C型搅拌摩擦焊机机械结构设计【2张图/13800字】【优秀机械毕业设计论文】

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关键词：: 搅拌摩擦磨擦机械结构设计优秀优良毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。60页，13800字。
任务书一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。

图纸共2张，如下所示
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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）

C型搅拌摩擦焊机机械结构设计
学生姓名：袁振东班级：0781053
指导老师：张晓荣
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

Mechanical mechanism design of C-type friction stir welding machine
Student name: yuan zhendong Class: 0781053
Supervisor:zhang xiaorong
Abstract: The patent teachnology 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 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 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 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 analysis.
Keywords： new development a new type of solid-state link technology Mechanical mechanism design

Signature of Supervisor:

毕业设计（论文）任务书

I、毕业设计(论文)题目：C型搅拌摩擦焊机机械结构设计
II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：

1．原始资料：
①．工件尺寸：最大宽度500mm，最大长度800mm，厚度5-12mm；
②．焊接速度100mm/min--500mm/min；

③. 搅拌头旋转速度1000rpm--3000rpm；
2．设计技术要求：
①　根据主要技术参数设计C型搅拌摩擦焊机的机械结构。
②　要求英文资料翻译忠实原文。
③　要求完成的设计能满足实际要求，图面及文字说明表达简洁、清晰、易读懂，
图纸设计规范，符合制图标准。能用于指导实际的生产、装配。
④　要求毕业论文叙述条理清楚，设计计算正确，论文格式规范。
III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：
1．收集有关资料，写出开题报告； 1周—2周
2．外文翻译(6000字符以上) ； 3周
3．分析与研究：了解现有类似设备，制订设备总体方案。 4周—5周
4．传动系统结构设计。 6周—9周
5．主要零部件的设计与尺寸计算。 10周—14周
6．撰写毕业论文一份 15周—16周
7．毕业设计审查、毕业答辩 17周
Ⅳ 、主要参考资料：
［1］. 戴曙主编　《金属切削机床设计》　机械工业出版社
［2］. 江耕华主编《机械传动设计手册》　煤碳工业出版社
［3］. 郑堤等主编《机电一体化设计基础》机械工业出版社
［4］. 数字化手册系列（软件版）编写委员会《机械设计手册（软件版）》R2.0
［5］. 洪主编　　《机械制造工艺金属切削机床设计指导手册东北工学院出版社
［6］. 范云涨、陈兆年主编《金属切削机床设计简明手册》　机械工业出版社
［7］.《机床设计手册》编写组主编机械工业出版社
［8］. 巩云鹏等主编《机械设计课程设计》　东北大学出版社

C型搅拌摩擦焊机机械结构设计

内容简介：: C 型搅拌摩擦焊的现状与发展 1 前言 1991 年 ,英国焊接研究所（明了搅拌摩擦焊（这项杰出的焊接技术发明正在为世界制造技术的进步做出贡献。在国外 ,搅拌摩擦焊已经在诸多制造领域达到规模化、工业化的应用水平。如在船舶制造领域，在 1996 年搅拌摩擦焊就在挪威司成功地应用在铝合金快速舰船的甲板、侧板等结构件的流水线制造。在轨道车辆制造领域，日本司首先于 1997 年将搅拌摩擦焊技术应用于列车车体的快速低成本制造，成功实现了大壁板铝合金型材的工业化制造。在世界宇航制造领域，搅拌摩擦焊已经成功代替熔焊实现了大型空间运载工具如运载火箭和航天飞机等的大型高强铝合金燃料贮箱的制造，波音公司的 I 型和火箭已经全部实现了搅拌摩擦焊制造，并于 1999 年首次成功发射升空。 2000 年世界汽车工业，如美国车公司等就利用搅拌摩擦焊实现了汽车悬挂支架、轻合金车轮、防撞缓冲器、发动机安装支架以及铝合金车身的焊接。 2002 年 8 月，美国月蚀航空公司利用术研制出了全搅拌摩擦焊轻型商用飞机，并且首次试飞成功。 2 搅拌摩擦焊的技术特点搅拌摩擦焊作为一项新型焊接方法，用很短的时间就完成了从发明到工业化应用的历程。目前 ,在国际上还没有针对搅拌摩擦焊公布的统一技术术语标准，在搅拌摩擦焊专利许可协会的影响下，业界已经对搅拌摩擦焊方法中所涉及到的通用技术术语进行了定义和认可。下图示出了搅拌摩擦焊所用到的主要描述性术语。搅拌摩擦焊是一种在机械力和摩擦热作用下的固相连接方法。如图 1 所示，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，形成致密固相连接接头。搅拌摩擦焊具有适合于自动化和机器人操作的诸多优点，对于有色金属材料（如铝、铜、镁、锌等）的连接 ,在焊接方法、接头力学性能和生产效率上具有其他焊接方法无可比拟的优越性，它是一种高效、节能、环保型的新型连接技术。但是搅拌摩擦焊也有其局限性，例如：焊缝末尾通常有匙孔存在（目前已可以实现无孔焊接）；焊接时的机械力较大，需要焊接设备具有很好的刚性；与弧焊相比 ,缺少焊接操作的柔性；不能实现添丝焊接。搅拌摩擦焊对材料的适应性很强，几乎可以焊接所有类型的铝合金材料，由于搅拌摩擦焊接过程较低的焊接温度和较小的热输入，一般搅拌摩擦焊接头具有变形小、接头性能优异等特点 ;可以焊接目前熔焊“不能焊接”和所谓“难焊”的金属材料如：列 ) 、列 )和 8090、 2090 和2195 铝合金 )等铝合金。另外，搅拌摩擦焊对于镁合金、锌合金、铜合金、铅合金以及铝基复合材料等材料的板状对接或搭接的连接也是优先选择的焊接方法；目前，搅拌摩擦焊还成功地实现了不锈钢、钛合金甚至高温合金的优质连接。搅拌摩擦焊可以较容易实现异种材料的连接，例如铝合金和不锈钢的搅拌摩擦焊接，利用搅拌摩擦焊可以较方便的实现铝钢板材之间的连接和铜铝复合焊接接头。 3 搅拌摩擦焊在国外的发展搅拌摩擦焊作为一种轻合金材料连接的优选焊接技术，已经从技术研究，迈向高层次的工程化和工业化应用阶段 ,形成了一个新的产业 : 搅拌摩擦焊设备的制造、搅拌摩擦焊产品的加工、北欧的船舶制造工业、日本的高速列车制造等制造领域，搅拌摩擦焊得到了广泛的应用 ,均已形成新兴产业。 4 激光辅助搅拌摩擦焊激光辅助搅拌摩擦焊（一种新改进的搅拌摩擦焊，搅拌摩擦焊是近 10 年开发的工艺。在搅拌摩擦焊里，焊接热能是来自工具和工件之间摩擦热量。由于这种工艺需要相对大的力，因此，在搅拌摩擦焊中使用的设备笨重且昂贵。激光辅助搅拌摩擦焊用激光能源加热工件，而搅拌头的主要作用是搅拌和连接工件 2 部分。由于这种原因，激光辅助搅拌摩擦焊是一种相对简单和廉价的方法。为了克服搅拌摩擦焊中存在的不足，如（ 1）装夹焊接工件的夹具较大，需要很大的力向前移动焊接工具，焊接工具磨损率相对高；（ 2）用感应线圈方法加热不能保证正确的位置、焊接搅拌头和夹具装置都受到加热感应线圈的影响及用感应线圈作媒介加热及仅适用于导体材料，并不能用于其他非金属和非导体材料。人们开发了的激光辅助搅拌摩擦焊。这种方法由通用铣床和光器改造成的。激光能源在旋转搅拌头前面有限范围内预热工件。这样，旋转的搅拌头前面的工件体积、塑性增加（插图 1）。然后，采用与普通艺一样的方法连接工件。旋转工具前面的高温软化了工件，并且可以不用强大夹具装夹就能够保证连接。向前移动焊接工具只需很小的力，所以减少了磨损。对于激光能源这种工艺的优点还有焊接能力较高，焊接中不会引起过多的磨损。商业用的激光器，具有很精确地激光直径控制装置，因此，控制工件的受热区域和激光源到达工件的数量，并且保持系统的其他部位的受热是比较容易的。目前激光辅助搅拌摩擦焊的焊接工艺已经被证明。激光能预热工件的使用标志着在焊接工具和工件中需要提供较大的力的降低，用这种改进的方法简化了使用，因此使用经济的焊接方法已成为可能。另外，较高的焊接速度在改进中获得了较好的效益。 5 搅拌摩擦焊铸铝的高效连接技术针对金广泛应用，中国搅拌摩擦焊中心对该材料的搅拌摩擦焊工艺适应性进行了开发，试验数据表明，该材料的搅拌摩擦焊工艺适应性良好，接头抗拉强度达到了母材的 91%，接头力学综合性能优于电子束等熔焊方法。金（旧牌号为是在金基础上增加素的含量发展起来的高强度铸造铝合金。它既具有优良的铸造工艺性能，又具有较金更高的力学性能。由于其优越特性，在航空航天制造业中，广泛用于制造重要部位的大型薄壁结构件。金应用前景广阔，产生了对材料高效连接技术的迫切需求。因采用熔焊方法，热输入量较大，焊接变形大，难以满足薄壁件精度要求；并且焊缝易出现气孔、夹渣、未焊透、烧穿、裂纹等缺陷，缺陷率高；而且焊前焊后处理工序较繁琐。搅拌摩擦焊是一种新兴的金属固相连接技术，金属在焊接过程中不熔化，热输入量小；焊缝的连接是在金属受挤压的状态下完成的，焊接接头不会产生熔化焊焊接接头的气孔和裂纹等一类缺陷，焊缝缺陷少；搅拌摩擦焊类似于机械加工过程，容易实现自动化控制，而且没有熔化焊中的电压，电流，强光，金属粉尘等现象，工作环境环保清洁。最重要的是，搅拌摩擦焊接头的力学性能优于熔焊接头。试验数据表明焊接接头的抗拉强度达到了母材的 91，试样延伸率达到了接头组织晶粒细化、均匀而致密，消除了母材的铸造缺陷。材与焊接接头微观组织对比，可观察到焊核区微观组织是无方向性的、细小的等轴晶粒，母材区为粗大的树枝状铸造组织。搅拌摩擦焊是一种区别于熔化焊和机械连接的新型焊接技术，基于其技术优势，在航空制造业中的应用具有巨大的潜在性，为各种轻质合金高效连接，提供了解决途径和方法。 6 搅拌摩擦焊接在运载火箭上的应用运载火箭贮箱常用的材料是比强度高、比刚度高的铝合金，如 2014， 2219和 7075 铝合金。现在，运载火箭贮箱又采用性能更好的 2195 铝锂合金。在航天产品中，特别是在制造运载火箭贮箱中，焊接工艺是一项关键的制造技术。熔焊技术如气体钨极电弧焊（和气体金属电弧焊（ 20 世纪 50 年代起，在雷神、宇宙神、大力神、土星和德尔它系列运载火箭贮箱的制造中使用了几十年，从焊接设备、焊接材料、焊接工艺等方面作了大量的研究工作，满足了焊接质量的需要。同时，为了提高焊接质量和降低成本， 20 世纪 80 年代美国又采用了变极性等离子弧焊（机，并配备了先进的计算机控制系统，代替了焊接了 2219合金制的航天飞机外贮箱，使焊接工艺在贮箱的制造中向前迈进了一大步。迄今为止，虽然焊接质量有所提高，焊接时间有所缩短，但仍不能彻底解决焊缝及近缝区的裂纹和减少焊接气孔等缺陷问题。 1991 年英国剑桥大学焊接研究所（明了搅拌摩擦焊接(这种焊接技术焊接的铝合金变形小、冶金和力学性能高、成本低和焊接时间短。挪威在世界上最早用接技术焊接过 6 6 6068合金船面板和 20 m 长的铝合金制的快艇，焊接总长达 10 000 m。瑞士也研制出机。为了加速接技术在工业上的应用， 1995 年国际合作公司赞助了一项计划，由究所牵头继续研究用接 2000 系（）、5000 系（）、 6000 系（）等铝合金，并均获得满意的焊接质量。究所、美国爱迪生焊接研究所（部门，除了研究用接铝合金外，还研究用它焊接黑色金属及其它金属。美国的航空航天工业部门对F 展了更多的应用性研究，如洛马公司、波音公司投入了大量的研制经费，仅花在接工艺和设备研制上的费用就达 1500 万美元，成功地焊接了德尔它的运载火箭贮箱。由于在比被焊合金材料熔点温度低的条件下完成的固态连接，所以金属材料没有熔化，焊接收缩变形小和力学性能损失低，与传统的焊技术焊接铝合金相比，有着突出的优点： a）不需要氩、氦保护气体和填充材料，焊接时不需要控制焊接电流和电弧电压参数，节省了大量材料的消耗。 b）焊前不需要对被焊接材料和焊丝仔细清理、酸洗、打磨和烘干等，不必对被焊接材料机械加工开剖口，节省了许多操作时间。 c）焊工不要求有高的操作技术。 d）焊接能量效率高，单层焊接 6000 系铝合金可达 12.7 度，因此适合于自动化生产。 e）不存在铝合金焊接主要缺陷，即裂纹敏感性问题，因此，容易焊接难以焊接的铝合金材料，如 7075 铝合金。 f）由于以保持合金的冶金性能，所以可焊接金属基复合材料和快速凝固材料。 g）采用最佳的焊接参数，可以获得无气孔的焊缝。 h）可以焊接异种金属，如铸造和挤压、铸造和锻造材料等。 i）用以焊接许多通常不能够焊接的长而大的横截面零件。 J）焊接大尺寸挤压件变形很小。 k）焊接前工件装配要求低，待焊接表面根部不必紧配合，根部装配间隙允许公差低， 1.6 薄板根部装配间隙为 0.2 12.7 板为一项适合于焊接铝合金的新技术。因为它是固态焊接，与熔焊铝合金技术相比，具有 3 个主要优点： a）固态连接消除了与熔焊有关的裂纹，即液化或固化裂纹。在最佳焊接条件下完全消除气孔。 b）不存在焊缝金属蒸发产生的合金元素损失，焊缝合金元素得到保存，因此焊接质量得到保证。 c）由于焊接工具对材料产生的碾压、搅拌和锻造作用，可得到比基体金属更为细小的再结晶组织，焊缝金属强度超过了焊接热影响区材料的强度。用于运载火箭贮箱的材料 2014强度铝合金（中国牌号为比较难焊接的金属材料，其焊接热裂纹倾向性高，焊接接头强度系数为右，塑性不高，延伸率仅 2% 3 %，补焊性能差。接后的接头弯曲试样证明：接头塑性明显提高，弯曲角达 180，拉伸试样均断在焊缝金属外的热影响区。2014态拉伸试样破坏均断在基体金属。与熔焊接头相比，接接头的抗拉强度高 30% 50%，焊接接头的强度系数达裂韧性提高，疲劳性能与铆接的相同。 2519强度铝合金有优异的冲击性能，用于海军先进的水陆两用攻击型战车，但用普通熔焊时，焊接接头塑性低，不能通过必须的冲击验收试验，经接后的焊接接头比熔焊接头塑性提高，强度相同，成功地通过了弹道冲击试验。 2195锂合金采用接，焊接接头力学性能比接接头力学性能高得多。展很快，已有 10 年。自从 1995 年以来，欧洲、美国和日本等一些国家对展了应用性研究，特别是美国航空航天工业部门高度重视该技术，并用它成功地焊接了以往难以焊接的 7075 铝合金低温燃料贮箱，其力学性能很好。 5454 铝合金焊接后有很好的抗腐蚀性。当前各国都在研究不同铝合金，不同接头形状的焊接，着手建立材料焊接力学性能数据库，建立飞机和航天工业用铝合金焊接标准，并将用扩大到汽车、造船、铁路、建筑、压力容器等部门。同时研究熔点高的钛合金材料，包括金属基材料在内的泡沫铝合金材料的焊接。接主要依靠设备完成，研究的重点是夹持器和特型指棒。研究证明：工具的形状决定了焊缝金属塑性加热、热塑性材料的流动和锻造形式；夹持器的尺寸决定了焊缝的尺寸、焊接速度；工具材料决定了摩擦加热速度、夹持器的强度、工件温度；所以，夹持器决定了焊缝的最终质量。在各国的专利中，为了焊接出最好的力

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