铆模倾角对铆接质量的影响研究

 电磁铆接(EMR)作为一种新的铆接工艺方法,可以使铆钉在铆模型腔内一次完成镦头成形。为了研究铆模构型对EMR质量的影响,通过数值模拟和试验对不同倾角铆模铆接的铆钉镦头、干涉量和残余压应力进行了研究分析。设计疲劳试验对不同倾角铆模铆接的试件进行验证和分析。研究结果表明:铆模倾角对干涉量有较大影响,倾角越小,干涉量越大;采用66°铆模倾角可以实现较理想的干涉配合,接头疲劳寿命最长。     

基于镦头不均匀变形的压铆力建模

压铆力是影响铆接质量的重要参数,其数值的确定主要依赖于经验或简化的理论模型,且不考虑镦头鼓形部分的影响,因而误差较大。依据铆钉材料在压铆过程中的流动趋势,将压铆过程划分为4个阶段,并确定了最大压铆力出现的位置。基于厚壁筒受压进入塑性状态的极限应力分析,建立了镦头不均匀变形的压铆力计算模型,结合体积不变假设得到了镦头圆环部分尺寸,用于压铆力的求解。最后以直径4 mm和5 mm的平锥头铆钉压铆为例,利用ABAQUS软件和G86型钻铆机分别进行数值模拟与压铆实验,对相同压铆力作用下的镦头尺寸进行对比。结果表明,模拟和实验得到的镦头尺寸与理论相比,差别均小于5%,表明该压铆力计算模型具有有效性。     

复合材料斜面压铆和锤铆铆接质量对比分析

通过试验对复合材料斜面机器压铆和手工锤铆两种铆接方法的质量进行评估。评估内容主要包括铆钉的外观质量、复材铆接件的外观质量、无损检测和力学性能测试4个部分。结果表明:压铆的铆钉比复材铆接件的外观质量更好,受人为因素影响小;在无损检测后,压铆后的复材铆接件没有出现分层现象;在力学性能测试部分,压铆的铆接强度优于锤铆的铆接强度。可见在复合材料铆钉中压铆更具有实用性和适用性。     

飞机电磁热铆接系统的设计与实现

在我国第三代战机上采用钛合金、高温合金、不锈钢等大直径铆钉紧固件,需要在高温下进行热铆接.目前采用传统的电烙铁或铆钉直接通电产生电阻热的铆接方法,存在加热不均、效率低、电极接触点易烧熔、操作不方便等缺点.为此,研制了采用电磁感应加热原理的电磁热铆接系统,它和气动铆枪配合使用,具有操作简单、加热速度快、非接触加热等特点,还可以广泛用于民航、汽车、铁路等民用行业.     

基于光学扫描的自动钻铆干涉量研究

针对自动钻铆干涉量研究中难以同时精确测量铆接后的铆钉直径及其对应位置的难题,采用基于光学扫描的测量方法对自动钻铆干涉量进行实验研究。实验件由两块铝锂合金板组成夹层,单层板厚度均为2.4mm,配合沉头铆钉。实验结果表明：基于光学扫描的方法不仅可以精确测量铆钉直径及其位置,还可以得到铆钉直径的全貌分布;自动钻铆的干涉量分布是不均匀的,干涉量最大值出现在镦头一侧,干涉量最小值出现在钉头一侧。分布规律是从镦头到钉头严格依次递减;精密测量得到自动钻铆干涉量离散系数为0.201。     

壁板自动化旋铆工艺应用研究

旋铆是一种铆杆对铆钉局部加压并绕中心连续摆动直到铆钉成形的铆接方法。旋铆成形后的铆钉材料连续无折断、无弯曲、鼓肚镦粗,与铆钉相连的部件毫无变形。某型壁板的铆合运用旋铆工艺提高铆钉的承载能力以及铆合后的表面外观质量。以2017材料的?6铆钉为对象,基于Simufact.Forming有限元软件,运用点轨迹追踪法对其旋铆成形过程进行了数值模拟研究,提取出铆钉变形区某些特定点变形过程中的应力值,并经过数据处理转化为等效应力–行程曲线,进而探讨了旋铆成形的变形机理。针对壁板的结构组成及其装配工艺流程,将旋铆成形的变形机理应用到旋铆设备。通过优化铆接设备的结构,同时将数控技术引入设备中实现自动化加工,提高壁板加工的效率及质量。     

壁板自动钻铆行为及变形分析技术综述

国外航空企业已经大量配备了自动钻铆系统,并广泛应用于飞机装配过程中。国内部分企业虽已经购买了自动钻铆设备,但是在应用过程中正在探索自动钻铆工艺参数优化、铆接过程微小变形控制等问题。本文从自动钻铆的工艺流程出发,分别从理论分析、有限元分析和试验分析3个角度,总结了自动钻铆过程中铆钉和薄壁件的应力应变分析方法,并对各种方法的优劣性进行了分析,最后以复合材料结构件铆接为背景,提出针对复合材料干涉铆接需要解决的关键问题。     

铆钉成形技术研究及性能评价

针对电磁铆接和普通铆接镦头变形差异,建立铆钉成形过程的数学模型,并通过试验验证了有限元模型的合理性,得出了不同铆接工艺铆钉的变形规律;设计了铆钉拉脱试验方法,验证了电磁铆接在成形质量和轴向抗拉强度方面均高于普通铆接,得出了电磁铆接工艺性能优于普通铆接的结论。     

基于Python的ABAQUS二次开发在飞机蒙皮锤铆中的应用

在飞机蒙皮锤铆中,铆钉的变形需要几十次冲击才能实现,锤铆活塞初速度载荷加载循环问题为分析过程带来了困难。提出利用ABAQUS中Python极强的扩展性,通过二次开发得到连续锤铆过程自动分析的软件方法。通过对初速度、分析时间、冲击次数等输入参数的调整,自动完成锤铆仿真分析,使铆钉达到变形要求。与手动单次迭代方法比较,所提出的软件方法及相应仿真程序在保证镦头成型要求情况下极大地提高了锤铆仿真分析的效率,为后续研究工艺参数优化与铆接质量评价等问题带来指导与便利。与锤铆工艺试验的对比分析,验证了仿真结果的正确性。     

机身壁板有头铆钉自动钻铆干涉量研究

通过对飞机机身壁板典型结构的分析,开展有头铆钉自动钻铆干涉量工艺试验,按试验规划设计制作工艺试验件,参考实际生产流程进行制孔、铆接、分解、测量、计算等,得出干涉量数据.分析整理试验数据,从中找出针对机身壁板典型结构的干涉量形成规律.     

无头铆钉成型过程的有限元仿真与试验分析

采用ABAQUS建立有限元分析模型,分析了66°锥形铆模压铆无头铆钉的成型过程。对成型后的试片进行了力学及金相分析,并将结果与普通半圆头铆钉进行对比。研究结果表明,无头铆钉的压铆变形过程为钉杆中间最早涨粗,墩头部分成型,随后钉杆部分逐步与孔壁均匀挤压的过程;随着压铆位移的增加,无头铆钉拉脱强度及剪切强度均呈上升趋势;与传统平铆模成型的半圆头铆钉相比,在锥形铆模的作用下,金属材料向钉杆流动更加均匀,墩头两侧的绝热剪切效应明显弱化。     

飞机壁板自动钻铆机气动送钉技术

送钉系统作为飞机壁板自动钻铆机的重要组成部分,极大地影响着铆接效率和设备的稳定性。对沉头铆钉的软管气力输送系统进行分析,并根据沉头铆钉外形着重对铆钉运动、输送管道内径和管道入口输送气压进行深入研究。通过弯道卡钉分析,并结合铆钉输送动力系数,得到最优的管道内径;理论分析输送铆钉过程中的压强损失,并结合铆钉输送时间,计算得到合适的管道入口输送气压。最后通过不同内径管道送钉的试验验证了输送管道内径的选择方法,通过不同输送气压送钉的试验验证了管道入口输送气压的计算方法。     

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。     

基于对称加载的均匀干涉配合铆接方法

铆接干涉量均匀度是影响飞行器装配接头疲劳寿命、结构铆接变形的重要因素之一。为了提高铆接干涉量均匀度,采用基于应力波加载的电磁铆接双面铆接方法,对对称加载的铆接工艺方法进行了研究。利用应力波传播和叠加原理对对称加载的钉杆应力水平进行理论分析,试验测量了电磁力应力波及其叠加效应。通过工艺试验和微观分析,研究了对称加载方法对铆接质量的影响。研究结果表明:对称加载方法下,双向应力波同步触发,脉冲宽度相等,钉杆理论应力水平高于单面加载;在对称应力波作用下,整体钉杆干涉量均匀,并形成有效干涉,钉头与夹层贴合紧密;对称加载钉孔绝对干涉量更大,平均干涉量大于单面加载14%,干涉量均匀度高出单面加载37.5%,有利于实现连接结构的疲劳寿命增益;对称加载方法引起的结构件铆接变形量小于单面加载,更容易保证装配件外形准确度。     

干涉配合铆接对疲劳强度的影响

通过试验，研究了干涉配合铆接试件相对于普通铆接试件疲劳强度的增益，估算了冠状铆钉干涉配合的填充作用。研究结果表明：在中寿命区，干涉配合铆接的疲劳强度比普通铆接的疲劳强度提高约25％。通过理论计算与试验结果的对比。建议冠状铆钉干涉配合的填充系数可取为0．474。     

CFRP电流辅助铆接的连接域热响应建模与验证

钛合金铆钉变形时易不均匀、易开裂,在碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）铆接过程中引入脉冲电流作用,软化铆钉并改善其塑性。研究了连接域内的热响应机制与温度场分布,基于能量守恒、焦耳热定律、热传导定律构建了静态焦耳热模型表征稳态换热铆接工况下的CFRP温度,考虑铆接过程电流波动、温度分布不均和热区域分散性建立了动态温度场模型预测铆接过程温升。结果表明：CFRP孔周一定辐射半径范围处温度与钉中心温度线性相关,模型准确模拟出了40 s内的过程温度。静态模型在11%误差以内精准预测了中心饱和温度,动态模型模拟的温升趋势与实测温度值吻合较好。热量传递的滞后性使得动态模型对快速温升时的温度预测存在误差,该误差随电流密度变大而增加,最大达17.15%。接头损伤评估表明过程温度控制在150℃内时可获得质量合格的铆接接头。     

Electromagnetic riveting technique and its applications

With the increasing applications of novel materials and structures in new-generation aircraft, conventional joining techniques in aircraft component assembly are greatly challenged. To meet those challenges, the electromagnetic riveting (EMR) technique was developed as an advanced joining tool, which exhibits obvious advantages in the assembly of new-generation aircraft. In this paper, the riveting principle of EMR was analyzed, and its development history and status were presented in detail. Then, equipment features of three typical EMR systems were given. Moreover, three important applications of EMR were covered, i.e., composite structure riveting, titanium rivet and large-size aluminum rivet riveting, and interference fit bolt installation. Specially, a novel strengthening method for mechanical linking holes based on EMR was also presented, which can significantly improve the fatigue behaviors of mechanical joints. Finally, open questions in the EMR field were discussed, and some recommendations for future work were also made. This paper can be useful for optimizing the joint designs of aircraft components and improving the level of aircraft maintenance.