[00647760]高性能搅拌摩擦焊接设备研发与应用

搅拌摩擦焊是一种固相焊接方法，利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，实现对有色金属、部分金属基复合材料、陶瓷、塑料等实现同种或异种材料的焊接，在航空、航天、汽车、船舶等结构制造领域有着广泛运用。现有摩擦焊接设备的主轴处于高温服役环境，主轴热变形严重、性能稳定性差，故障率高，在焊缝转向处，搅拌头抖动，焊缝缺陷多。针对上述科学问题，开展了“搅拌摩擦焊设备系列产品关键技术开发及产业化”攻关，取得了如下技术成果： ①借助于有限元分析，研究主轴在高温服役环境下的形变情况。重点分析了主轴在加载过程中微观结构和发热变形并通过优化设计，改进了主轴结构；设计了用于主轴热防护的自散热搅拌头夹持装置和滑动轴承，开发了四轴四联动数控搅拌摩擦焊机，提高了搅拌焊接设备的稳定性和可靠性。 ②采用双电机齿轮驱动大直径高精度回转轴承，实现主轴回转跟随。经过动态仿真，重点研究了主轴回转与曲线焊缝质量的作用规律，设计了具有回转功能的主轴倾角回转跟随装置，实现了平稳转向，无抖动搅拌等重大技术问题，解决了曲线拐弯处焊缝光洁度差、消除了沟槽等问题。 ③结合摩擦焊工艺，自主研发四轴四联动数控技术，开发搅拌摩擦焊数控系统软件，实现了直线、平面曲线焊缝高精度、高质量焊接。 该项目结合数控技术，通过有限元分析和动态仿真，分析了搅拌摩擦焊服役过程中主轴的热变形，优化了主轴结构并设计了自散热搅拌头夹持装置；开发了搅拌摩擦焊控制系统软件，研发了具有主轴倾角回转跟随的四轴四联动数控搅拌摩擦焊机。该摩擦焊设备的开发旨在解决焊缝转向处，搅拌头抖动，焊缝缺陷多；主轴系统在高温服役环境下性能稳定性差，故障率高，操作复杂等重大技术问题，以提高焊缝的质量。该项目的完成，已申请中国发明专利9项,其中授权2项；授权实用新型专利7项；授权软件著作权1项。 经过湖南省机械工业协会、湖南省产商品质置监督检验研究院鉴定，搅拌摩擦焊机服役性能稳定，整机技术国内领先，控制系统、主轴结构及搅拌头夹持装置等实现国内首创；焊缝质量通过德国汉徳技术监督服务有限公司的焊接工艺评定。 该搅拌摩擦焊机经过小试、中试及规模化生产，焊机性能稳定、可靠性高，焊缝美观、无缺陷。投放市场转入规模化生产，各阶段焊机性能均达到要求，较好地满足客户的使用要求。该项目产品投产后不到三年，累计实现产值1.37亿元，实现利税2000多万元人民币。 该项目产品销售给东莞联瀚智能、铭瀚智能、毅琪金属制品科技有限公司等知名企业。市场将进一步扩大，可望在短期内实现产值3.5亿元目标,销售收入、营业利润、上缴税金等均会显著增加。该项目产品的投产，不仅带动了国内相关产业的发展，增加了税源，而且新增就业岗位100个，具有较大的社会效益。