机械毕业设计（论文）-喷射成形管坯收集系统设计（全套图纸）

1、 编号 201101122011011203 南京航空航天大学金城学院毕业设计题 目喷射成形管坯收集系统设计学生姓名学 号系 部机电工程系专 业机械工程及自动化班 级指导教师二一五年六月南京航空航天大学金城学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目： 喷射成形管坯收集系统设计 ）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 作者签名： 年 月 日 （学号）： 毕业设计（论文）报告纸喷射成形管坯收集系统设计摘要本文研究了基底往复式喷射成形制备大壁厚管坯的运动装置设计,该装置可使往复运动及旋转运动同时进行。论文首先简要回顾了喷射成形技术的历史、发展以及应用，然后在给定条件下详细介绍管坯喷射成形运动装置的设计步骤、电机选型。从理论角度讨论运动装置的合理性与可操作性。在此基础上，为提高设备传动精度，在箱体中设计了微调结构。论文完成了课题的基本要求，设计出速度可调、旋转与往复同时进行的管坯喷射成形设备运动装置，解决了灵活性，实用性，

2、可靠性等问题。喷射成形将金属熔体雾化和雾化液滴沉积合为一体，可直接由液态金属制备具有快速凝固组织特征的大块金属坯体。介绍了喷射成形技术的原理、特点、工艺改进及在不同材料中的研究及应用情况，综合评述了喷射成形技术在国内外的产业化现状，探讨了喷射成形技术的几个重要应用发展方向。关键词： 喷射成形；快速凝固；液态金属 ；沉积 全套图纸，加153893706The Design of Spray Forming Tube Collection SystemAbstractThis paper research the design of a movement device for reciprocating spray forming large thickness-wall tubular, which allows reciprocating motion and rotary motion at the same time. Paper first briefly reviewed the history of spray forming technology, development

3、and application, then described the design steps of the device and how to select motor in the given conditions in detail. Discuss the rationality and operability of the movement devices in a theoretical point of view. In order to improve transmission accuracy of the device, paper design a kind of trimming structure in the Middle of the box based on the above optimum condition. Paper completed the basic requirements of the subject. The design of this devices speed is adjustable, allows reciprocat

4、ing motion and rotary motion at the same time, which solved the problem of flexibility, practicality, reliability, etc.During spray forming, a liquid metal stream is atomized into a spray of droplets by high-pressure gas jets and subsequently these atomized droplets are deposited and solidified on a substrate. The principle, characteristics, and development situation of spray forming in the field of materials were reviewed. The present situation of spray forming technology and its commercializat

5、ion was over-viewed. Some important directions of development of spray forming technology were discussed.Key Words：spray forming; rapid solidification; Liquid Metal;Deposit目 录摘 要Abstract第一章 喷射成形工艺发展及应用11.1 绪论11.2 喷射成形技术的原理和特点11.3 喷射成形发展现状及发展展望3第二章 喷射成形管坯收集器运动机构的结构设计62.1 喷射成形管坯收集装置的总体方案62.2 往复运动装置设计62.3 旋转运动装置设计82.4 导轨的设计与选择92.5 微调结构设计102.6 固定支座设计112.7 设计总图13第三章 喷射成形管坯收集器电机和减速器的选型143.1 积料辊电机及减速器的选取143.2 往复电机及减速器的选取16第四章 喷射成形管坯收集器运动机构的强度校核18 4.1 丝杠的选择与计算184.1.1选择丝杠、螺母材料18 4.1.2计算螺纹中径、旋合圈数及螺母高度18 4

6、.1.3验算丝杠的自锁性194.1.4 验算丝杠强度194.1.5 验算螺杆稳定性204.1.6 设计计算螺母20 4.2 轴承的选择与计算224.3 联轴器的设计与计算244.4 滚动直线导轨的计算24结 语27参考文献29致谢30附录31iv 第一章 喷射成形工艺发展及应用1.1 绪论 喷射成形技术是一项制备金属材料坯料的创新技术，直接将熔融金属固化出目标坯料，简化可大量工序。它的雏形是快速凝固粉末冶金工艺，此工艺技术能够运用于生产新型的多层材料和复合材料，而且工艺步骤更加简便。它具有凝固速率快、晶粒细小，产品成形速度快的特性 ，省去很多繁杂的金属制备工艺步骤。细小的晶粒组织和微小的宏观微观偏析造就了它非常好的产品特性。在减少过去铸造轧制工艺过程中的能量消耗方面，Singer和他的团队发明了喷射成形技术，它的原理是将熔融高温金属高压雾化喷射沉积到积料辊上直接冷凝成带材。此后他的门生Brooks等人开发了这项技术，随即建立了Osprey公司，将喷射成形工艺运用到金属制备的其它方面，深化了此工艺的潜在价值，其中最著名的是在1974年将其运用于锻造毛坯的出产中去，定性为Osprey工艺，

7、其中的辉煌成果就是获得了多项专利，多种Osprey成套设备被研制面世，使喷射成形技术发展迅猛。1.2 喷射成形技术的原理和特点喷射成形，别称雾化沉积，是近年来新兴的一门创造性技术，它可以制备较大体积的致密金属材料。喷射成形工艺主要有俩个过程组成，一是熔融金属高温高压雾化，二是雾化熔融金属沉积在积料板上冷却凝固成目标形状的工件。喷射成形技术设备可以分为这三部分，融化室、雾化室和沉积装置。熔化间的用途是高温高压使金属熔融化，关于特性活泼的金属可以在真空或惰性气体下进行保护熔炼。熔化室内高温处理的熔融金属，通过导管进入雾化室中。喷嘴位于雾化间下方，高压惰性保护气体送入喷嘴，通过环状布局的小孔或环缝向外高速喷射，这样，金属液流通过高压管道呈雾化液滴状态，并形成雾化锥。雾化室的下方是沉积装置，雾化液滴从喷嘴喷出经过动量转移过程，被高压气流加速飞向沉积装置。雾化液滴在这个飞行期间，通过能量损耗失去热量而冷却，液滴抵达沉积装置时，仍可以保持液态、固态甚至半固态。沉积装置可有不同形状，在不同方式的运动下可以制成形状各异的坯件，比如喷射成形管坯收集装置，沉积装置为圆柱体，水平放置于雾化圆锥下方，旋转的同

8、时向轴线方向做往复玉女，就可以沉积凝固成形状复杂的管坯。如果使用计算机来设定收集装置基板的运动方式，就可以制得目标形状的工件坯体，乃至非对称形状的工件。图1.1为喷射成形过程的原理结构图。 图1.1 喷射成形过程的原理它与铸锭和粉末冶金工艺过程相比较，金属喷射成形具备下列主要特点：(1) 喷射材料内部组织的等轴晶大小通常在10-100；(2) 金属喷射成形工艺极大地提高了生产效率，降低了生产成本，将熔融金属的雾化和沉积成形两个工艺过程合为一体；(3) 在高温、高压雾化过程中金属颗粒，迅速冷却，使沉积材料的固体溶解度显著增加；(4)高密度，采用喷射成形金属沉积后密度可以达到99%的理论密度，通过后续加工或热处理可以达到完全致密化；自上世纪6O年代末，雾化沉积学术思想的提出具有重要的创新意义。它最显著的技术亮点在于合理地把高压雾化液态金属的过程和雾化熔滴金属的沉积过程合并在一起。喷射成形工艺直接把液态金属制备成具有迅速凝结组织特征、组织细密、近似零件实际外形、性能良好的坯件材料，减少了很多的工序。通过计算机系统控制改变雾化金属射流与沉积装置的相对位置以及沉积装置的运动形式，可以获得柱状、管

9、状、板状等不同形状的半成品坯件。因此它也是一种比较经济的制坯工艺技术。工艺流程短、沉积效率高，有助于实现工业化生产。其独特的优势远不止于此，如果使用两种不同合金，高温高压雾化射流可以制备出涂层复合材料。并且在其注入增强颗粒，通过雾化沉积便可以制备出材料性能强大的复合材料，巨大的经济效益显而易见。1.3 喷射成形发展现状及发展展望我国对于喷射成形技术这方面的研究主要起步于上世纪80年代，在数十年的不懈努力与专研下,终于在相关领域取得丰硕的成果，尤其是在喷射成形工艺理论方面与设备研制方面都有明显的突破，主要表现在以下几个方面: （1）以往的经验显示该雾化气流速度会根据类似指数算法衰减 ,在差异气体压力下很难精准预测到衰减速度的变化 。中国著名的科研人员杨斌基于流场试验测定，提出采用非线性拟合（神经网络）的处理速度外推或内插法 ,这种方法可以预测在不同压力条件下气流速度的精确曲线，为液滴与空气流之间的相互作用，准确的预测提供了保证。（2）在沉积固化的概念基础上 ,建立了相应的理论模型 ，即“虚拟凝固层理论”。通过演示实验 ,综合反映喷射沉积到形态的因素为积料体表面温度 ,沉积表面喷射沉积过程的热力学状态不再作为控制参数 。（3）杨滨根据凝固模拟分析结果以及多年试验工作的经验 ,提出了喷射距离是制备管坯的主要控制参数 。 利用

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