自动锤铆与手工锤铆铆接力学性能研究

本文通过有限元仿真方法分析锤铆过程中铆钉成形规律,结合铆钉剪切试验、拉脱试验方法对比分析自动锤铆和手工锤铆铆钉力学性能,得出了自动锤铆工艺性能优于手工锤铆的结论。     

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。     

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。     

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。     

基于仿真分析的压铆力预测模型

铆接是飞机结构机械连接的主要方式,压铆力作为影响铆接质量的重要因素,传统的计算方法通常是建立在体积不变的假设之上,且不考虑钉杆材料被压入钉孔部分的体积,导致模型误差较大。为此,依据仿真分析结果和铆钉材料的流动趋势,引入体积缩减系数来描述钉杆被压入钉孔部分的体积,建立压铆力预测模型,并与已有的试验数据进行对比,结果表明计算值与试验值的一致性较好,该模型可以用来预测铆接过程中压铆力的大小。     

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。     

铆模锥度对无头铆钉成型质量影响分析

采用ABAQUS建立了有限元分析模型,对比分析了平铆模和锥形铆模两种铆接方式下铆钉的成形质量。研究结果表明,采用锥形铆模铆接后,钉杆的干涉量增大,提高了结构件的连接可靠性,为无头铆钉在运载火箭舱段装配中的应用提供了依据。     

钛合金铆钉热铆一次合格率提升方法研究

针对现有钛合金铆钉热铆存在的镦头成型不足、镦头表面灼伤、钉头现灰黄色氧化层等问题,分析得出其主要原因是铆接加热时间未精确控制和铆接过程带电,提出了一种钛合金铆钉热铆系统优化方法,基于PLC实现加热时间参数化控制和铆接自动断电功能,通过铆钉加热试验获得多组铆钉温度和对应加热时间数据,采用牛顿插值法得到铆钉加热至目标温度时所需加热时间,形成一套针对不同长度和直径铆钉的热铆工艺参数,最后通过热铆试验确定钛合金铆钉热铆一次合格率获得大幅提升。     

复合材料壳段自动钻铆技术研究

拉铆型环槽铆钉广泛的应用于航天复合材料壳段装配,实现其自动钻铆对提高复合材料壳段的装配效率及装配质量具有重要的影响。本文在概述了环槽铆钉拉铆原理的基础上,综述了国内外关于自动钻铆技术的研究和发展概况,以自动钻铆设备供应商为代表,介绍自动钻铆技术的最新发展,并对常见的自动钻铆系统工作特点及效果做了系统分析,针对复合材料壳段装配特点提出一种自动钻铆技术方案,为实现复合材料壳段的自动钻铆奠定基础。     

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。     

楔形复合材料结构电磁铆接工艺

 针对某型机鸭翼、副翼装配中楔形复合材料结构铆接存在的安装损伤问题,分析了损伤产生的原因,提出采用电磁铆接方法进行铆接。研究了复合材料结构的电磁铆接工艺,通过试验得到了锪窝深度、钉孔间隙、铆钉外伸量等电磁铆接工艺参数,并提出采用斜面铆模铆接楔形复合材料结构。为分析铆接质量,对不同铆接方法的钉杆膨胀情况进行了比较,并采用C扫描对不同铆接方法铆接的接头进行了损伤检测。结果表明：采用电磁铆接工艺能够提高复合材料结构的铆接质量,斜面铆模可以减小安装损伤,能够解决普通铆接方法铆接复合材料结构时存在的问题。     

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。     

基于DEFORM-3D的自封铆接工艺研究

铆接工艺参数对自封铆接干涉量产生重要影响。采用有限元仿真软件DEFORM-3D,以2117-T4材料、直径4mm的半圆头自封铆钉及2024-T3材料的铝板为研究对象,分析自封铆接的3个主要工艺参数钉孔直径、顶铁形状及压铆力对铆接质量的影响。仿真结果表明,钉孔直径范围在4.01~4.02mm,采用凹槽顶铁及较大的压铆力会增加铆接干涉量,提高铆接件的密封性能。     

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。     

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。     

机器人钻铆系统铆接单元及工艺技术

分析铆接工艺,结合机器人钻铆特点,确定自动铆接单元的工艺方案,突破机器人钻铆系统铆枪匹配、铆枪进给、上钉顶铆等关键技术。机器人自动制孔之后,自动铆接单元可以完成送钉、顶铆、铆接等功能,有效提高钻铆效率。     

几种金属材料自冲铆接头的静态失效机理

利用自冲铆连接系统、材料试验机及扫描电子显微镜等设备来研究钛合金、铝锂合金及铝合金自冲铆接头的力学性能与静态失效机理。结果表明:TA1钛合金接头平均最大拉剪载荷(6 285.0 N)在3种接头中最大,8090铝锂合金接头(5 478.3 N)次之,5052铝合金接头(3 217.7 N)最小;不同金属材料自冲铆接头的静态失效模式有很大的区别,TA1钛合金接头出现铆钉从沿晶断裂向韧性断裂转变的失效过程,8090铝锂合金接头出现材料被擦伤与解理断裂的失效过程,5052铝合金接头仅出现材料被擦伤的失效过程。