影响，并与传统气动铆接试验对比分析，以此讨论和 评价大直径铝合金铆钌的电磁铆接工艺可行性，为该 工艺技术在航空航天产品的应用提供支持。

 

2电磁铆接试验研究

 

2.1试验条件

 

试验设备固定电容量0.132F，放电电压100‰380V范围可调。试验材料08mm 2A10铝合金铆钉， 其准静态和高应变速率下应力-应变曲线如图1所示。

由图可知，该材料有一定的应变速率敏感性。考虑到 电磁铆接工艺柔性髙的特点，加载速率可调，因此在 应变速率敏感材料铆钉铆接上有优势。被连接材料分 别为4.0mm厚碳纤维复合材料和3.0mm厚铝合金板、 2.0mm厚玻璃钢复合材料和3.0mm厚铝合金板。 08mm铝合金铆钉变形预实验结果表明，随着放电电 压增加，铆钉钉头变形量增加，钉杆直径变大，当放 电电压为380V时，钉头直径为少11.3mm,满足铆接 通用技术条件，因此少8mm 2A10铆钉电磁铆接参数 如表1所示。在电磁铆接试验中，铆钉顶杆伸长量为 9.5mm,铆钉全长根据被铆接材料的厚度而变化。

 

数。孔端口处的复合材料由于受到铆钉钉杆过大的挤 压，造成明显的分层，影响铆接质量。合适钉孔直径 才能使复合材料表面达到较好的铆接质量，且形成比 较理想的干涉配合f21。如孔径过大，铆钉相当于自由 缴粗，无法形成干涉配合，降低连接件抗疲劳寿命。 如孔径过小，复合材料表面极易被铆钉膨胀变形所损 伤，影响铆接质量，而且不易于装配。对于干涉配合 铆接，各层干涉量一般应控制在6%7%左右[3)。

 

根据铆接通用技术条件要求，对于不同直径铆 钉，铆钉钉孔尺寸范围不同，08mm铝合金铆钉钉孔 范围为抓18.4mm，据此本研究所选取的制孔参数 为少8.1mm、08.2mm、刺.3mm和例.4mm,每种制 孔规格做5组试片。将已铆接试片沿轴向剖开，沿杆 径轴向位置取3个测量位置（分别位于两种被铆接材 料中厚度和界面位置），测量已变形杆径，计算干涉 量。另对被铆接件沿钉杆中心线进行铣平、镶嵌，以 进行后续金相观察。

 

测得的变形钉杆直径数据如图2所示，图中位置 1表示铝合金板中厚度处，位置2表示两种被铆接材 料界面处，位置3表示复合材料板中厚度处。由图可 知，同一预制孔径条件下铆接钉杆直径沿轴向分布较 均匀，位置13处最大直径差为0.1mm;另外，在 相同放电电压下，四种间隙下铆钉变形量基本相同。 由实验结果可知，由于钉孔间隙

 

探伤试验采用超声c扫描检测系统，取复合材料 铆接破裂试片进行探伤分析，云图如图3所示，与将 要分析的试片形成参照对比。从图中可以看出，探伤 云图中红色为反射波较强位置，蓝色为反射波较弱位 置，白色为未接收到反射波位置。在云图中中间孔径 位置处便可以看到细小的白色“闪电型”裂纹。对最 佳制孔参数铆接试片进行探伤分析,照片如图4所示。

 

通过超声波探伤可以看出，玻璃钢材料质地相对 碳纤维质地均匀，不过材料本身存在明显缺陷，导致 材料本体探伤云图颜色不一致，但从钉孔位置可以明 显看出，电磁铆接后复合材料没有受到破坏，没有出 现“闪电型”裂纹，证明将最佳设备与工艺参数应用 于铆接件，在保证干涉量的同时铆接效果良好。

 

4气动铆接与电磁铆接性能测试对比分析

 

生产中常用的铆接方式为低压气动铆接，但铆接 能力不足，无法满足大直径高强度的铆钉成形，同时， 气动噪声污染严重，多次锤击导致加工硬化，铆接质 量难以满足要求。因此对前述参数条件下的被铆接件 进行剪切试验、拉脱试验及轴向剖切金相分析，由此 对比电磁铆接与气动铆接的铆接效果，分析和评价大 直径铝合金铆钉电磁铆接工艺的优势及应用可行性。 4.1剪切试验

 

对铝-铝连接试片进行电磁铆接和气动铆接，将 试片两侧接头打磨平整，在万能试验机上进行剪切试 验，测试电磁铆接和气动铆接试片的抗剪强度。

 

 

拉脱试验可以从另一方面评价电磁铆接和气动 铆接效果。对08mm铝合金铆钉铆接试片进行拉脱试 验，试片及其与试验工装照片如图6所示。采用万能 试验机进行拉脱试验，测量并比较两种铆接试片最大 载荷。

图6铆钉拉脱试样及工装

在拉脱试验过程中，发现气动铆接试样的拉断位 置出现在钉头处，而不是铆钉杆部，即钉头被拉碎脱 离，出现此情况原因是钉头内部出现裂纹，造成强度 急剧降低所致；而电磁铆接试样的拉断位置为钉杆 处。气动铆接试样与电磁铆接试样拉脱试验最大载荷 分别为16.4kN和21.1kN,即电磁铆接试样最大载荷 比气动铆接试样髙很多，说明在抗拉脱载荷方面大直 径铆钉电磁铆接接头优于气动铆接。

 

4.3轴向剖切金相分析

 

剪切试验和拉脱试样是从宏观方面来对比两种 铆接方式，金相试验则可以从微观组织角度分析两种 铆接方式对于铝合金板与复合材料的铆接情况，通过 观察钉杆不同位置连接情况来选取适合的铆接方式。 铝合金与碳纤维复合材料铆接试样不同位置观察示 意如图7所示。通过光学金相对图中的位置①、②、 ③处的微观连接情况进行观察。

 

首先将铆接试样沿钉杆中心线剖开镶嵌，经过水 砂纸和金相砂纸打磨后抛光，采用keller试剂腐蚀。 腐蚀后立刻进行金相显微镜观察。

 

由08mm铝合金沉头、圆头铆钉电磁铆接和气动 铆接微观形貌对比可知，沉头铆钉连接效果不如半圆 头铆钉效果好。原因是圆头钉头可以与顶铁直接接 触，受力面较大且受力均勻，而沉头钉头与被连接件 处于同一水平面，在铆接过程中稍有震动，即有可能 使钉杆受力分散。同时气动铆接试样中铆钉与铝合金 板连接的紧密程度明显不如电磁铆接试样。在电磁铆 接试样铆钉与复合材料连接处，铆钉钉杆变形均匀， 与复合材料紧密结合，能实现复合材料的无损伤、髙 性能铆接。

 

5结束语

 

通过对

-文，2008 , 6： 108~109 3葛建峰.电磁镑接工艺研究.西北工业大学硕士学位论文,2005,3:24~ 25

图7碳纤维复合材料-铝合金铆接件 不同位置金相观察示意图

对4组试件最大载荷、抗剪强度做平均处理，所 得到数据如表3所示。从表中可以看出，电磁铆接的 最大载荷和抗剪强度均略优于气动铆接。

 

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