浙江理工大学本科毕业设计（论文）题 目 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 学 院 机械与自动控制学院 二一三年五月十二日浙 江 理 工 大 学机械与自动控制学院毕业设计诚信说明我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。 声明人（签名）：2013年5月12日摘 要搅拌摩擦焊技术是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500600mm/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AbstractFriction stir welding (FSW) was firstly used in the 1990s, which is swiftest in development and is shortest in time from being invented to being applied, it is also treated as one of the technology that have a bright future and the most suitable for aviation and component manufacture.Friction stir welding (FSW) is a relatively new solid-state joining process. This joining technique is energy efficient, environment friendly, and versatile. In particular, it can be used to join high-strength aerospace aluminum alloys and other metallic alloys that are hard to weld by conventional fusion welding. FSW is considered to be the most significant development in metal joining in a decade. This task is to sign a machine used in laboratory. Its power is about three kilowatt, rotation rate approximately is 6000r/min, and welding speed is from 500 to 600mm/min. It can be apply to welding the aluminum and aluminum alloys. In addition, the welding thickness cant exceed 15mm and length 500mm. In this paper, the basal principle and features of FSW is introduced, and the priority, prospect and application are also expounded. Importantly, main parts of the FSW machine was designed and calculated, the calculation results shows that the FSW machine designed in the paper can accord with the demand of the testing in laboratory. The advantage of this machine is that it is more efficient than the normal FSW machine because it has a twin-stir.Compared with other machine,it is also very cheap and easy-to-use.Key words：Twin-stir Friction welding；Solid phase welding；Aluminum alloys welding；Application prospect；Welding machine design浙江理工大学本科毕业设计（论文） 目 录摘 要Abstract第1章 绪论11.1搅拌摩擦焊简介11.2国内外研究现状及发展趋势21.2.1搅拌摩擦焊技术发展历史及研究成果21.2.2 国内搅拌轴摩擦焊技术发展发展应用31.2.3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51.3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72.1 焊机的总体设计以及规划72.2 各部件设计82.2.1 搅拌头及夹具设计82.2.2 搅拌系统功率计算92.2.3搅拌系统传动齿轮设计112.2.4搅拌轴的设计152.2.5搅拌系统V带设计202.2.6X-Y工作台设计262.2.7传动丝杠设计272.2.8减速齿轮的设计302.2.9液压缸选择33第3章 AUTOCAD与PRO/E软件简介343.1软件简介343.2三维模型35第4章 总结与展望37参考文献38致 谢39第1章 绪论1.1搅拌摩擦焊简介 1991年搅拌摩擦焊(Friction stir WeldingFSW)由英国焊接研究所(The Welding lnstirate-TWl)发明，这项杰出的焊接技术一步一步地为世界制造技术的进步做出了巨大的贡献。 自1991年搅拌摩擦焊(Friction stir WeldingFSW)被发明到现在，该项技术已经在国内外的众多领域出现它的身影。如今，搅拌摩擦焊焊已经在诸多制造领域（船舶、轨道列车、航天、航空、汽车、兵器、电子电力等）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MARINE公司成功地应用在铝台金快速舰船的甲板、侧板等结构件的流水线制造。在轨道车辆制造领域，日本HITACHI公司首先于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DELTA II型和Iv型火箭已经全部实现了搅拌摩擦焊制造t并于1999年首次成功发射升空。2000年世界汽车工业，如美国TOWER汽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FSW技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7。至2004年9月，全世界约有130家各个行业的公司和大学、研究机构获得了英国焊接研究所授权的搅拌摩擦焊非独占性专利许可。英国、美国、法国、德国、瑞典、日本和中国等先后获得了该专利的使用权。至今为止我国先后已经有二十多家单位。获得了该项专利的使用权8。双搅拌轴摩擦焊缝技术作为搅拌摩擦焊技术的一种，它的最大特点就是可以提高生产效率。同时，它也可以使得焊缝区域更大，焊接质量更高。目前存在的双搅拌轴一般采用两个转动相反的搅拌头同时进行焊接。 在不久的将来，搅拌摩擦焊技术将会一直以任何一种焊接方法无法比拟的速度发展，在更多的领域发挥着它的作用。1.2国内外研究现状及发展趋势1.2.1搅拌摩擦焊技术发展历史及研究成果 搅拌摩擦焊在其发明初期主要解决厚度1.2毫米的铝合金板材焊接问题；1996年，用FSW技术解决了612毫米的铝、镁、铜合金的连接1997年实现了12-25毫米厚铝合金板的搅拌摩擦焊并且在宇航结构件上得到应用。1999年搅拌摩擦焊可以焊接50毫米厚的铜合金及75毫米厚度的铝合金零件和产品。2004年，英国焊接研究所已经能够单道单面实现100毫米厚铝合金板材的搅拌摩擦焊。迄今，在材料的厚度上，单道焊可以实现厚度为0.8100mm铝合金材料的焊接：双道焊可以焊接180mm厚的对接板材。最近，又开发了可以连接0.4mm铝板的微型搅拌摩擦焊技术9。 搅拌摩擦作为一种优选焊接技术，已经在从技术研究向高层次的工程化和工业化应用阶段发展。就拿国外的例子来说：在美国的宇航制造工业、北欧的船舶制造工业、日本的高速列车制造等制造领域10。总之搅拌摩擦焊已经广泛地涉及到了在船舶制造工业、航空航天工业、轨道交通及陆路交通工业、汽车工业以及兵器、建筑、电力、能源、家电等工业。 搅拌摩擦在今年来取得的成就主要可以从以下几方面来体现：（1）搅拌摩擦焊在船舶制造工业上的应用 目前搅拌摩擦焊在船用铝合金的焊接方面研究应用较多，几乎可以焊接所有系列的铝合金材料，另外，搅拌摩擦焊也可以实现铝合金与铜合金、铝合金与镁合金等不同材料的焊接。搅拌摩擦焊与普通摩擦焊相比，因不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金时要求对表面进行去除氧化膜处理，并要求在48 h内进行焊接，而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可，并对装配要求不高。因此，搅拌摩擦焊是船用铝合金结构首选的连接技术。（2）搅拌摩擦焊在航天航空工业上的应用以英国焊接研究所、波音、空客以及美国月蚀公司为代表的搅拌摩擦焊技术开发和应用的先锋已经取得了丰硕的成果。近期的研究结果表明搅拌摩擦焊可以在飞机机翼结构、翼盒结构、机身结构、舱门结构、裙翼结构、机舱气密隔板以及货物装卸结构等方面得到应用11。（3）搅拌摩擦焊在高速列车铝合金焊接的应用在搅拌摩擦焊出现后，搅拌摩擦焊由于是一种无需外加焊接材料的焊接方法，因此没有熔化焊接时选择焊接材料的困难，也节省了焊材费用。更重要的是没有熔化焊接凝固时的一次结晶过程