线性摩擦焊机液压工装夹具设计开题报告

南昌航空大学毕业设计开题报告毕业设计（论文）开题报告题目 线性摩擦焊机液压工装夹具设计专 业 名 称 焊接技术与工程班 级 学 号 078104201学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2011 年 3 月 19 日南昌航空大学毕业设计开题报告线性摩擦焊机液压工装夹具设计一、选题的依据及意义：线性摩擦焊(LFW)是一种利用被焊工件接触面在压力作用下相对往复运动摩擦产生热量，从而实现焊接的固态连接方法 1。原理图如图1所示。线性摩擦焊接是一种优质、高效、节能与环保的固相焊接方法，与传统的焊接方法相比，线性摩擦焊除了具有摩擦焊接技术高靠性、低成本、焊缝锻造组织缺陷少等优点外，对于非圆形构件(如方形、多边形截面试样)，线性摩擦焊接技术能克服焊接形状对惯性摩擦焊、连续驱动摩擦焊的限制 2-3。它拥有传统熔焊方法无法比拟的优点，与其它摩擦焊如旋转摩擦焊相比较其应用范围更加广泛。在线性摩擦焊接过程中, 摩擦副中一侧的振动工件被往复机构驱动着，相对于另一侧被夹紧的移动工件表面做相对往复运动。在垂直于振动方向摩擦压力的作用下, 摩擦表面被清理并产生摩擦热, 焊接区内的属温度升高, 并逐渐达到粘塑性状态。然后控制两个工件迅速对中, 停止往复运动并施加顶锻力, 完成焊接过程。线性摩擦焊接技术作为全球制造业, 尤其是航空发动机制造业中一项关键的制造技术和修复技术 4。焊接工装夹具在焊接结构生产的装配与焊接过程中起配合及辅助作用 5。零件加工过程中的精确定位和装夹的重复精度也是改进效率和质量的关键。如柔性加工中心的产生就是为了减少产品循环周期。为了实现高产高效，工件的定位、支撑、夹紧和夹具的快速松开夹紧，以及操作方便、安全都是非常重要的环节。采用液压作为焊机工装夹具动力源，因液体具有不可压缩性，故夹紧刚性大，并且液压传动动作平稳，由于重量轻、惯性小（一般是油液）又有吸振能力，便于实现快速启动、制动和频繁的换向。因液压传动的压力、流量及方向可控制，再加上电子技术的配合，便于实现自动化，控制方便，还可在运动过图 1 线性摩擦焊工作原理图南昌航空大学毕业设计开题报告程中进行调速，容易实现直线运动。现液压传动的元件已实现标准化、系列化，对制造和设计使用都很方便。但液压系统结构复杂，流量脉动大，油液粘度随温度变化而变化等问题，使得液压工装夹具的设计并不完善，还有待提高。液压定位和夹紧是一项非常可靠而且有效的技术 6 。研究表明，线性摩擦焊接过程中, 夹具系统的刚性对于焊接过程有很大的影响 7 。从而工件的装夹及定位就成为生产出高质量的产品的必要条件，因此线性摩擦焊机的液压工装夹具设计就显的尤为重要。二、国内外研究概况及发展趋势根据 Vairis 的研究报道，将线性摩擦焊接过程分为四个阶段 8-9。线性摩擦焊焊接过程示意图如图 2 所示。当今线性摩擦焊的应用主要集中在航空发动机的制造与维修领域， 罗罗、MTU、普惠和 GEAE 等公司均在进行线性摩擦焊在整体叶盘制造和维修中的应用研究。上世纪 80 年代中期，在航空发动机结构设计中出现了一种“整体叶盘”结构，它把发动机转子的叶片和轮盘做成一个整体，省去了传统的榫头、榫槽，简化了发动机结构，提高了可靠性和推重比 10。大型整体叶盘的加工方法归纳起来主要有五坐标数控铣、电化学加工和线性摩擦焊等方法，在这些加工方法中，线性摩擦焊最省时省力，而且还可以实现不同材料的叶片与叶盘焊接 11。罗 罗和 MTU 公司合作最先开始研究把线性摩擦焊用于航空发动图 2 线性摩擦焊焊接过程示意图南昌航空大学毕业设计开题报告机钛合金整体叶盘的制造， 并在 2000 年开始把线性摩擦焊用在了 EJ200 的 1-3 级风扇叶盘的加工上。普惠公司也采用了线性摩擦焊焊接 F119、F120 的风扇叶盘 12。线性摩擦焊的自身优点可以使叶片与叶盘间的过渡区的晶粒组织变得很细，其静、动态力学性能都超过非焊接的机体材料。世界上第一台线性摩擦焊焊机的研制是在Allood、Searle和Timney公司负责研究，Blacks设备公司负责机器制造，英国焊接学会和Rolls-Royce公司提供技术合作和指导人员，由英国贸易工业部提供基金并于1990年研制成功。该设备往复运动机构频率可达75MHz，位移幅度为3mm。据TWI的有关资料介绍，线性摩擦焊的潜在用途包括齿轮、链环、行李箱盖和地板块等塑料部件，双金属叶片以及金属与塑料的复合连接 13。主要运用于航空发动机的制造和维修（见图3 LinFricTM 型线性摩擦焊机）。随着线性摩擦焊技术的发展，线性摩擦焊逐渐作为航空发动机整体叶盘制造的核心技术，引起了我国航空领域的高度重视。目前，西北工业大学已在教育部“985”经费的支持下，成功研制了型号为 XMH160 线性摩擦焊机（如图 4 所示）。近年来,为了使焊机工艺得到更广泛的应用,同时也为了降低线性摩擦焊的成本,由欧洲集团进行了合作,率先研发出了液压式线性摩擦焊机。而国内对液压式线性摩擦焊机刚开始进行研制 14。625 所成功研制出应用在线性摩擦焊机中的“线性摩擦焊电液伺服控制系统” 。不仅满足航空飞机发动机整体叶盘和其他零部件的制造需求,还填补了我国在液压伺服线性摩擦焊机这一领图3 LinFric TM 型线性摩擦焊机图 4 XMH-160 线性摩擦焊机南昌航空大学毕业设计开题报告域的空白。2010 年 3 月 4 日，中国上海穆格与汤普森摩擦焊有限公司联合研发出世界最大的线性摩擦焊机。如图 5 所示，该机的有效焊接表面积达 10,000平方毫米，几乎是原有焊接能力的两倍，而且以 100 公吨打破了锻焊载荷的记录。名为E100 的新型焊机将线性摩擦焊（LFW ）技术扩展应用到汽车与航空航天行业中，用于生产汽车地板等零部件，以及喷气发动机上的桨叶焊接固定 15。E100 焊机及控制系统堪称一项重大的工业突破，因为摩擦焊技术之前未用于如此宽大的工作范围。其自动化处理系统与快速的开关机特性与传统手动操作相比大大缩短了生产周期时间，与此同时，进行一次蓄能器充氮仅需 30s 左右即可完成最大最长焊接任务。现在， E100 开启了固态金属部件焊制加工的新纪元，在原有的机加工过程中，高达 80%的原材料被浪费。通过缩短生产周期时间，大幅降低贵重原材料如钛金属的浪费，它将彻底改变喷气发动机的制造方式。汤普森的 E100 是在其位于英国的工厂制造的。穆格因为在液压、伺服系统的设计、控制工程以及制造方面的专长而成为汤普森密切的开发合作伙伴。线性摩擦焊机中的液压系统是提供焊机个动作机构和施力系统的动力源。主要包括液压机、液压泵、油箱、油缸以及各种方向、压力和流量控制阀所组成的液压控制回路。目前中国汽车制造业发展迅猛，以前的汽车制造业普遍使用刚性专机加工发动机的缸体、缸盖、连杆、曲轴、凸轮轴等关键零部件，导致汽车发动机改型周期较长。 随着汽车对零部件变化和改进的需求与日俱增，加工设备和工艺也向着柔性化的方向转变。加工装备的柔性概念和需求主要体现在对设备快速性和适应性的需求上， 因此制造商不得不寻求柔性和产量之间的最佳组合。不论采用哪种方案，使用高性能的液压夹具都显得尤为重要，现在，柔性专机、可重新配置的机床及专用加工中 心的组合应用，使得发动机零件的加工变得越图 5 世界最大的线性摩擦焊机南昌航空大学毕业设计开题报告来越柔性化，具体情况取决于每个加工项目的产量配额。上海久卓机电设备有限公司公司设计制作了全自动躲刀液压夹具系统，经安装调试，各项性能达到了设计要求，经实际生产验证到出了令人满足的结果。该项目集中了液压夹具，自动控制，加工编成等多项先进技术，在实现夹具机床联动，自动躲刀，进步加工精度，连续生产，夹具自动切换，进步重复精度，减少辅助加工时间等多方面都有新的突破，是一个具有当前先进水平的项目。目前，国内生产的摩擦焊机液压施力系统都是采用开关型液压控制阀，虽具有成本低、维修方便的特点，但满足摩擦焊接过程所用的控制阀数量多，频繁开关所带来的故障几率高，且可控性差，无法进行焊接过程闭环控制，轴向压力控制精度低，限制了摩擦焊接在一些高技术产业部门的应用 16-17。 并且由于线性摩擦焊设备的造价较高。故其应用领域主要集中在航空发动机整体叶盘的制造与维修中，很少看到在其它领域中的应用。因此，研发低成本经济型的线性摩擦焊设备是促进线性摩擦焊技术快速发展的前提条件。虽然距第一台线性摩擦焊机的出现已经有近 20 年，但其机理研究还处于初步阶段，产热传热、变形流动和组织转变等方面的实验研究还很不足，数值模拟手段的应用也不够，大量基础性的理论实验研究十分必要 18。三、研究内容3.1 线性摩擦焊机液压工装夹具分析零件加工过程中的精确定位和装夹的重复精度是提高效率和质量的重要因素。为了实现高产高效，工件的定位、支撑、夹紧和夹具的快速松开夹紧，以及操作方便、安全都是非常重要的环节。因此液压定位和夹紧是一项非常可靠而且有效的技术。此套液压工装夹具中需要提供顶锻压力的液压装置，用于装夹的液压夹具以及各种执行元件和控制元件。3.2 液压式线性摩擦焊机工装夹具总体设计根据线性摩擦焊接过程可知，线性摩擦焊接包括振动台和直线导轨两大部分，振动台完成振动焊件在竖直方向周期性的高频往复运动。移动焊件在液压油缸的推动下向振动焊件逐步靠近，振动焊件在液压振动台的带动下以一定的振幅、频率开始振动，当两焊件开始接触后在一定的摩擦压力的作用下进行摩擦，产生大量热是摩擦界面发生塑性变形，在一定的摩擦时间后振动台停止振南昌航空大学毕业设计开题报告动，移动焊件在液压油缸的作用下进行顶锻，顶锻结束后将焊件卸除，液压油缸带动工作台后退，工作过程结束。因此根据摩擦压力及设备重量选择合适的直线导轨，并选择能产生足够大压力的液压泵以满足顶锻压力。在此次设计中包括振动系统、加压系统、和夹具组成。振动系统提供焊件高频振动的作用力；加压系统提供夹紧和施加摩擦压力和锻压力；回位机构用于确保左右焊件在焊接结束时能够精确对中。夹具用来夹持焊件。根据设计构想画出线性摩擦焊机工装夹具原理图，如图 6 所示。3.3 夹具设计夹具的设计既要考虑定位同时也要考虑夹紧。在设计中要确保焊件在夹具保证正确位置。焊件定位后对焊件施加一定的外力，使其在加工过程中保持正确位置不变动。因此选用液压元件对焊件进行夹紧。振动焊件所需的摩擦压力和移动焊件所需的夹紧力都由液压加压系统提供。并且移动焊件与液压油缸之间通过直线导轨进行连接。直线导轨在此起到支撑和引导焊件移动的作用。3.4 所需选择的相应元件根据所需的顶锻压力可选择合适大小的液压泵及液压缸，继而选择相应的电磁换向阀、溢流阀，最后根据所需的摩擦压力及整体夹具的重量确定直线导轨。四、目标、主要特色及工作进度4.1 目标：设计液压式线性摩擦焊机工装夹具4.2 主要特色：设计的液压式工装夹具体积小，重量轻，结构紧凑，产生的工作压力大。4.3 根据研究方案制定研究计划表图 6 液压式线性摩擦焊机工装夹具原理图南昌航空大学毕业设计开题报告时间段 研究进度第四周 课题前期准备，包括系统学习 CAD 软件制图，焊接工装夹具设计及液压元件的选择与使用第五周 查阅文献资料，了解国内外线性摩擦焊的研究状况，准备外文文献翻译第六周 撰写开题报告第七周 研究线性摩擦焊接的技术特点，对焊接过程及其工装夹具有更深入的了解第八-十一周 确定工装夹具的设计方案，选择合适的液压元件，电磁换向阀，溢流阀及直线导轨第十二-十三周运用软件画出工装夹具设计图第十四周 整理各项数据，撰写毕业论文第十六周 毕业论文答辩五、参考文献1 Nicholas E D. Linear friction welding joins noncircular sections J. Advanced Materials 497 杜随更,常涛,王忠平. 线性摩擦焊机夹具系统弹性变形对焊接过程的影响 .机械工程学报，2004（6） ；1441488 A.Vairis，MFrostHigh frequency linear welding of a titanium alloyJWear，1998。217(1)：1 171319 A .Vairis，M FrostOn the extrusion stage of linear friction welding of Ti6A14VJMaterials Science and Engineering A，1999，271(I)：47748410 刘家富整体叶盘制造与工艺J 航空科学技术， 1998，(6)：21-2311 陈光 一种整体叶盘加工方法- 线性摩擦焊J航空工程，1999，(4)：14-15 12 张田仓，韦依，周梦慰，等线性摩擦焊在整体叶盘制造中的应用J 航空制造技术，南昌航空大学毕业设计开题报告2004， (11)：56-58.13 张彦华。刘雪梅从搅拌摩擦焊及相关技术的发展看技术创新J 电焊机，2004，34(1)121414 栾海英, 陈贞发.线性摩擦焊电液伺服系统的研制B,液压与气动,2007.1, 48-4915 机械工人,金属加工热加工，2010.3（6）：9-1016 杜随更，傅莉，鄢君辉，等摩擦焊接过程电液比例计算机闭环控制系统研制J 机械工程学报，20O2，38(12) ： 13513717 王文彬摩擦焊机电液伺服施力系统设计方案探讨与性能分析J 西北工业大学学报，l993(增刊) ：174 18118 刘扬,钟康民, 基于液压缸的铰杆杠杆增力双向夹紧液压夹具. 机械设计与制造A2009,3,(3),245-246.09/20 11:46 102 机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及 CAD 设计09/08 20:02 3kN 微型装载机设计09/20 15:09 45T 旋挖钻机变幅机构液压缸设计08/30 15:32 5 吨卷扬机设计10/30 17:12 C620 轴拨杆的工艺规程及钻 2-16 孔的钻床夹具设计09/21 13:39 CA6140 车床拨叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计 83100308/30 15:37 CPU 风扇后盖的注塑模具设计09/20 16:19 GDC956160 工业对辊成型机设计08/30 15:45 LS 型螺旋输送机的设计10/07 23:43 LS 型螺旋输送机设计09/20 16:23 P-90B 型耙斗式装载机设计09/08 20:17 PE10 自行车无级变速器设计10/07 09:23 话机机座下壳模具的设计与制造09/08 20:20 T108 吨自卸车拐轴的断裂原因分析及优化设计09/21 13:39 X-Y 型数控铣床工作台的设计09/08 20:25 YD5141SYZ 后压缩式垃圾车的上装箱体设计10/07 09:20 ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计09/21 15:34 ZXT-06 型多臂机凸轮轴加工工艺及工装设计10/30 16:04 三孔连杆零件的工艺规程及钻 35H6 孔的夹具设计08/30 17:57 三层货运电梯曳引机及传动系统设计10/29 14:08 上盖的工工艺规程及钻 6-4.5 孔的夹具设计10/04 13:45 五吨单头液压放料机的设计10/04 13:44 五吨单头液压放料机设计09/09 23:40 仪表外壳塑料模设计09/08 20:57 传动盖冲压工艺制定及冲孔模具设计09/08 21:00 传动系统测绘与分析设计10/07 23:46 保护罩模具结构设计09/20 15:30 保鲜膜机设计10/04 14:35 减速箱体数控加工工艺设计10/04 13:20 凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索设计09/08 21:33 分离爪工艺规程和工艺装备设计10/30 15:26 制定左摆动杠杆的工工艺规程及钻 12 孔的夹具设计南昌航空大学毕业设计开题报告10/29 14:03 前盖板零件的工艺规程及钻 8-M16 深 29 孔的工装夹具设计10/07 08:44 加油机油枪手柄护套模具设计09/20 15:17 加热缸体注塑模设计10/07 09:17 动模底板零件的工艺规程及钻 52 孔的工装夹具设计10/08 20:23 包缝机机体钻孔组合机床总体及夹具设计09/21 15:19 升板机前后辅机的设计09/09 22:17 升降式止回阀的设计09/22 18:52 升降杆轴承座的夹具工艺规程及夹具设计09/09 16:41 升降杠杆轴承座零件的工艺规程及夹具设计08/30 15:59 半自动锁盖机的设计（包装机机械设计）08/30 15:57 半轴零件的机械加工工艺及夹具设计10/29 13:31 半轴零件钻 6-14 孔的工装夹具设计图纸09/26 13:53 单吊杆式镀板系统设计08/30 16:20 单级齿轮减速器模型优化设计08/30 16:24 单绳缠绕式提升机的设计09/09 23:08 卧式加工中心自动换刀机械手设计09/08 22:10 厚板扎机轴承系统设计09/18 20:56 叉杆零件的加工工艺规程及加工孔 20 的专用夹具设计08/30 19:32 双卧轴混凝土搅拌机机械部分设计09/09 22:33 双模轮胎硫化机机械手控制系统设计09/09 22:32 双辊驱动五辊冷轧机设计09/08 20:36 变位器工装设计-0.1t 普通座式焊接变位机09/28 16:50 叠层式物体制造快速成型机机械系统设计09/08 22:41 可急回抽油机速度分析及机械系统设计09/08 22:42 可移动的墙设计及三维建模10/04 13:25 右出线轴钻 2-8 夹具设计10/04 13:23 右出线轴钻 6-6 夹具设计09/08 22:36 咖啡杯盖注塑模具设计10/07 08:33 咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计09/09 16:15 啤酒贴标机的设计（总体和后标部分的设计）10/29 13:58 喷油泵体零件的工艺规程及钻 14 通孔的工装夹具设计08/30 19:39 四工位的卧式组合机床设计及其控制系统设计09/21 13:39 四方罩模具设计08/30 19:42 四组调料盒注塑模具设计10/07 23:55 固定座的注塑模具设计09/09 23:52 圆柱坐标型工业机器人设计09/09 23:48 圆珠笔管注塑模工艺及模具设计10/13 16:36 圆盘剪切机设计09/21 13:25 基于 PLC 变频调速技术的供暖锅炉控制系统设计09/08 22:20 基于 pro-E 的减速器箱体造型和数控加工自动编程设计08/30 18:00 基于 PROE 的果蔬篮注塑模具设计08/30 19:37 基于 UG 的 TGSS-50 型水平刮板输送机-机头段设计09/21 15:16 塑料油壶盖模具设计09/09 22:41 塑料胶卷盒注射模设计南昌航空大学毕业设计开题报告10/07 09:25 多功能推车梯子的设计09/08 21:25 多功能齿轮实验台的设计08/30 16:32 多层板连续排版方法及基于控制系统设计08/30 16:30 多层板连续排版方法毕业设计08/30 16:42 多用角架搁板的注塑模具设计及其仿真加工设计08/30 16:39 多绳摩擦式提升机的设计09/08 21:05 大型矿用自卸车静液压传动系统设计09/20 16:27 大型耙斗装岩机设计09/08 21:01 大批生产的汽车变速器左侧盖加工工艺及指定工序夹具设计10/30 15:42 套筒的机械加工工艺规程及攻 6-M8-6H 深 10 的夹具设计10/30 15:38 套筒的机械加工工艺规程及钻 40H7 孔的夹具设计10/29 14:13 套筒零件的工艺规程及钻 3-10 孔的工装夹具设计