搅拌摩擦连接专用测力仪的研制及应用

【摘要】：搅拌摩连接,是一种新型连接方法,可以连接铝,镁,铜,铁等合金,应用范围广。因其无污染,无需任何填充材料,因其连接简单,易实现自动化控制,使用范围广等优点,目前已经广泛应用于汽车,船舶,汽车,航空等领域,是目前发展最快的一种新型环保的连接技术。深入研究搅拌摩擦连接机理,提高连接质量,成为搅拌摩擦连接研究领域的一个重要发展趋势。对搅拌摩擦连接过程中的三向力进行测量分析是深入研究搅拌摩擦连接技术的一个重要途径。论文以搅拌摩擦连接过程中搅拌头所受作用力为研究课题,根据搅拌摩擦连接的特性开发出搅拌摩擦连接专用测力仪,实现对搅拌摩擦连接三向力的实时测量,主要研究部分如下:(1)分析了搅拌摩擦连接搅拌头作用力的物理特性,制定了测力仪的性能指标。对测力仪做了主体结构的设计,在夹具板下表面设计了浮动支架以消除夹具板与承重板之间的摩擦力,同理在其他会与夹具板产生摩擦且接触面较小的地方设计安装了牛眼轴承。对承重板及挡板等关键受力位置做了尺寸做了优化,以提高测力仪固有频率减小其变形量为目的选取了最优尺寸。确定了夹具板与承重板的先开粗在精铣最后进行打磨抛光的加工方法。(2)使用Solidworks建立了3D模型,使用ANSYS Workbench软件对测力仪做了模态仿真分析,获得了前六阶固有频率和相应的振型。(3)结合搅拌摩擦连接的特点对搅拌摩擦连接三向力测力仪进行了生产装配,对装配完成的测力仪的各向性能做了测试,测力仪各个方向上的最大误差仅为2.8%,且在对各个方向施加标准载荷力时对其他方向的交叉影响误差值最大为2.4%,各项性能均在允许的范围之内。(4)采用不同参数对6061铝板进行搅拌摩擦连接,使用自制三向力测力仪测出不同参数下的搅拌摩擦连接三向力的变化曲线。对不同参数影响下的连接三向力做了系统性研究,得出不同参数下三向力的变化规律。建立了搅拌摩擦连接搅拌头所受作用力的数学模型。对搅拌摩擦连接后的板材做了变形量的检测,得出不同作用力下的板材变形规律。这对进一步研究搅拌摩擦连接机理及大型结构件的搅拌摩擦连接提供了一定的理论依据。图[47]表[19]参[70]