搅拌摩擦焊接装备工作载荷预估及刚度分析

摘要/Abstract

摘要：

针对搅拌摩擦焊接装备开发的需要，基于流体力学基本原理提出了一种考虑搅拌区搅拌头受力的预估模型，在此基础上，利用商用软件Pro/E和ANSYS建立了车装焊一体化数控复合焊接装备有限元模型，通过模拟加工工况下的受力状况，对整机刚度和变形进行分析，确定复合焊接装备的最大变形部位与应力集中点，校核了焊接装备总体及部件刚度，为焊接装备制造提供了依据。

关键词: 搅拌摩擦焊, 载荷预估, 有限元, 静刚度

Abstract:

With the FSW machine development, based on the basic principle of fluid mechanics, a kind of prediction model of the force of the mixing head was presented herein.Using Pro/E and ANSYS, a finite element model of the welding equipment was established. And the machine rigidity and deformation were analyzed through simulating the processing conditions by static force, then determine the maximum deformation of the welding equipment parts and overall stress concentration points. Checking the welding machine and its components stiffness,provide the basis for the welding machine building is provided.

Key words: friction stir welding(FSW), load prediction, finite element, static stiffness

中图分类号:

TH114

王家兴, 倪雁冰, 董娜, 吴楠. 搅拌摩擦焊接装备工作载荷预估及刚度分析[J]. 中国机械工程, 2016, 27(02): 258-264.

Wang Jiaxing, Ni Yanbing, Dong Na, Wu Nan. Working Load Prediction and Stiffness Analysis of Large Friction Welding Machine Tools[J]. China Mechanical Engineering, 2016, 27(02): 258-264.

参考文献

[1]陈杰，张海伟，刘德佳，等.我国搅拌摩擦焊技术的研究现状与热点分析[J].焊接工艺，2013，41(10)：92-97.
Chen Jie，Zhang Haiwei，Liu Dejia，et al. Research Progress and Focus of Stir Welding in China[J]. Electric Welding Machine，2013，41(10)：92-97.
[2]张津，李峰，郑林，等.2024-T351铝合金搅拌摩擦焊焊件内部残余应力测试[J].机械工程学报，2013，49(2)：28-34.
Zhang Jin，Li Feng，Zheng Lin，et al. Internal Residual Stresses in the Friction Stir Weldment of 2024-T351 Al Alloy Determined by Short Wavelength X-ray Diffraction[J].Journal of Mechanical Engineering，2013，49(2)：28-34.
[3]鲁煌，邢丽，杨成刚，等.材料性能对搅拌摩擦焊焊缝成形的影响[J].中国机械工程，2014，25(15)：2102-2106.
Lu Huang，Xing Li，Yang Chenggang，et al. Influences of Material Properties on Welding Formation in Friction Stir Welding[J].China Mechanical Engineering，2014，25(15)：2102-2106.
[4]冯吉才，王大勇，王攀峰.锥形光头搅拌针搅拌摩擦焊接铝锂合金接头组织及力学性能[J].中国机械工程，2004，15(10)：932-935.
Feng Jicai，Wang Dayong，Wang Panfeng，et al. Microstructures and Mechanical Properties of Al-Li Alloy Friction Stir Welds with a Cone-shape and Non-whorl Pin[J]. China Mechanical Engineering，2004，15(10)：932-935.
[5]周利，刘会杰，刘鹏.搅拌头受力模型及应用[J].焊接学报, 2009，30(3)：93-97.
Zhou Li，Liu Huijie，Liu Peng. The Stirring Head Stress Model and Its Application[J]. Transactions of the China Welding Institution，2009，30(3)：93-97.
[6]Smith C B.Heat and Material Flow Modeling of the Friction Stir Welding Process[C]//Proceedings of the 9th International Conference in Computer Technology in Welding. Detroit，1999.
[7]Iida T, Ueda M, Morita Z.Excess Viscosity of Liquid Alloys and the Atomic Interaction of Their Constituents[J].Testu-to-Hagane,1976,62(9)：1169-1178.
[8]North T H, Bendzsak G J, Smith C B.Material Properties Relevant to 3-D FSW Modeling[C]//2nd Friction Stir Welding Symposium.Gothenburg，2000.
[9]North T H, Bendzsak G J, Smith C B.An Experimentally Validated 3D Model for Friction Stir Welding Symposium[C]//2nd Friction Stir Welding Symposium. Gothenburg，2000.
[10]Schmitz T L.Predicting High-speed Machining Dynamics by Substructure Analysis[J].Annals of CIRP,2000,49(1)：303-308.
[11]蔡力钢，马仕明，赵永胜，等.多约束状态下重载机械式主轴有限元建模及模态分析[J].机械工程学报，2012，48(3)：165-173.
Cai Ligang，Ma Shiming，Zhao Yongsheng，et al. Finite Element Modeling and Modal Analysis of Heavy-duty Mechanical Spindle under Multiple Constraints[J].Journal of Mechanical Engineering，2012，48(3)：165-173.

[1]	胡超, 刘佐民. 基于材料匹配性的球轴承Heathcote黏-滑模型研究 [J]. J4, 201016, 21(16): 1969-1973.
[2]	董国疆, 赵长财, 曹秒艳, 郝海滨, 杨东峰. 圆筒件固体颗粒介质成形壁厚及变形规律研究 [J]. J4, 201016, 21(16): 1992-1998.
[3]	方远方, 张华. 铝合金型材的静轴肩倾斜搅拌摩擦焊接头性能[J]. 中国机械工程, 2021, 32(07): 815-820.
[4]	许鹏, 曾泓茗, 朱晨露, 王平, 耿明, 许勇. [车辆工程与测控]基于增强磁场涡流的高速轨道缺陷检测方法[J]. 中国机械工程, 2021, 32(04): 454-459,466.
[5]	许谦1，2;胡广旭3;董志波4;任新星4;方洪渊4. 基于相变与收缩耦合的1Cr12焊缝冷却动态力学行为[J]. 中国机械工程, 2021, 32(03): 341-347.
[6]	秦勤1,2；何流1；李程2；臧勇1. 铜铝复合板渐进成形回弹缺陷研究[J]. 中国机械工程, 2021, 32(03): 348-356.
[7]	刘志鹏;周杰;王时龙;王四宝;杨文翰. 基于有限元的多股螺旋弹簧疲劳寿命预测[J]. 中国机械工程, 2021, 32(02): 141-146.
[8]	付青云1;李笑1;李树1;彭伟鸿1;关婷2. 体外磁控内置式尿道阀仿真与实验研究[J]. 中国机械工程, 2021, 32(02): 156-162，170.
[9]	刘萌, 单忠德, 李新亚, 臧勇, 黄江华. [材料成形中的数字化与智能化产品设计]6016铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究[J]. 中国机械工程, 2020, 31(22): 2648-2654.
[10]	张大志, 管明升, 张清东, 王爱国, 周新亮. [成形过程仿真优化与集成计算材料工程]限动芯棒连轧管机轧制过程轧件变形行为及规律仿真[J]. 中国机械工程, 2020, 31(22): 2691-2698.
[11]	徐勇, 李明, 夏亮亮, 张士宏, . [材料绿色成形技术]异形排气管多向局部加载液力成形工艺[J]. 中国机械工程, 2020, 31(22): 2763-2771.
[12]	张耀满;暴凤旭;齐培宁. 滚珠丝杠螺母副热态特性建模方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(20): 2486-2490,2496.
[13]	王林1;潘骏1;贺青川1;丁炜2;顾利威2. 后倾式离心风机叶轮机器人焊接工艺优化[J]. 中国机械工程, 2020, 31(19): 2379-2387.
[14]	岳彩旭;刘鑫;刘智博;谢娜;王彦武. 基于有限元仿真的拼接模具铣削用刀具优化[J]. 中国机械工程, 2020, 31(17): 2085-2094.
[15]	徐亭亭, 罗敏, 蒋佳骏, 王晶, 张佳贺. 管内可控铰接柔性结构双层接触非线性力学分析[J]. 中国机械工程, 2020, 31(15): 1798-1807,1814.