　　　搅拌摩擦焊技术是90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一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一。搅拌摩擦焊（FSW）是一个相对较新的固态焊接过程。这种连接技术具有节能，高效，环保，用途广泛的特点。特别是，它可以用于高强度航天铝合金和其他金属的合金，这些合金是很难通过常规焊接熔焊。 FSW被认为是金属连接在十年的发展中最有标志性的成果。[6]

　　　本文设计出的双搅拌轴摩擦焊焊机，总功率约3千瓦，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6000r/min，焊接速度为500—600mm/min，最大加工焊缝厚度15mm，焊缝长度500mm。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。

　　　本机器由于采用双搅拌头，因此相对于一般的搅拌摩擦焊焊机效率更高。相对于一般的搅拌摩擦焊焊机，该机器也非常的经济和容易操作。

关键词：双搅拌轴摩擦焊；固相焊接；铝合金焊接；焊机设计

摘要

Abstract

第1章绪论1

1.1搅拌摩擦焊简介1

1.2国内外研究现状及发展趋势2

1.2.1搅拌摩擦焊技术发展历史及研究成果2

1.2.2 国内搅拌轴摩擦焊技术发展发展应用3

1.2.3搅拌摩擦焊中双搅拌轴摩擦焊技术目前的应用情况和前景5

1.3本次设计的内容和意义6

第2章双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计7

2.1 焊机的总体设计以及规划7

2.2 各部件设计8

2.2.1 搅拌头及夹具设计8

2.2.2 搅拌系统功率计算9

2.2.3搅拌系统传动齿轮设计11

2.2.4搅拌轴的设计15

2.2.5搅拌系统V带设计20

2.2.6X-Y工作台设计26

2.2.7传动丝杠设计27

2.2.8减速齿轮的设计30

2.2.9液压缸选择33

第3章 AutoCAD与Pro/E软件简介34

3.1软件简介34

3.2三维模型35

第4章总结与展望37

参考文献38

致谢39

在提及双搅拌轴摩擦焊缝技术的工作原理前，我们先讲讲搅拌摩擦焊的工作原理：搅拌摩擦焊过程中，一个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋转着缓慢插入被焊接工件，搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热，使搅拌头邻近区域的材料热塑化(焊接温度一般不会达到和超过被焊接材料的熔点)，当搅拌头旋转着向前移动时，热塑化的金属材料从搅拌头的前沿向后沿转移，并且在搅拌头轴肩与工件表层摩擦产热和锻压共同作用下，形成致密固相连接[6]。

相对于搅拌摩擦焊的工作原理，双搅拌摩擦焊缝为采用两个转动相反的搅拌头同时进行焊接，由于两个搅拌头转动方向相反，产生的工作扭矩因相互抵消而减弱，焊接过程中采用较小的侧向装夹力就能实现可靠的连接。在双搅拌头复杂的机械力和摩擦热的作用下，塑性金属的流动、焊接温度场、应力应变场都将受到影响，这会对焊件性能产生很大的影响。

虽然两者看起来是十分的相似，无非是多了一个搅拌轴，但是双搅拌轴摩擦焊相对于搅拌摩擦焊有以下优点：（a）可以得到比搅拌摩擦焊更宽的焊缝区域；（b）焊接质量更高；（c）两个搅拌头同时焊接可以产生更多的热量，该方法可以运用于钢及其他高温合金搅拌摩擦焊中；（d）可以确保在较小的扭矩下实现材料的可靠连接，（e）生产效率更高。

目前双搅拌轴摩擦焊有以下几种：平行并列式双头(Parallel Twin-stir)搅拌摩擦焊、前后交错排列式双头(Staggered Twin-stir)搅拌摩擦焊、前后一字排列式双头(Tandem Twin-stir)搅拌摩擦焊。

（2）双搅拌轴摩擦焊技术取得得成就

　　　 TWI采用双搅拌轴进行了双头搅拌摩擦焊焊接，试验中得出了在6mm厚6082-T6铝合金一字排列式双头搅拌摩擦焊搭接接头中，无论前进侧还是后退侧的焊缝区域残留氧化物均有所减少，前后交错排列式双头搅拌摩擦焊3mm厚5083-H111铝合金搭接接头的金相分析表明，焊接区域尺寸可达板厚度的4.3倍。

　　　在一系列的试验后，事实证明了双搅拌轴摩擦焊的优点远远大于其不足之处。多头系统可以确保在较小的扭矩下实现材料的可靠连接。采用前后交错排列式双头搅拌摩擦焊工艺，用于材料加工和搭接焊具有独特优势，而且可以在更大的对接间隙下实现对接接头的可靠连接[7]。

　　　由此，在接下来的几年内，双搅拌轴摩擦焊技术将会得到越来越广泛的应用于各个领域。　　　通过对相关资料、文献的查找，获得相关资料，了解双搅拌摩擦焊焊接原理及相关工艺，了解其的应用范围，了解双搅拌摩擦焊在焊接中的优势，了解双搅拌轴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。参照已有的双搅拌轴摩擦焊技术设计相关资料，设计一台能焊接焊缝厚度为15mm，焊缝长度为500mm的双搅拌轴摩擦焊实验用焊机。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。

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双搅拌轴搅拌摩擦焊焊机设计.jpg

内容简介：: 浙江理工大学本科毕业设计（论文）任务书陈伟杰同学（机械设计制造及其自动化专业/班级：09（4））现下达毕业设计（论文）课题任务书，望能保质保量地认真按时完成。课题名称双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计主要任务与目标搅拌摩擦焊技术是90年代发展起来的、自发明到工业应用时间跨度最短的一项固相连接新技术。著名的B o e i n g、NASA、 BAE、 HONDA、 GE、HITACHI、MARTIN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。本项目拟与其他同学合作开发设计一台双搅拌轴搅拌摩擦焊机，适合于普通厚度的平板铝及其合金的工艺试验试件的焊接, 重点要解决的问题：1）双搅拌轴搅拌摩擦焊机整体设计；2）双搅拌轴搅拌摩擦焊机搅拌系统设计；目标：提出的设计方案可行，结构设计合理，完成的三维、二维图纸满足生产要求。主要内容与基本要求主要设计内容有：1）确定整机的设计方案； 2）搅拌系统方案设计；3）焊机装置结构设计，完成三维、二维图纸；基本要求：按照课题内容，完成总体方案设计，完成三维、二维装配图和零件图，总计不少于2张零号图纸；通过运动仿真完善设计。完成毕业设计要求的各种文档，包括文献综述、开题报告、外文翻译及毕业设计论文等。严格按照进度安排，保质保量完成所承担的任务；遵守实验室规定。主要参考资料及文献阅读任务查阅与课题有关的文献（论文、书籍或手册等）不少于10篇（部），写出符合要求的文献综述报告。主要参考文献如下：1 沈璐.陈影.葛继平.沈长斌异种金属材料搅拌摩擦焊的研究现状及展望期刊论文-电焊机 2010(6)2 栾国红.柴鹏.孙成斌钛合金的搅拌摩擦焊探索期刊论文-焊接学报 2005(11)3 李光.李从卿.董春林.栾国红动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术期刊论文-航空制造技术 2007(z1)4 李兵.谢里阳.王磊.何雪浤搅拌摩擦焊工艺与机理的研究期刊论文-现代制造技术与装备 2008(1)5 任淑荣.马宗义.陈礼清搅拌摩擦焊接及其加工研究现状与展望期刊论文-材料导报 2007(1)6 黄华.董仕节.刘静先进的搅拌摩擦焊技术期刊论文-有色金属 2006(1)7 王训宏.王快社搅拌摩擦焊的发展现状及存在的问题期刊论文-焊接技术 2006(6)8 R.S. Mishra, Z.Y. Ma. Friction stir welding and processing J. Materials Science and Engineering R 2005 (50): 178.9 L.B. Johannes, R.S. Mishra. Multiple Passes of Friction Stir Processing for The Creation of Superplastic 7075 Aluminum J. Materials Science and Engineering: A 2007 (464):255-260.10 Lienert, T.J., Stellwag, W.L. Jr., Grimmett, B.B. and Warke, R.W., Friction welding studies on mild steel, Supplement to the Welding Journal, 2003, Vol. 82 No. 1, pp. 1s-9s.外文翻译任务阅读2篇以上（10000字符左右）的外文材料，完成2000汉字以上的英译汉翻译。英文文献参考如下：1 K. Leskovics, M. Kollar, P. Barczy . A study of structure and mechanical properties of welded joints in polyethylene pipesJ. Materials Science and Engineering ，2006，A 419 ：138143.2 Wolters M，Venema B. Butt welding of polyethylene pipesJ. Welding in the world，1985，23(9/10)：202-207.计划进度：起止时间内容2012.12.012012.12.07毕业设计前期资料准备、毕业设计任务书、外文翻译任务布置。2012.12.082012.12.31教师指导学生查阅资料(包括外文资料)，撰写文献综述、开题报告及完成外文资料翻译等工作。完成文献综述、开题报告及完成外文资料翻译放假前交指导教师。2013.01.12013.01.07完成文献综述、开题报告及完成外文资料翻译等等工作。指导教师审核学生上交的文献综述、开题报告及外文资料翻译等，为小组交流、开题报告答辩做准备。2013.01.082013.01.13完成开题报告答辩工作；进行总体方案设计。2013.01.132013.04.05完成搅拌系统，传动机构设计，零件图绘制。2013.04.062013.04.15毕业设计中期检查指导情况，学生完成情况，以及表格与记录的填写情况。2013.04.162013.05.10三维装配图，运动仿真，二维零件图，装配图，论文撰写。学生完成课题设计，提交毕业设计（论文）。2013

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