轻型搅拌摩擦焊机的结构设计与分析研究
发布时间：2020-06-05 14:09
【摘要】：搅拌摩擦焊作为一种先进的固相连接技术,为有色金属板材的焊接提供了一种优于熔焊的连接工艺,在轻量化结构的焊接中具有明显优势。搅拌摩擦焊设备是类似于数控铣床的机械,但在价格上远远高于数控铣床。本研究在分析了薄板铝合金搅拌摩擦焊过程中产生的机械载荷,基于批量生产的数控铣床结构,探索降低制造成本的轻型搅拌摩擦焊设备的方法,本研究有助于推进搅拌摩擦焊技术在更宽领域的应用。利用立式铣床设计和进行3mm厚6061-T6铝合金板的搅拌摩擦焊的工艺和机械载荷试验,通过改变搅拌头转速、焊接速度、轴肩下压量与主轴倾角,研究不同参数对焊缝表面成形情况、焊缝力学性能的影响,确定合适的焊接参数窗口。在该窗口下,测得搅拌头在焊接过程中承受的轴向力和径向力,通过理论计算得到搅拌头所受扭矩,搅拌针承受的轴向力和摩擦扭矩,进而确定轻型搅拌摩擦焊机的主轴所承受轴向力和径向力及最大扭矩等基本参数,为轻型搅拌摩擦焊机的结构设计提供基础。总结和分析目前搅拌摩擦焊机的结构形式,及搅拌摩擦焊机各运动轴的要求,根据试验得到的基本参数,确定适用于3mm厚以下的铝合金板轻型搅拌摩擦焊机的总体方案。采用结构和尺寸相近的数控铣床的床身、立柱和工作台,和自主设计主轴组件,主轴箱、连接架等部件相结合,有效降低主机的制造成本和周期。依据主轴所承受轴向力和径向力及最大扭矩等基本参数完成自主设计部件的三维设计,并完成整机装配。该机通过调整主轴箱位置的可手动调节的旋转轴A轴,主轴可调节±5 °的倾角;通过添加数控旋转台,还可焊接平面圆形或曲线焊缝。基于焊接过程,分析轻型搅拌摩擦焊机的受力情况,确定受力的主要零部件及受力部位,运用ANSYS软件对主要受力零部件进行有限元分析,由应力和位移图等分析结果判断其可靠性;同时,对主轴进行了模态分析,确定了主轴各阶的频率和振型,进一步验证主轴设计的正确性。由焊接过程可知主轴部位的运动为主要运动,其运动决定焊接的结果,故运用Adams对主轴部件进行运动仿真,由运动分析的结果判断主轴部件的可行性和机械系统的性能。
【图文】：
本次试验在Ｘ５２Ｋ立式铣床上完成，试验中所用到的夹具为压板，被焊件上表面用逡逑条形压板固定、下表面垫有１０ｍｍ厚刚性垫板。该设备和夹具形式简单、操作方便、便逡逑于装夹。如图２－１所示。逡逑ｍｍｍ逡逑ｗ邋＾邋．．逡逑图２－１搅拌摩擦焊实验图逡逑２．２搅拌头的设计逡逑搅拌头为搅拌摩擦焊的核心，它直接决定了焊缝的成形与组织演变，从而决定了焊逡逑缝性能的好坏。本章的焊接对象为３ｍｍ厚６０６１铝合金板，针对该材料，设计专用的搅逡逑－８－逡逑
本试验为了方便搅拌头与Ｘ５２Ｋ立式铣床的安装，，设计了搅拌头的同时，还设计了逡逑中间套，d拱柰飞喜亢椭屑涮紫嘤ξ恢梅直鹂谐叽缦嗤脑残瓮ǹ住Ｊ笛槭保迷仓义舷吐菽赴沧敖涟柰罚缤迹玻病Ｖ屑涮缀驮仓牧暇矗蹈帧ｅ义希慑危插危冲义襄危五五五危В缅濉澹肥义希哄危慑澹藻义希慑义希保屑涮祝玻涟柰罚常仓义贤迹玻步涟柰纷芭浼蛲煎义希玻玻辰涟柰返某叽珏义辖涟柰犯鞑糠殖叽缡种匾蔷龆撕附咏油返某尚魏椭柿浚煌保涟柰返腻义铣叽缁褂跋炱涫褂檬倜凸ひ瘴榷ㄐ浴９屎侠砣范ń涟柰返某叽纾潜Ｖな匝槌晒τ敕皴义希梗义
本文编号：2698169
【图文】：
本次试验在Ｘ５２Ｋ立式铣床上完成，试验中所用到的夹具为压板，被焊件上表面用逡逑条形压板固定、下表面垫有１０ｍｍ厚刚性垫板。该设备和夹具形式简单、操作方便、便逡逑于装夹。如图２－１所示。逡逑ｍｍｍ逡逑ｗ邋＾邋．．逡逑图２－１搅拌摩擦焊实验图逡逑２．２搅拌头的设计逡逑搅拌头为搅拌摩擦焊的核心，它直接决定了焊缝的成形与组织演变，从而决定了焊逡逑缝性能的好坏。本章的焊接对象为３ｍｍ厚６０６１铝合金板，针对该材料，设计专用的搅逡逑－８－逡逑
本试验为了方便搅拌头与Ｘ５２Ｋ立式铣床的安装，，设计了搅拌头的同时，还设计了逡逑中间套，d拱柰飞喜亢椭屑涮紫嘤ξ恢梅直鹂谐叽缦嗤脑残瓮ǹ住Ｊ笛槭保迷仓义舷吐菽赴沧敖涟柰罚缤迹玻病Ｖ屑涮缀驮仓牧暇矗蹈帧ｅ义希慑危插危冲义襄危五五五危В缅濉澹肥义希哄危慑澹藻义希慑义希保屑涮祝玻涟柰罚常仓义贤迹玻步涟柰纷芭浼蛲煎义希玻玻辰涟柰返某叽珏义辖涟柰犯鞑糠殖叽缡种匾蔷龆撕附咏油返某尚魏椭柿浚煌保涟柰返腻义铣叽缁褂跋炱涫褂檬倜凸ひ瘴榷ㄐ浴９屎侠砣范ń涟柰返某叽纾潜Ｖな匝槌晒τ敕皴义希梗义
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