铆钉成形技术研究及性能评价.pdf

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1、铆钉成形技术研究及性能评价StudyonUpsettingTechniqueofRivetsandRatingofMerits中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司赵建国郭洪杰董帅【摘要】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。关键词：铆钉成形有限元模型拉脱强度性能评价【ABSTRACT】Finiteelem

2、entmodelonprocessofupseRingrivetsisbuilttoexplorerivetendingvariancebe—tweenelectromagneticrivetingandhammerriveting．Thefiniteelementmodelisverifiedbyrivetexperiment，basedonwhichregularityofupseaingrivetsisobtained．Inordertodeterminepull—offstrengthofrivetendingv

3、ariance，ten—sileexperimentisdesigned，whichproveselectromagneticrivetingprocessingpropertyisbeRerthanhammerrivet-ing．Keywords：UpsettingrivetFiniteelementmodelPull-OffstrengthRatingofmeritDoI：10．16080巧．issnl671-833x．2015．23／24．114铆接技术具有工艺简单、连接强度稳定、检查和排除故障容易、对复杂结构的适

4、应性强等优点，在飞机生产过程中获得了大量应用。但是，普通锤铆铆接件结构强度低、铆钉变形量大、操作环境差、工作强度高，已不能满足新一代飞机的研制要求。电磁铆接成形时间短，钉杆膨胀和镦头成形几乎同步完成，钉杆和钉孔间形成的干涉量比较均匀，当钉孔间隙较大或夹层较厚时仍能实现较好的干涉配合，利于提高飞机结构的疲劳寿命，而且电磁铆接为一次成形，铆钉材料不易产生加工强化，适用于难于成形材料以及大直径铆钉的铆接，此外，电磁铆接还具有噪音低、后坐力小、铆接工艺质量稳定的优点。20世纪60年代，波音公司最早意识到传统铆接工艺难以满足新机型

5、、新材料的工艺需求，率先开展了电磁铆接技术研究，并于1968年申请了强冲击电磁铆接装置的专利，解决了普通铆接存在的问题，从此114航空制造技术·2015年第23／24期拉开了电磁铆接工艺研究的序幕。1986年ZieveⅢ研制成功低压电磁铆接设备，解决了高压电磁铆接的缺陷，使电磁铆接技术得到较快发展。1988年Peter【2】将原来需-lOkV的工作电压降到o．5，1．OkV，并成立了Eleetroimpact公司，其产品已广泛用于世界各地飞机制造行业，如波音767、空客380等飞机机身复合材料连接均采用了电磁铆接技术。俄

6、罗斯伏尔加航空科学技术中心研制的YMK一6AM、YMK一8AM电磁铆接设备已用于IL一86、TY一154飞机的生产，研制的YMKCH3装置已用于发动机燃烧室筒体cr—Ni钢等铆接。国内电磁铆接技术研究相对较晚，具有代表性的有西北工业大学的曹增强【31和哈尔滨工业大学的李春风等嗍。电磁铆接工艺应用研究相当重要，华盛顿大学Reinhal等[51考虑到电磁铆接的材料动力响应与普通铆接不同，通过试验计算得出铆模的形状对成形质量有较大影响的结论，电磁铆接不能采用普通铆接所用的铆模。Vincent等[61提出了加载速率是影响铆接质量

7、的重要参数。此外，铆钉材料、铆钉规格、钉孔间隙、垫圈和镦头形状尺寸的不同对电磁铆接工艺均有较大影响【7】。国内设备总体性能仍落后于国外，各大主机厂主要是在引进国外先进设备的基础上，开展相关的应用研究，如中航工业北京航空制造工程研究所于1999年从俄罗斯引进两台电磁铆接设备，将电磁铆接工艺应用于机翼整体油箱的铆接，中航工业西飞于2008年从美国Electroimpact公司引进了双枪电磁铆接设备，用于无头铆钉的铆接。电磁铆接与普通锤铆镦头变形差别较大，为保证铆接质量和连接强度，开展铆钉镦头成形技术研究及相关评价方法至关重要

8、。1铆钉镦头成形数值分析铆钉铆接过程中，不可避免产生加工强化，影响金属的塑性性能。断面收缩率是金属材料塑性性能的表征，由文献[8卜【9】可知，断面收缩率随着变形速度的增加而增加，加工强化效果降低，塑性损失减小。电磁铆接为单次应力波载荷，普通锤铆为多次冲击载荷，两种铆接方式铆钉变形速率不同，材料发生加工强化的程度不同，