金城学院毕业设计开题报告-管坯喷射成形沉积运动系统设计

南京航空航天大学金城学院南京航空航天大学金城学院 毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告 题题目目管坯喷射成形沉积运动系统设计管坯喷射成形沉积运动系统设计 系系部部机电工程系机电工程系 专专业业机械工程及自动化机械工程及自动化 学生姓名学生姓名纪世著纪世著学号学号21100111272110011127 指导教师指导教师马万太马万太职称职称教授教授 毕设地点毕设地点15-42015-420 2014 年3 月 19 日 1.结合毕业设计结合毕业设计（论文论文）课题任务情况课题任务情况，根据所查阅的文献资料根据所查阅的文献资料，撰写撰写 15002000 字左右的文献字左右的文献 综述：综述： 喷射成形工艺也称雾化喷射沉积成形工艺，该工艺是由金属熔体雾化以及雾化液滴沉 积在基板上形成不同形状工件的两个基本过程组成。 喷射成形装置主要由熔化室、 雾 化室和沉积器构成。 熔化室的作用是熔炼金属，对于活泼金属可以在真空或保护气氛下 进行熔炼。熔化室中的熔融金属， 经过导液管而进入雾化室内。雾化室的上端是喷嘴， 高压惰性气体如氮气或氩气送入喷嘴，经过环状排列的小孔或环缝向外高速喷射， 使从 导流管流出的金属熔液细流雾化成细小液滴， 并形成雾化锥。雾化室的下部是沉积器， 从喷嘴飞出的细小液滴经过动量传递过程，被高速气流加速而飞向沉积器。在飞行过程 中， 细小液滴通过能量传递失去热量而降温，根据失去热能的多少液滴抵达沉积器时， 可以仍保持液态，也可以已经完全凝固为固态，还可以处于半固态。沉积器可有不同形 状，并以不同方式运动而制成不同形状的坯件，例如沉积器为圆柱体，横放在雾化圆锥 下，边旋转边向一个方向移动，就能制得管坯。 沉积器为圆盘时，盘面对着雾化圆锥， 边旋转边向下移动，就能制得锭或实心圆柱体坯件。已有报导如用计算机控制基板的多 维运动， 可以制得复杂形状的工件，甚至是不对称形状的工件。 1 喷射成形技术的发展及应用 为了降低传统铸造-轧制工艺的能耗，Singer 等人发明了将熔融金属喷射沉积到旋转 辊上并直接轧制成带材的一体化工艺，即喷射轧制工艺，此后其学生 Brooks 等人发展 了该技术， 成立了 Osprey 公司，并于 1974 年将喷射沉积技术应用于锻造毛坯的生产， 发明了著名的 Osprey 工艺，设计制造了多种 Osprey 成套设备，取得了多项专利，使 喷射成形技术获得了迅速发展。 尔后，喷射成形技术受到钢铁、汽车、航空、航天等领 域的广泛关注，成为研究热点，并得到进一步的发展，如英国 Aurora 钢铁公司开发出 离心雾化喷射沉积技术 （CSD） ， 可制备直径达 3m， 壁厚为 60mm 的工具钢垫圈， 美国 MIT 的 Grant 教授采用超声气体雾化技术将熔融金属雾化成极细金属液滴，然后沉积在水冷 基底上，因其冷速较高，可获得大尺寸快速凝固材料。 进入 20 世纪 80 年代后期，喷 射成形技术已从单纯科学研究走向商业化生产阶段，在世界上已有 30 多家机构从事喷 射成形商业化生产和开发研究工作， 重要的研究机构有英国的 Osprey 公司、Swansea 大学、Sheffield 大学、瑞典 Sandvik 公司、日本 Sumitomo 重工业公司、德国 Mannesmann-Demag 公司、美国 MIT 及 Drexel 大学、美国海军以及 GE 公司等。 我国 20 世纪 90 年代初期开始了喷射成形的研究工作， 目前主要集中在中国科学院 金属研究所、北京有色金属研究总院、北京航空材料研究院、北京科技大学、哈尔滨工 业大学、中南大学等单位。虽然目前还没有达到工业化生产的水平， 但经过十多年的努 力， 我国对喷射成形技术的研究无论在理论方面，还是在设备制造方面都取得了长足进 步，与发达国家的差距逐渐缩小。 2、喷射成形在金属材料加工中的应用 金属喷射成形是一种新型的快速凝固技术，它有一些优点，如（1）坯料成分均匀， 组织细化。 加工中可消除坯件中合金成分的宏观偏析，抑制了显微偏析及偏析相的产生。 晶粒为均匀细小的等轴晶，其晶粒大小一般在 10100nm之间。 （2）固溶度大，氧 化程度小。 （3）材料致密度较高。 （4）喷射沉积效率高。 （5）生产流程短，成本低等。 此处着重介绍其在铝合金中的应用。铝合金作为金属材料中最典型的轻质结构材料， 具有密度低、易加工、成本低等优点，在航空航天、交通运输及兵器工业等行业中占据 重要地位。如果利用传统铸造工艺制备铝合金存在很多问题。而应用喷射成形工艺可方 便地生产铝合金，且其生产出来地制件具有综合性能高和成本低等优点。目前，运用喷 射成形工艺已可生产各种不同成分的铝合金，包括超高强铝合金、高比强度和高比模量 铝合金、高硅铝合金、低膨胀和耐磨铝合金、耐热铝合金、颗粒增强铝基复合材料等。 如喷射成形出来的 AIZn-MgCu 系合金，它属于超强铝合金，它具有强度高、密度小、 加工性能良好等优点，目前已在飞机机身、机翼梁、机舱壁板、火箭高强度结构件、高 速列车挂钩等领域获得广泛应用。如果运用铸造工艺生产 A1 一 Zn-Mg-Cu 系合金时材料 的晶粒粗大。有明显的宏观偏析，合金有很高的应力腐蚀敏感性并且无法普及应用。而 喷射成形技术的发展和逐步成熟使得生产制备各种实用化的 AlZnMg-Cu 系超高强铝 合金材料及产品变为现实。运用喷射成形技术制备高 zn 含量铝合金时。由于合金中的晶 粒被显著细化各种宏观和微观偏析受到抑制。因此可有效控制沉积坯件凝固过程中内 部产生热裂的倾向，同时凝固速度加快使沉积坯件中各种合金元素的过饱和度增大，后 续热处理过程中各种沉淀相的析出更加充分， 从而有利于使材料获得更好的力学性能(如 强度、 塑性等)。 运用喷射成形技术制备的铝合金材料晶粒细小、 组织均匀、 无宏观偏析、 致密度高、氧化程度小、接近成品零件几何形状，且喷射成形工艺具有流程短、成本低、 沉积效率高等优点。目前，在工业发达国家喷射成形铝合金已成功地应用于汽车、竞技 体育、航空航天等领域。国内的科研院所和有关企业也正致力于该技术及产品的开发， 不久也将步入产业化。 2.毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法： 要解决的问题： （1）收集器运动机构的结构设计，实现上下运动和旋转运动； （2）收集器运动机构的强度校核分析； （3）完成电机和减速机选型（运动速度可调、可控） ； （4）用 PEO-E、SOLID WORKS 或其他三维设计软件完成三维图设计； 拟采用的方法： 1）查阅相关文献，搜集有关的资料。初步了解管坯喷射成形沉积技术的发展及应用。 2）通过图片的观察，对系统的结构、工作原理、特点有进一步的了解。 4）根据说明书参数设计并制定出系统结构部件的尺寸，通过计算选取标准化零件。