CN102756067A - 基于超声辅助的干涉铆接方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于超声辅助的干涉铆接方法,包括整体镦粗、铆接成形、保压和卸载四个阶段,在下铆模的下部或上铆模的上部安装一个超声波发生装置,以便在整体镦粗、铆接成形和保压阶段连续提供超声励磁,改变铆孔壁对铆钉变形过程中铆钉材料流动的摩擦阻力及铆钉材料内部流动应力使铆钉材料沿轴向均匀流动,铆钉均匀镦粗。本发明还提供一种基于超声辅助的干涉铆接装置,其包括上铆模(1)、铆钉(2)、上连接板(3)、下连接板(4)、下铆模(5)和超声波发生装置(6)。根据本发明的铆接方法和装置易于实现,铆接质量好,效率高,通过改变超声的施加方式,满足不同工况要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械连接方法,尤其是一种铝合金件的铆接方法,具体地说是一种利用超声激励作用改变铝合金变形过程中材料流动性能的基于超声辅助的干涉铆接方法及装置。
背景技术
众所周知,铆接具有可靠性高、工艺实现简单等其它连接方式不可替代的优点,故而,航空航天飞行器的装配连接大多应用铆接工艺。
目前铆接常见的方法有压铆、锤铆、电磁铆接等。压铆是常用铆接工艺,具有可控性好,效率高等优点,但压铆不能满足均匀的干涉变形;锤铆获得的连接结构质量难以保证,且效率低下;电磁铆接在干涉配合铆接、复合材料结构铆接、干涉配合紧固件安装等方面取得很好的效果,但其加载速率较高,由于材料变形过快,钉头附近易形成绝热剪切带,导致连接过程中铆钉发生剪切破坏,产生微小裂纹。
因此,很有必要在现有方法的基础之上,研究出一种满足铆钉均匀干涉变形以提高铆接结构抗疲劳性能的铆接方法。
发明内容
本发明的目的是针对目前的铆接工艺因材料流动性得不到改善导致铆接质量难以满足要求的问题,提供一种全新的利用超声波原理改善铝合金材料流动性能提高铆接质量的基于超声辅助的干涉铆接方法,同时设计一种相关的铆接装置。
根据本发明的第一个方面,提供一种基于超声辅助的干涉铆接方法,其包括整体镦粗、铆接成形、保压和卸载四个阶段,其中在下铆模的下部或上铆模的上部安装超声波发生装置,以便在整体镦粗、铆接成形和保压阶段连续提供超声励磁,改变铆孔壁对铆钉变形过程中铆钉材料流动的摩擦阻力及铆钉材料内部流动应力使铆钉材料沿轴向均匀流动,铆钉均匀镦粗。
所述的整体镦粗阶段包括:根据连接结构件的尺寸确定铆钉的型号,然后将铆钉插入需铆接的上连接板和下连接板的铆孔内,启动超声波发生装置产生超声激励,同时连接设备的上铆模压向铆钉的端面,以迫使铆钉整体变形镦粗,从而使铆钉的杆体与铆孔的孔壁接触,在整体镦粗阶段中,超声功率为300~3000W,超声频率为20~100KHz,振幅为20~80μm,施加时间不少于3秒。
所述的铆接成形阶段包括:在整体镦粗结束后继续加压,铆钉与铆孔孔壁接触增大,此时超声波发生装置持续产生超声激励,由于超声的表面效应与体积效应的作用,降低了铆孔的孔壁对铆钉的材料流动的摩擦阻力与钉杆内部材料的流动应力,铆钉的材料沿轴向均匀流动,使得铆钉均匀镦粗,并在铆钉的伸出端形成镦头,将上连接板和下连接板连接,完成铆接成形过程;在铆接成形阶段中,超声功率为300~3000W,超声频率为20~100KHz,振幅为20~80μm,施加时间不少于3秒。
所述的保压阶段包括:在铆接变形结束后保持所加压力平稳,同时使超声波发生装置继续提供稳定的超声激励不少于5秒,以保证铆钉充分变形,在保压阶段中,超声功率为300~3000W,超声频率为20~100KHz,振幅为20~80μm。
根据本发明的第二个阶段,提供一种基于超声辅助的干涉铆接装置,所述干涉铆接装置包括:上铆模、铆钉、上连接板、下连接板和下铆模,所述上连接板和下连接板相互堆叠并置于所述上铆模和所述下铆模之间,所述铆钉置于所述上连接板和所述下连接板的铆孔内,所述上铆模与所述铆钉的钉杆端面接触,所述下铆模与所述铆钉的钉头接触,所述上铆模的上方或所述下铆模的下方设有超声波发生装置,以便在铆接的整体镦粗、铆接成形和保压阶段中连续提供超声激励。由上铆模传递压铆力至铆钉上,同时运用超声波发生装置发出超声激励传至铆钉,铆钉受F作用,钉杆开始变形,同时,受超声激励的表面效应影响,克服了铆钉与上连接件及下连接件上的铆孔孔壁的摩擦阻力及铆钉材料内部流动应力,使铆钉沿钉杆方向均匀变形。
本发明的有益效果:
1.本发明的基于超声辅助的干涉铆接工艺方法可操作性能强,工作效率高,适用范围广泛,可用于各类航空壁板类组件连接。
2.本发明的基于超声辅助的干涉铆接工艺方法,可克服现有技术中铆接结构干涉量均匀性不高和抗疲劳性能不足等缺陷;
3.本发明加工制备得到的铆接结构,结构稳固牢靠耐用、干涉量均匀性高,同比可提高50%以上。
4.本发明的铆接装置结构简单,易于实现。通过改变超声的施加方式,满足不同工况要求。
附图说明
图1是本发明的铆钉安装待镦粗时的结构示意图;
图2是本发明的整体镦粗阶段的结构示意图;
图3是本发明的铆接成形和保压阶段结束后铆钉变形状态示意图;及
图4是本发明的上铆模离开铆钉卸压状态时的结构示意图。
附图标记说明
1上铆模
2铆钉
3上连接板
4下连接板
5下铆模
6超声波发生装置
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-4所示,基于超声辅助的干涉铆接装置主要包括:上铆模1、铆钉2、上连接板3、下连接板4、下铆模5和超声波发生装置6,上连接板3和下连接板4相互堆叠并置于上铆模1和下铆模5之间,铆钉2置于上连接板3和下连接板4的铆孔内,上铆模1与铆钉2钉杆端面接触,下铆模5与铆钉2的钉头接触,下铆模5与超声波发生装置6相接触,超声波发生装置6的超声波通过下铆模5传递至铆钉2中。在本实施例中,超声波发生装置6布置在下铆模5的下方,但是在其它实施例中,超声波发生装置6还可布置在上铆模1的上方。由上铆模1传递压铆力F至铆钉2上,同时运用超声波发生装置6发出超声激励传至铆钉2,铆钉2受F作用,钉杆开始变形,同时,受超声激励的表面效应影响,克服了铆钉2与上连接件3及下连接件4上的铆孔孔壁的摩擦阻力及铆钉2材料内部流动应力,使铆钉2沿钉杆方向均匀变形。
下面详细描述根据本发明的基于超声辅助的均匀干涉铆接方法,包括以下步骤:
步骤1:如图1所示,根据连接构件的尺寸确定铆钉2的直径和长度,将铆钉2置于在上连接件3和下连接件4上预制的铆接孔内。然后,控制下铆模5与铆钉2的钉头及上铆模1与铆钉2的钉杆端面贴合,保证上铆模1、下铆模5及铆钉2的轴心线重合,同时在下铆模5的下部安装好超声波发生装置6。
步骤2:如图2所示,对上铆模1施加压铆力F,上铆模1压向铆钉端面迫使铆钉整体变形镦粗,从而使铆钉杆体与铆孔孔壁接触,整体镦粗阶段的超声功率为300~3000W,超声频率为20~100KHz,振幅为20~80μm,施加时间不少于3秒。
步骤3:如图3所示,整体镦粗结束后继续加压,铆钉3的铆杆与铆孔孔壁接触增大,此时超声波发生装置6持续产生超声激励,由于超声的表面效应与体积效应的作用,降低了铆孔孔壁对铆钉2钉杆材料流动的摩擦阻力与钉杆内部材料的流动应力,使铆钉的材料沿轴向均匀流动,铆钉均匀镦粗,并在铆钉的伸出端形成镦头,将上连接板和下连接板连接,完成铆接成形过程;在铆接成形过程中需要保持的超声功率为300~3000W,超声频率为20~100KHz,振幅为20~80μm,施加时间不少于3秒。
步骤4:如图3所示,保持施加的压铆力稳定,超声波发生装置6继续提供稳定的超声激励,使铆钉充分变形,保压阶段的超声功率为300~3000W,超声频率为20~100KHz,振幅为20~80μm,保压时间为5秒。
步骤5:如图4所示,使上铆模1离开铆钉2,上铆模1与铆钉2的顶杆断面分离,铆钉与连接孔均匀干涉配合,关闭超声波发生装置6,将试件取下即可。
具体实施时可通过改变铆接成形过程中的超声激励的施加方式、超声频率、振幅、施加时间等工艺参数达到不同的铆接效果,实现铆接结构均匀干涉量,以满足不同工况要求。
本发明利用超声辅助的铆接方法所加工的铝合金铆接件的干涉量比传统的压铆提高30%以上,比锤铆提高50%以上,且可以满足干涉量均匀分布于铆钉杆。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已,并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰,都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于超声辅助的干涉铆接方法,其包括整体镦粗、铆接成形、保压和卸载四个阶段,
其特征在于,在下铆模的下部或上铆模的上部安装超声波发生装置,以便在整体镦粗、铆接成形和保压阶段中连续提供超声激励,改变铆孔壁对铆钉变形过程中铆钉材料流动的摩擦阻力及铆钉材料内部流动应力,以使铆钉材料沿轴向均匀流动,铆钉均匀镦粗。
2.根据权利要求1所述的基于超声辅助的干涉铆接方法,其特征在于,
所述整体镦粗阶段包括:根据连接结构件的尺寸确定铆钉的型号,然后将铆钉插入需铆接的上连接板和下连接板的铆孔内,启动所述超声波发生装置来产生超声激励,同时连接设备的上铆模压向所述铆钉的端面,以迫使所述铆钉整体变形镦粗,从而使所述铆钉的杆体与所述铆孔的孔壁接触;
其中,在所述整体镦粗阶段中,超声功率为300~3000W,超声频率为20~100KHz,振幅为20~80μm,施加时间不少于3秒。
3.根据权利要求1所述的基于超声辅助的干涉铆接方法,其特征在于,
所述铆接成形阶段包括:在整体镦粗结束后继续加压,所述铆钉与所述铆孔的孔壁接触增大,此时所述超声波发生装置持续产生超声激励,由于超声的表面效应与体积效应的作用,降低了所述铆孔的孔壁对所述铆钉的材料流动的摩擦阻力与所述铆钉的杆体内部材料的流动应力,所述铆钉的材料沿轴向均匀流动,使得所述铆钉均匀镦粗,并在所述铆钉的伸出端形成镦头,将上连接板和下连接板连接,从而完成铆接成形过程;
其中,在所述铆接成形阶段中,超声功率为300~3000W,超声频率为20~100KHz,振幅为20~80μm,施加时间不少于3秒。
4.根据权利要求1所述的基于超声辅助的干涉铆接方法,其特征在于,
所述保压阶段包括在铆接变形结束后保持所加压力平稳,同时使所述超声波发生装置继续提供稳定的超声激励不少于5秒,以保证所述铆钉充分变形;
其中,在所述保压阶段中,超声功率为300~3000W,超声频率为20~100KHz,振幅为20~80μm。
5.一种基于超声辅助的干涉铆接装置,其特征在于,所述干涉铆接装置包括:上铆模(1)、铆钉(2)、上连接板(3)、下连接板(4)、和下铆模(5),所述上连接板(3)和下连接板(4)相互堆叠并置于所述上铆模(1)和所述下铆模(5)之间,所述铆钉(2)置于所述上连接板(3)和所述下连接板(4)的铆孔内,所述上铆模(1)与所述铆钉(2)的钉杆端面接触,所述下铆模(5)与所述铆钉(2)的钉头接触,所述上铆模(1)的上方或所述下铆模(5)的下方设有超声波发生装置(6),以便在铆接的整体镦粗、铆接成形和保压阶段中连续提供超声激励。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant |