电磁铆接技术在我国的发展与应用

电磁铆接作为一种主要应用于航空航天制造领域的新型铆接工艺,在钛合金等难成形材料铆钉的铆接、复合材料结构铆接、干涉配合紧固件安装、接头寿命提高等方面和传统铆接相比具有明显优势。本文回顾了我国电磁铆接技术发展的历程,介绍了电磁铆接技术的特点,分析了国内电磁铆接技术发展应用中存在的问题,认为开展电磁铆接技术的应用研究和制订电磁铆接工艺规范已成为我国电磁铆接技术发展的当务之急;提出进行电磁铆接技术应用研究、编制电磁铆接工艺规范、研制自动化电磁铆接系统、应用电磁铆接技术进行绿色装配4个发展方向;认为进一步推广和应用电磁铆接技术是推动航空工业实现绿色装配和智能装配的必由之路。

电磁铆接驱动力计算及可视化系统设计

电磁铆接是一种电磁力驱动加载的铆接技术,其铆接驱动力是影响铆钉成形质量的关键因素。为了掌握电磁铆接驱动力的变化规律,运用数学建模方法,简化电磁铆接驱动力求解过程,建立感应式与自激励式电磁铆接驱动力数值计算模型,并通过试验验证了模型建立的可靠性。同时利用MATLAB App Designer对电磁铆接驱动力计算进行了可视化系统的设计,实现了对电磁铆接驱动力的简便计算。基于该系统,以自激励式电磁铆接为例,分析了电参数对铆接驱动力的影响规律。研究结果表明,放电电压和电容的增加以及回路电阻和回路电感的减少,有利于提高自激励式铆接驱动力的峰值和变化速率。

大直径钢铆钉电磁铆接工艺及性能试验研究

电磁铆接技术可以有效地使大直径铆钉一次成形,快速生产高质量铆接接头,在航空航天工业中有广阔的应用场景,但目前针对大直径钢铆钉电磁铆接接头的相关研究较少。本文通过搭建大直径铆钉电磁铆接平台,对直径10 mm的钢铆钉进行工艺试验。试验结果表明,铆接后的镦头直径均随着放电能量增大而增大,镦头高度均随着放电能量增大而减小。在相同放电能量下,预制孔直径越大,镦头高度越低且直径越大。此外,大直径钢铆钉电磁铆接接头的干涉量随着放电能量的增大逐渐增大。预制孔直径10.1 mm铆接接头的干涉量始终要大于预制孔直径10.3 mm铆接接头。与此同时,由于预制孔直径为10.3 mm铆接接头在铆接过程中容易歪斜,此值不宜作为优选工艺参数。另外,综合放电能量区间参数,得到了大直径钢铆钉电磁铆接最佳工艺参数:预制孔直径10.1 mm、放电能量15.5 kJ。最后,对大直径铆钉电磁铆接接头及传统液压铆接接头的干涉量和机械性能进行了对比。结果表明,对于最佳工艺参数制备的大直径钢铆钉电磁铆接接头,其干涉量为2.15%,较液压铆接接头的干涉量1.75%数值更大,也更均匀,其最大剪切载荷及吸能值高于液压铆接接头。

手工电磁铆接过程及复合材料铆接质量研究

为研究电磁铆接技术的工艺可行性,通过工艺试验探究了手工电磁铆接工艺的可操作性,并从镦头成形、钉孔干涉以及复材损伤3个角度进行了铆接质量分析。结果表明,铝铆钉与钛铌铆钉合适的铆接电压分别为550~600 V和750~790 V。即便是在550 V电压下,电磁铆接的瞬时冲击力也可能使得操作人员不易稳定地固持铆枪和顶铁。易导致镦头斜面、零件表面碰伤及铆卡印等损伤。肌电信号分析结果表明,相比气动锤铆,电磁铆接的冲击力使得操作人员的手臂肌肉负荷增加约50%。铆接质量方面,在复材–钛合金及复材–复材结构上,电磁铆接镦头尺寸均满足工艺要求,复合材料无损伤,且钉孔之间可产生较可靠的干涉配合,但镦头歪斜与边缘小斜面等问题限制了其应用。

2023年“电磁铆接技术”专栏征稿

选题背景铆接由于工艺简单,质量稳定,成为目前航空航天飞行器制造中应用最广泛的连接方法。电磁铆接技术是电磁成形与传统铆接相结合的一种新型铆接工艺,在复合材料结构连接及大直径难变形铆钉冷铆方面有显著优势,能安装大干涉量、厚夹层、大直径干涉配合紧固件,在长寿命连接方面具有广阔的发展前景和工程应用潜力。

2023年“电磁铆接技术”专栏征稿

选题背景铆接由于工艺简单,质量稳定,成为目前航空航天飞行器制造中应用最广泛的连接方法。电磁铆接技术是电磁成形与传统铆接相结合的一种新型铆接工艺,在复合材料结构连接及大直径难变形铆钉冷铆方面有显著优势,能安装大干涉量、厚夹层、大直径干涉配合紧固件,在长寿命连接方面具有广阔的发展前景和工程应用潜力。

电磁铆接设备选购中应注意的问题

电磁铆接技术作为一种能解决铆接难题的新技术在我国已得到广泛认可.作为一种新的工艺技术,电磁铆接技术在我国航空航天领域发挥重要作用,主要体现在以下6个方面.(1)可以手工铆接大直径铆钉,最大可以铆接8mm的铝铆钉;(2)以前无头钉只能用自动钻铆机来完成,而手持式电磁铆接设备可以完成无头钉的铆接;(3)代替普通铆接,提高接头疲劳寿命.

电磁铆接加载速率对TA1铆钉变形影响研究

针对高应变速率敏感性钛合金铆钉的成形问题,通过试验和微观分析研究加载速率对TA1铆钉钉头和钉杆变形、能量效率、铆钉与钢板及铆钉与钢板-复合材料夹层结构的连接效果的影响,讨论TA1铆钉变形区晶粒细化规律.研究结果表明,2种不同数量的加载速率均能实现TA1铆钉成形.随着加载速率提高,钉头绝热剪切带变形越显著.合适的加载速率易于实现铆钉与复合材料-钢板夹层结构良好连接.低加载速率有利于铆钉变形过程产生的热量传递到更宽的区域,推迟变形区裂纹的产生并细化晶粒,提高TA1铆钉的极限变形.

电磁铆接工艺在机翼整体油箱上的应用

针对锤铆、压铆工艺存在的不足,通过干涉量分布、疲劳寿命和气密耐久性等试验对几种典型铆接工艺进行对比,表明电磁铆接工艺不仅保证了较高的疲劳寿命,改善了劳动条件,提高了生产效率,而且能较好地满足气密性要求。在此基础上,制作了油箱试验件,测得实际检漏条件下的各漏源的漏率不大于10-6Pa.m3/s.该研究对于提高机翼整体油箱的制造质量具有重要应用价值。

低压电磁铆接固有参数对铆接性能的影响

低电压电磁铆接设备固有参数对铆接力的影响规律尚不清晰,制约了该技术的应用.采用仿真方法系统分析了低电压电磁铆接设备固有参数对铆接时放电电流、电容电压的影响规律,并以放电电流变化为依据,将设备工作状态划分为两类.理论分析表明设备工作于振荡阻尼态时具有较好的铆接性能.通过调节铆枪电感,使设备工作于不同工作状态,对Φ6 mm的2A16铆钉进行铆接试验,铆钉变形量验证了理论分析.据此,提出要综合控制放电回路固有参数,使其达到匹配.保证设备工作于振荡阻尼状态,应作为设备设计的一个重要指导原则.

电磁铆接技术

介绍了电磁铆接原理及其发展历史,分析了电磁铆接技术的特点。对电磁铆接技术在干涉配合铆接、复合材料结构铆接、干涉配合紧固件安装方面的应用进行了系统研究。研究结果表明,电磁铆接技术能够提高结构疲劳寿命,能够安装大干涉量干涉配合紧固件。

电磁铆接试样质量分析

采用试验方法,通过电磁铆接和气动铆接方式,对铆接试样从铆钉宏观变形和微观连接方面进行质量对比分析。结果表明,与气动铆接相比,电磁铆接能一次成形,铆接试样钉杆变形均匀,波动度小,铆接质量稳定,不易出现钉头被铆歪、开裂等现象。在铆钉成形钉头与铝合金板连接处,电磁铆接铆钉变形较气动铆接剧烈。在铆钉钉杆与铝合金板连接处,电磁铆接试样铆钉与铝合金板连接的紧密程度要好于气动铆接。在铆钉钉杆与复合材料连接处,电磁铆接铆钉对复合材料的挤压程度要小于气动铆接,未出现复合材料分层和开裂。

电磁铆接技术研究概况及发展趋势

对电磁铆接技术的研究现状作了概述。从原理出发,对国内外电磁铆接设备、工艺及绝热剪切变形机理的研究进行了分析比较,指出电磁铆接设备将走低电压发展的道路,数值模拟将在今后的研究中发挥越来越重要的作用,最后对该领域的发展趋势提出自己的观点。

电磁铆接技术国内外研究进展

电磁铆接技术是电磁成形与传统铆接相结合发展起来的一种装配技术,在复合材料结构连接以及大直径难变形铆钉室温铆接方面具有显著优势,具有广阔的应用前景。综述了电磁铆接设备、铆接过程数值仿真技术以及工艺试验3个方面的研究进展,并结合笔者相关研究结果对目前基础研究方面存在的问题进行了简要分析。设备研究方面,重点分析了国内外电磁铆接设备的发展阶段和技术水平,分析表明国外电磁铆接技术仿真较早,而且设备与工艺方法相对比较成熟,而国内研究虽然取得了一定进展,与国外相比仍有很大差距。数值仿真方面,通过对比着重介绍了电磁铆接工艺仿真主流方法的优缺点,可根据自身需求进行选择。工艺试验方面,国内近些年关于该工艺基础研究报道较多,但工艺研究方面无统一的标准和规范,要想使该技术快速得到工程应用仍需长期研究与探索。

电磁铆接放电电压对TB3铆钉变形影响

电磁铆接放电电压是影响铆钉变形的重要参数。在不同铆模工艺试验的基础上确定最佳成形铆模,从宏观和微观角度研究放电电压对TB3钛合金铆钉变形的影响。结果表明,铆模对铆钉变形有重要影响,不同铆模成形的铆钉质量不同。采用50°铆模,在190V^230V电压下,随着放电电压升高,铆钉镦头高度减小,钉杆直径增加。在剪切带内,晶粒被急剧拉长,剪切带内外晶粒差别较大;随着放电电压升高,铆钉镦头内部主剪切带越来越明显,剪切带宽度越来越小。TB3铆钉以产生形变带的方式发生绝热剪切变形。

电磁铆接技术的发展、设备研制及应用探讨

电磁铆接能形成较均匀干涉配合连接,可以有效地施铆钛、不锈钢等强度高、屈强比高、对应变率敏感的难成形材料铆钉,形成良好的连接。对于大直径铆钉或厚夹层结构,应用电磁铆接也可以实现良好的干涉配合铆接。结合自动化,电磁铆接还可以用于现代飞机金属和复合材料结构的镦铆型环槽钉的自动化安装。

电磁铆接变形量对铆钉微观组织的影响

电磁铆接铆钉变形量是研究铆钉变形机理的有效方式。采用试验方法,从宏观与微观角度研究放电电压、放电电容值、铆接次数等参数对铆钉变形量的影响。结果表明,在放电电容值相同时,随着放电电压和铆接次数的增加,铆钉变形量增加;在相同放电能量下,随着放电电容值的增加,铆钉变形量增加;随着铆钉变形量的增加,材料沿径向流动增加,主剪切带内变形量加剧,主剪切带越来越明显;随着铆钉变形量增加,在剪切带内,晶粒被急剧拉长,且沿着剪切带方向排列,而在剪切带两侧晶粒变化不大。

基于PLC的电磁铆接设备控制系统

以可编程控制器(PLC)为主要控制元件,设计出电磁铆接设备的控制系统,介绍了控制系统的工作原理、设计思想、控制方式及系统的软硬件构成。该系统已在新研制的电压电磁铆接设备中得到应用。实践证明,控制系统使用方便、工作稳定,可以满足铆接工艺要求。

低压电磁铆接放电电流分析

线圈放电电流对铆接力起决定作用,铆接力是顺利实现铆接的关键因素。放电电流可采用幅值和频率等参数描述。该文在放电回路分析的基础上,通过电阻分流器法测量成形线圈放电电流,分析低压电磁铆接系统参数对线圈放电电流的影响。研究结果表明,在低压电磁铆接下,线圈放电电流为一衰减震荡波形,幅值在kA级,周期为ms级,能顺利实现直径4mmTA1铆钉的成形。同时线圈匝数、导线截面尺寸、放电电容和驱动片厚度等参数,对低压电磁铆接放电电流的幅值和周期均产生较大的影响。在成形中需优化电阻、电感和电容三者的匹配关系,以满足不同工艺放电电流的要求。

高模量碳纤维复合材料的电磁铆接工艺研究

研究了高模量碳纤维复合材料结构的电磁铆接工艺。通过实验确定了铆钉外伸量、钉孔间隙等工艺参数,给出了复合材料结构铆接用垫圈的几何尺寸,提出了合理的镦头尺寸。强度实验和损伤检测表明电磁铆接可以代替螺栓连接,成功地铆接高模量碳纤维复合材料。