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双面搅拌摩擦点焊设备及点焊工艺实验研究

作　者: 孙世烜
导　师: 董仕节
学　校: 湖北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 双面搅拌摩擦点焊搅拌摩擦点焊剪切力工艺参数
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 95次
引　用: 2次
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内容摘要

随着铝镁合金在汽车制造业中应用的不断增加,传统的电阻点焊(Resistance Spot Welding,RSW)已不能满足这些低熔点合金的连接,由搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)演变而来的搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding,FSSW)弥补了电阻点焊的不足,成为轻金属连接的新工艺。本文在参考现有的搅拌摩擦点焊设备的基础上,根据双面搅拌摩擦点焊的原理,对双面搅拌摩擦点焊试验机结构做了整体设计,并对旋转主轴系统、Z轴进给系统、电机、导轨、丝杠进行了详细的计算,设计与选择。在Solidworks三维软件中造型及装配,并且制造出了一台满足实验要求的双面搅拌摩擦点焊实验样机。以2mm厚5052铝合金的双面搅拌摩擦点焊作为研究对象,设计了四因素四水平的正交实验法、单因数实验法,着重研究搅拌头旋转速度、焊接进给量、焊接进给速度及焊接停留时间对点焊接头断面形貌和力学性能的影响。获得以下主要结论:(1)分析四因素四水平的实验结果可知:搅拌头旋转速度是影响焊点剪切力的四个因素中最主要的因素,其次为进给量、焊接停留时间,最后是焊接进给速度。(2)最佳工艺参数为:搅拌头旋转速度为2400rpm、焊接进给量为1.6mm、焊接进给速度为0.4mm、焊接停留时间为7s时,接头的抗剪力达到最大。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 课题来源与背景  9
  1.2 固态连接技术的发展现状  9-12
    1.2.1 搅拌摩擦焊  9-10
    1.2.2 搅拌摩擦焊的工艺特点  10-11
    1.2.3 搅拌摩擦点焊  11-12
  1.3 搅拌摩擦点焊方法  12-15
    1.3.1 日本搅拌摩擦点焊技术的研究  12
    1.3.2 德国搅拌摩擦点焊技术的研究  12-13
    1.3.3 我国搅拌摩擦点焊技术的发展  13-15
  1.4 搅拌摩擦点焊研究现状  15-19
    1.4.1 点焊工艺参数的研究  15
    1.4.2 点焊接头微观组织的研究  15-18
    1.4.3 点焊接头力学性能的研究  18-19
  1.5 本文的主要研究任务  19-20
第2章双面搅拌摩擦点焊设备的设计  20-48
  2.1 双面搅拌摩擦点焊原理介绍  20-21
  2.2 双面搅拌摩擦点焊试验机的整体方案设计  21-23
    2.2.1 双面搅拌摩擦点焊试验机的组成部份  21
    2.2.2 双面搅拌摩擦点焊试验机的组成部份  21-22
    2.2.3 相关参数及要求  22
    2.2.4 焊接工作流程  22-23
  2.3 双面搅拌摩擦点焊搅拌头的设计  23-25
    2.3.1 搅拌头材料的选择  23
    2.3.2 搅拌头形状及尺寸的设计  23-25
  2.4 点焊夹具结构设计  25-27
    2.4.1 焊接工装的作用  25
    2.4.2 夹紧装置的组成  25-26
    2.4.3 夹紧装置的基本要求  26
    2.4.4 夹紧力方向的选择  26
    2.4.5 夹紧力作用点的选择  26-27
    2.4.6 双面搅拌摩擦点焊夹具设计方案  27
  2.5 旋转主轴系统机构的设计  27-37
    2.5.1 变频电机的选择  27-29
    2.5.2 传动方式的选择  29-30
    2.5.3 同步带传动设计  30-33
    2.5.4 搅拌头夹持装置的选择  33-34
    2.5.5 旋转主轴的设计  34-37
  2.6 主轴进给传动系统（Z 轴）的设计  37-46
    2.6.1 伺服电机的选择  37-38
    2.6.2 导轨的选型与计算  38-40
    2.6.3 滚珠丝杠螺母副的选型与计算  40-46
    2.6.4 联轴器的选择  46
    2.6.5 主轴进给系统的装配  46
  2.7 机架的设计  46-47
  2.8 双面搅拌摩擦点焊机的装配  47-48
第3章实验材料与内容  48-53
  3.1 实验材料  48
  3.2 实验设备  48-50
  3.3 实验内容  50-53
    3.3.1 正交实验  50-51
    3.3.2 单因素实验  51
    3.3.3 拉伸实验  51
    3.3.4 接头形貌分析  51-53
第4章双面搅拌摩擦点焊实验结果与分析  53-65
  4.1 最佳焊接工艺参数的选择  53-54
  4.2 单因素对双面搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响  54-64
    4.2.1 搅拌头旋转速度对接头力学性能的影响  54-57
    4.2.2 焊接停留时间对接头力学性能的影响  57-59
    4.2.3 进给量对接头力学性能的影响  59-62
    4.2.4 焊接进给速度对接头力学性能的影响  62-64
  4.3 本章小结  64-65
第5章总结、创新与展望  65-67
  5.1 总结  65
  5.2 展望  65-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71

双面搅拌摩擦点焊设备及点焊工艺实验研究

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