电磁铆接工艺铆钉动态塑性变形及接头性能研究

摘要

电磁铆接是利用电磁能转化为机械能来完成铆钉变形的一种新型铆接工艺，能解决大直径铆钉和高屈强比材料铆钉铆接时铆接力不足的问题。该技术已经在航天航空中广泛使用，也必将在汽车业中逐渐推广。本文基于电磁铆接技术的潜在应用前景，针对2A10铝铆钉和Q235普通碳素钢铆钉，进行电磁铆接数值模拟和工艺试验研究，对比分析了电磁铆接和普通压铆结构铆钉微观组织形貌、接头力学性能以及剪切和疲劳断口。
　　首先，采用有限元分析软件ANSYS以及ABAQUS，分别建立电磁铆接过程中电磁场和结构场的松散耦合模型以及力场和温度场的顺序耦合模型。研究结果表明冲头速度和模拟结果误差较小，铆钉变形可分为钉杆的整体膨胀和镦头的局部镦粗，磁压力和放电电流呈现相同衰减分布的变化趋势，且等效磁压力沿着驱动片径向分布不均，在驱动片半径四分之三位置磁压力达到峰值。
　　其次，为了研究2A10铝铆钉和Q235普通碳素钢铆钉电磁铆接结构（EMR）和普通压铆结构（RPR）的微观组织形貌和力学性能，对两种铆接结构进行了力学性能测试和微观组织以及断口分析。结果表明两种铆钉材料的 EMR结构的最大剪切和拉脱载荷均高于RPR结构。Q235碳素钢铆钉EMR结构的疲劳寿命在多种应力水平下均比RPR结构高。微观形貌显示EMR墩头变形比RPR墩头变形更加剧烈，EMR墩头大部分区域的硬度值高于RPR。
　　最后，为了探索在中、重型载货车车架的装配中以铆替螺的可行性，提出多种以铆代螺替换方案，研究了螺栓结构和多种铆接结构的连接强度和疲劳寿命，并进行连接结构轻量化及成本分析。研究发现2×Φ5钢铆钉结构相比螺栓结构提升38.5％的抗剪性能，同时抗疲劳性能也远好于螺栓连接。此外，铆接结构可实现连接件的大幅度减重和降低成本，具有实际应用前景。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 电磁铆接工艺及研究现状

1.3 电磁铆接过程数值模拟的研究进展

1.4 本课题研究的主要内容

第2章 电磁铆接过程多场耦合数值模拟

2.1 引言

2.2 电磁铆接数值模拟方案

2.3 材料模型的建立

2.4 有限元模型建立

2.5 有限元模拟的验证

2.6 结果分析

2.7 本章小结

第3章 电磁铆接工艺实验研究及成形质量分析

3.1 引言

3.2 试验条件

3.3 2A10铝合金铆钉电磁铆接工艺试验研究

3.4 2A10铝合金铆钉微观组织特性

3.5 碳素钢铆钉电磁铆接工艺试验研究

3.6 本章总结

第4章 以铆代螺可行性探究

4.1引言

4.2试验材料与设备

4.3 以铆代螺方案设计

4.4 连接结构力学性能测试

4.5 连接结构轻量化及成本分析

4.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间取得的科研成果