【摘要】：機(jī)器人攪拌摩擦焊因其高柔性、自動(dòng)化、低成本的優(yōu)勢(shì),成為焊接領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。但一般的工業(yè)機(jī)器人,其承載能力低、穩(wěn)定性差,嚴(yán)重限制了機(jī)器人攪拌摩擦焊技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。減小攪拌摩擦焊接軸向力有助于提高機(jī)器人攪拌摩擦焊的穩(wěn)定性,對(duì)推動(dòng)機(jī)器人攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展有重要意義。為減小機(jī)器人攪拌摩擦焊的軸向力,分別采用不同軸肩形狀及尺寸的攪拌頭,對(duì)5 mm厚6061-T6鋁合金板材進(jìn)行零傾角攪拌摩擦焊接。分析軸肩形狀及尺寸對(duì)零傾角攪拌摩擦焊接工藝的影響規(guī)律,并通過建立相關(guān)模型深入研究了軸肩形狀和軸肩尺寸對(duì)焊接軸向力的影響機(jī)制。研究結(jié)果如下:零傾角攪拌摩擦焊軸向力依據(jù)其特征分為5個(gè)階段:攪拌針插入階段、軸肩下壓階段、預(yù)熱階段、穩(wěn)定焊接階段、攪拌針拔出階段。其中平穩(wěn)焊接階段,焊接軸向力隨攪拌頭轉(zhuǎn)速增加而減小,隨焊接速度增加而增大。零傾角攪拌摩擦焊平面軸肩攪拌頭所受焊接軸向力較凹面軸肩攪拌頭小,且采用平面軸肩攪拌頭焊接焊縫表面成形較好,焊接接頭組織緊密且無缺陷;采用凹面軸肩攪拌頭焊接焊縫表面粗糙,接頭容易出現(xiàn)孔洞缺陷。攪拌頭轉(zhuǎn)速1500 rpm、焊接速度95 mm/min時(shí),兩種軸肩形狀的攪拌頭所受軸向力較小,其中平面軸肩攪拌頭所受軸向力比凹面軸肩攪拌頭小約200 N。零傾角攪拌摩擦焊采用平面軸肩攪拌頭焊接,軸肩直徑越小焊接軸向力越低,且軸肩直徑減小焊接軸向力越平穩(wěn)。攪拌頭轉(zhuǎn)速1500 rpm、焊接速度95 mm/min時(shí)焊接軸向力較小,其中軸肩直徑9 mm時(shí)焊接軸向力約為2300 N,相對(duì)于軸肩直徑15 mm和12 mm情況下,軸向力分別下降1500 N和600 N。6061鋁合金零傾角攪拌摩擦焊工藝窗口的形狀為多邊形,其中軸肩直徑為15mm的凹面軸肩攪拌頭對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)范圍最小。平面軸肩攪拌頭隨著軸肩直徑的減小,對(duì)應(yīng)工藝窗口有向左移動(dòng)并向上擴(kuò)展的趨勢(shì)。模型分析表明,平面軸肩攪拌頭比凹面軸肩攪拌頭所受軸向力小的原因主要有三個(gè):首先,零傾角攪拌摩擦焊過程中,平面軸肩與工件材料的有效摩擦面積比凹面軸肩大,其摩擦產(chǎn)熱相對(duì)多,材料軟化程度高、變形抗力小;其次,焊接過程中凹面軸肩受到垂直于工件的分力作用;最后,平面軸肩與工件材料的接觸面積比凹面軸肩小。對(duì)于平面軸肩攪拌頭而言,隨軸肩直徑減小,軸肩單元面積焊接壓力與軸肩總面積乘積變小,即軸肩所受總的軸向力隨軸肩直徑減小而降低。
【圖文】：

摩擦焊的研究提供參考。狀摩擦焊的介紹焊系統(tǒng)通常采用串聯(lián)關(guān)節(jié)型機(jī)器人，因?yàn)檫m用于進(jìn)行三維焊接[13]。串聯(lián)關(guān)節(jié)型機(jī)器、伺服電機(jī)、變速箱以及機(jī)頭部位的 FSWFSW 機(jī)器人與空載運(yùn)行狀態(tài)的工業(yè)機(jī)器人機(jī)頭部位與焊接工件相接觸，并產(chǎn)生相互器人關(guān)節(jié)鏈接處具有極高的牢固性，還要制、位移控制、焊縫追蹤等多種控制模塊B 機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)的機(jī)器人攪拌摩擦焊系度控制模塊[4]。

接作用力小、工藝簡(jiǎn)單，因無需形跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的偏差，焊接過程也更容過程，故可以在設(shè)備上加裝“C ，“C 形臂”已經(jīng)應(yīng)用在了 FSW 機(jī)摩擦點(diǎn)焊系統(tǒng)的“C 形臂”結(jié)構(gòu)。臂”的內(nèi)部，，從而大大減弱了軸向力人攪拌摩擦點(diǎn)焊的穩(wěn)定性。技術(shù)兼具柔性化焊接、低能耗、低配件的重量，在工業(yè)生產(chǎn)中很受重車制造行業(yè)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用統(tǒng)被用于輕量化車身輕合金材料的的 50%，而且不需要采用水循環(huán)度節(jié)能環(huán)保，所需能量?jī)H為電阻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外應(yīng)用于汽車制造的車自動(dòng)化生產(chǎn)效率[22]。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG453.9

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本文編號(hào)：2681207