 岳玉梅,李政玮,姬书得,柴鹏,马轶男,王月. 中国有色金属学报. 2015(09)
[8]氧化物弥散强化材料的搅拌摩擦焊分析[J]. 张静,常永勤,贺建超,万发荣. 焊接学报. 2015(07)
[9]基于LabVIEW的传感器测试实验平台设计与实现[J]. 兰明. 江西科技师范大学学报. 2014(06)
[10]搅拌摩擦焊焊接5083铝合金板材焊核区的晶体取向[J]. 袁鸽成,梁春朗,刘洪,袁潜. 焊接学报. 2014(08)
硕士论文
[1]静—动轴肩协同作用下铝合金薄板FSW工艺[D]. 王国强.沈阳航空航天大学 2018
[2]6061铝合金薄板无针搅拌摩擦焊工艺研究与微观组织分析[D]. 彭章杰.重庆交通大学 2017
[3]搅拌摩擦焊三向力和温度在线测试技术研究[D]. 王吉胜.南京航空航天大学 2012
[4]拉伸疲劳试验机及测量热耗散的疲劳试验系统的研究与开发[D]. 翁国冲.浙江大学 2011
[5]数控雕刻机控制系统研究及实现[D]. 罗奇亮.西安工业大学 2010
本文编号：3398246
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