成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）
第2章 机架的设计
机架是一个多功能构件，是整机的基础，要求有足够的静动刚度，热变形对精度的影响尽可能小，原始精度和尺寸的稳定性要好，外型美观，运输安装方便。在这些要求当中，强度和刚度是机架的基本技术指标。在许多情况下，刚度尤为重要。本机为单件小批量生产，可用焊接机架。焊接机架与铸造机架相比具有强度高、刚性好、重量轻、生产周期短、施工简便的特点.本机管道内流体具有氧化性、腐蚀性，所以机架、管道等有可能与液体相接触的部分选不锈钢1Cr18Ni9Ti。
2.1 焊接简介
焊接是指利用加热或热加压，或两者并用的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合的一种加工方法。它是现代工业生产中用来制造各种金属结构和机械零件的一种主要工艺方法。
焊接结构工艺设计焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以后，对焊接结构件进行工艺设计主要包括三方面内容：焊缝布置、焊接方法选择和焊接接头设计等。 2.1.1焊缝布置
焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生产率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则：
（1）焊缝应尽量处于平焊位置各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位置施焊难度最大，不易保证焊接质量。
（2）焊缝要布置在便于施焊的位置焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝位置。点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置。埋弧焊时，要考虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。设计时若忽略了这些问题，无法施焊。
（3）焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形接头处的硬化组织，影响加工质量，焊缝布置应避开机加工表面。
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2.1.2焊接方法的选择
各种焊接方法都有其各自特点及适用范围，选择焊接方法时要根据焊件的结构形状及材质、焊接质量要求、生产批量和现场设备等，在综合分析焊件质量、经济性和工艺可能性之后，确定最适宜的焊接方法。选择焊接方法时应依据下列原则：
(1)焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求
选择焊接方法时既要考虑焊件能否达到力学性能要求，又要考虑接头质量能否符合技术要求。如点焊、缝焊都适于薄板轻型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝。焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用 CO2焊或点（缝）焊，而不宜选用气焊。
(2)提高生产率，降低成本
如果是位于不同空间位置的短曲焊缝，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。
(3)焊接现场设备条件及工艺可能性
选择焊接方法时，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。
此外，要考虑拟定的焊接工艺能否实现。 2.1.3 焊接接头
设计焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。设计接头形式主要考虑焊件的结构形状和板厚、接头使用性能要求等因素。设计坡口形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。焊接接头形式设计焊接接头按其结合形式分为对接接头、盖板接头、搭接接头、T 形接头、十字形接头、角接接头和卷边接头等。
2.2不锈钢简介
不锈钢是指在大气、酸、碱或其它化学侵蚀介质中能抵抗氧化和腐蚀的高合金钢。不锈钢与高合金耐热钢都属于高合金钢，而且都含有大量铬元素。有许多不锈钢既能满足不锈钢耐化学介质腐蚀性能的要求，也能满足耐热钢
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热强性和热稳定性的要求，因此也可列入耐热钢范畴，例如，１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ、１Ｃｒ１３、２Ｃｒ１３钢等。本机架选用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ，属奥氏体钢。
奥氏体钢有两类：一类是高铬镍钢，例如１８－８型钢、２５－２０型钢等，另一类是高铬锰氮钢。奥氏体钢在加热和冷却过程中一般不发生组织转变，仅有碳化物的溶解和析出，在室温下主要为奥氏体组织。其中，１８－８型钢主要用作不锈钢，其在氧化性、中性及弱氧化性介质中的耐蚀性胜过高铬不锈钢，室温及低温韧性也是铁素体钢不能比拟的；２５－２０型钢主要用作热稳定钢。如果高铬镍钢提高含碳量，也可用作热强钢。而高铬锰氮钢则主要用作不锈钢。
奥氏体钢的焊接性比马氏体钢和铁素体钢都好。但是，当焊接工艺制定不当时也会出现一些问题。主要问题如下： １?焊接热裂纹问题
焊缝和近缝区均可能产生热裂纹。最常见的是在焊缝金属中产生结晶裂纹，有时在近缝区也会产生液化裂纹。钢中的含镍量越高，产生热裂纹的倾向越大，因此，２５－２０型奥氏体钢比１８－８型奥氏体钢热裂纹倾向大。
２?焊接接头腐蚀问题
焊接接头有可能产生两种腐蚀问题：
（１）晶间腐蚀 焊接接头有三个部位有可能产生晶间腐蚀：①焊缝晶间腐蚀；②敏化区腐蚀；③近缝区刀状腐蚀（见图９－９）。这三种晶间腐蚀不会在同一接头上同时出现。其中，焊缝晶间腐蚀发生在采用单纯的１８－８型焊接材料焊接１８－８型钢以后，焊缝又经受了６００～１０００°Ｃ加热的情况下，或多层焊时前层焊缝受到后层焊缝６００～１０００°Ｃ加热的区域；敏化区腐蚀发生在不含稳定化元素（如 Ｔｉ、Ｎｂ等）而又不是超低碳的１８－８型钢的热影响区中加热温度达到６００～１０００°Ｃ 的区域；近缝区刀状腐蚀只发生在含有 Ｔｉ、Ｎｂ等稳定化元素的奥氏体钢接头的近缝区。
（２）应力腐蚀 由于奥氏体钢的导热系数小、线膨胀系数大，在焊接不均匀加热的情况下，接头处很容易产生较大的焊接残余拉伸应力，因而在与钢材匹配的介质共同作用下容易产生应力腐蚀。例如，ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２等对奥氏体钢并无腐蚀作用，但对有焊接残余拉伸应力的接头却有腐蚀开裂作用。有资料表明，焊接接头过热区对应力腐蚀开裂最为敏感。
３?焊接接头脆化问题
奥氏体钢在生产中用途很广，可以用在耐蚀、耐热、耐低温等各种工作
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条件下，但在不同的工作条件下对焊接接头性能的要求不同。如果用作工作在室温或３５０°Ｃ以下的不锈钢，主要要求其具有耐蚀性；如果用作热强钢，则要求其在高温下有足够强度的同时，有足够的塑性和韧性；如果作为低温钢，则主要要求接头有良好的低温韧性。但是，如果焊接工艺制定不当，则可能产生高温脆化问题和低温脆化问题。
（１）高温脆化 高温下进行短时拉伸试验和持久强度试验表明，当奥氏体钢焊缝中含有较多铁素体化元素或较多的δ相时，都会发生显著的脆化现象。一般认为与铁素体化元素促使析出σ相和由δ相能直接转变成
σ相有关。铁素体δ越多，影响越严重，因此要求长期工作在高温的焊缝中所含的δ相数量应当小于５％。
（２）低温脆化 试验表明，奥氏体钢焊缝中一次铁素体δ相不仅能引起高温脆化，而且也能引起低温脆化，δ相数量越多，低温脆化越严重。因此，为了满足低温韧性的要求，最好不采用γ＋δ双相组织，而应取得单相奥氏体组织。实际上即使采用单相奥氏体组织，其低温韧性也低于经固溶处理的母材。
一般来说，奥氏体钢预热是没有益处的，因为焊前预热能促进碳化物的析出和引起焊件变形。但是，当焊件刚性极大的情况下，为了避免裂纹产生，有时不得不进行焊前预热。焊接奥氏体钢原则上不进行焊后热处理，只有在接头发生了脆化或需要提高其耐蚀性时才进行焊后热处理。热处理方式主要有两种：固溶处理和稳定化处理。其中：固溶处理用于对耐蚀性要求很高，且焊接时析出了碳化物和脆性相（如σ相）的焊件。其方法是将焊件均匀地加热到１０５０～１１５０°Ｃ，保温１ｈ，使析出相重新溶入奥氏体，然后快速冷却。原则上只能整体加热，不能局部加热。稳定化处理是将焊件加热到８５０～９３０°Ｃ，一般保温２ｈ后空冷。这样可以加快铬在奥氏体中的扩散速度，使铬能向晶界迁移，从而消除晶界处由于析出铬的碳化物而产生的贫铬现象，使金属耐晶间腐蚀的能力提高。这种方法同时也能起到降低焊接残余应力的作用。
１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ的化学成分（质量分数，%）： C≦0.12，Si≦1.00，Mn≦2.00，P≦0.035，S≦0.030
Ni 8.00—11.00，Cr 17.00—19.00，Ti 5（C%-0.02）—0.80
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2.3 机架的设计
机架的设计见图2.3。 机架危险部分的校核:
在机架的结构中，主要受力部分为台面横梁，该横梁承受的静载为酒桶及桶内液体的重力和气缸对酒桶的夹紧力，承受的冲击为安放酒桶时酒桶对清洗头的冲击。当台面横梁失效时，工作台面要替代横梁承受上述力。此外台面还要承受其他外力，如工人扶住台面时，台面要承受人的压力。所以，要对上述两部件进行分析。根据设计，两部件均可视为悬臂梁。
对横梁分析如下：
梁的挠曲线方程为：
Fx2??(x?3l)
6EI其挠度为：
?Fl3?1000*0.343?B????1.04*10?4m 11?73EI3*2*10*6.3*10
其转角为：
Fl21000*0.342?4?B?????4.6*10rad 11?72EI2*2*10*6.3*10受力图
ω F=1KN x A l B
剪力图 Fs
x 14