摩擦焊接是一种固相连接技术最早起始于美国,这一技术凭借其高效、清洁、精密、节能以及优质等特点,已广泛应用于电力、石油钻探、机械制造、航空航天等众多高新技术领域中。文章研究从企业生产实践出发并结合国内外相关资料,旨在借由数字化设计手段并结合相关试验来解决空心活塞杆的大批量生产问题。文章主要研究内容如下:(1)根据企业实际生产需求并结合所生产的系列化产品特征,对焊机具体构造及动作过程进行了相关设计,对装备的主要技术参数进行了计算。(2)据相关国家标准及技术要求对标准件进行了选型设计,对非标准件进行了结构设计。最后利用三维建模软件Solid Works进行焊机三维虚拟样机的装配,并根据实际生产需要完成空心活塞杆自动上下料生产线设计。(3)使用有限元分析软件ANSYS Workbench对所设计的摩擦焊机主要结构进行了静动态特性校核与轻量化设计。主要研究内容为:首先,将子模型分析技术应用于主传动系统的静态特性分析中,研究了主轴在不同工况下的静力学特性。与传统的研究方法相比,该技术提高了求解的效率和精度,证实了焊机主轴设计的合理性。并对主轴动态安全性进行了校验。在随后的研究中对焊机主轴箱及推力缸支撑体进行了静、动态特性分析,并相应地对其结构进行了优化。为了改善主轴箱及推力缸支撑体的整体机械性能并合理地使用主轴箱材料,利用多目标遗传算法完成了主轴箱及支撑体的优化设计并实现了焊机轻量化设计。再次,应用有限元分析软件对焊机滑组支撑体、顶端推力座以及夹具进行了静力学校核。最后,建立了用于有限元分析的连续驱动摩擦焊机整机的简化模型,进行了整机静动态特性校核。(4)在摩擦焊接工艺参数对焊接质量影响的研究中,使用有限元分析软件ANSYS Workbench对不同焊接参数的加载方式进行了比较,采用控制变量法研究了不同焊接参数(焊接转速、摩擦压力、摩擦时间)对焊接质量的影响规律。最后,对摩擦焊接数值模拟中的几点关键性技术进行了总结与讨论。(5)在焊接实验研究中以小直径焊件为例,采用正交实验法列三因素三水平正交因素表研究单级加压情况下,焊接转速、摩擦压力以及摩擦位移三个工艺参数对焊件焊接温度的影响规律。与此同时以中等直径焊件为例,采用正交实验法探究二级加压情况下,一级摩擦压力、一级摩擦位移、二级摩擦压力以及二级摩擦位移等四个工艺参数对焊接轴向缩短量的影响规律。最后通过焊件的宏观形貌观察,微观组织分析、接头温度实测等方法对35~#钢焊接性进行了分析。