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。

2024铝合金自冲铆成形工艺参数对接头微动滑移的影响

以冲压速度和铆钉硬度为影响因子,基于数值模拟与静力学试验,探究了低延展性材料2024铝合金自冲铆接头机械内锁区在受载工况下的微动滑移、几何特征尺寸的变化规律。结合静力学试验设备和数字图像采集系统,对自冲铆接头机械内锁区域滑移过程实时图像进行了采集和分析。结果表明,冲压速度和铆钉硬度对接头的微动滑移有显著影响。随着冲压速度的增加,铆钉扩张直径逐渐增加,而受载工况下接头微动滑移量逐渐减小;随着铆钉硬度的增加,微动滑移量逐渐增大,而铆钉扩张直径依次减小。数值模拟与试验结果的变化规律一致,据此得出微动滑移量与铆钉扩张直径呈一定反比关系。

自激励式电磁铆接放电电流分析

电磁铆接是一种将电磁能转化为机械能的铆接工艺。传统感应式低电压电磁铆接存在能量利用率低、难以解决高强度大直径铆钉和难成形材料铆钉的铆接等问题。基于自激励式电磁铆接技术,建立放电电流分析模型,通过数值分析与工艺试验探讨自激励式电磁铆接进行大直径铆钉成形的可行性。研究结果表明建立的电磁铆接放电电流分析模型可实现传统感应式和自激励式电磁铆接放电电流分析,分析结果与试验吻合较好;放电能量相同时,自激励式电磁铆接的涡流斥力峰值要远大于感应式的涡流斥力,能有效提高能量利用率,是实现大直径铆钉成形的有效方式;在放电电压为320V时,自激励式电磁铆接可实现直径为10mm的45号钢铆钉的成形,其变形以绝热剪切的方式进行。

基于ABAQUS的气动锤铆研究

为了减少气动锤铆仿真所需的试验参数,并降低气动锤铆仿真的计算难度,基于冲量定理提出一种对气动锤铆进行仿真分析的方法。首先,介绍了气动锤铆原理,并以铆克为对象,对气动铆枪的动力学过程进行了分析,得到单次冲击周期、冲击力峰值和能量转移率的关系式。以此为理论基础,同时基于ABAQUS软件建立了气动锤铆的动力学有限元模型。然后,进行了气动锤铆试验,将试验所对应的铆克质量、冲击力峰值及冲击频率输入了有限元模型。最后,将得到的模型结果和试验结果,从镦头直径、镦头高度以及铆钉直径3个方面进行了对比,模型结果和试验结果的相对误差均在2%以内。结果表明提出的仿真分析方法是正确、有效的。