RU2810473C1 - Method for manufacturing lap joints from dissimilar materials - Google Patents
Method for manufacturing lap joints from dissimilar materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810473C1 RU2810473C1 RU2023118593A RU2023118593A RU2810473C1 RU 2810473 C1 RU2810473 C1 RU 2810473C1 RU 2023118593 A RU2023118593 A RU 2023118593A RU 2023118593 A RU2023118593 A RU 2023118593A RU 2810473 C1 RU2810473 C1 RU 2810473C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holes
- angle
- joints
- lap joints
- rivet
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к получению разнородных нахлесточных соединений и может использоваться в машиностроении и в транспортной индустрии, а именно в конструкциях автомобильной, авиационной, железнодорожной и в других областях промышленности, где требуется получение трудно свариваемых материалов.The invention relates to the production of heterogeneous lap joints and can be used in mechanical engineering and in the transport industry, namely in automotive, aviation, railway and other areas of industry where the production of difficult-to-weld materials is required.
Известен способ получения разнородных деталей при помощи заклепок, которые позволяют соединять неподдающиеся сварке плавлением материалы. Патент (см. RU2006691C1, F16B19/08 «Заклепка и инструмент для ее постановки»).There is a known method for producing dissimilar parts using rivets, which allow joining materials that cannot be welded by fusion. Patent (see RU2006691C1, F16B19/08 “Rivet and tool for setting it”).
Заклёпка - это деталь заклёпочного соединения выполнена в виде круглого стержня, с одной стороны имеющая закладную головку и образующуюся в процессе клёпки замыкающую головку.A rivet is a part of a riveted connection made in the form of a round rod, on one side having a filling head and a closing head formed during the riveting process.
Способ соединения заключается в том, что в предварительно подготовленные отверстия в деталях или листах вставляют заклёпки и расклёпывают их.The joining method is that rivets are inserted into pre-prepared holes in parts or sheets and riveted.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является технология получения сталеалюминиевых соединений STIR-LOCK, (см. Friction stir technology - recent developments in process variants and applications [Электронныйресурс] / Staines D.G., Thomas W.M., Kallee S.W. and Oakley P.J. - United Kingdom: TWI Ltd, 2006. - Режим доступа http://www.twi.co.uk/content/spwmtoct2006.html. - Загл. с экрана.). Соединение получают следующим образом. Вначале в более тугоплавкой пластине выполняют отверстия. Пластину закрепляют, и на нее сверху укладывают и закрепляют пластину из менее тугоплавкого и более пластичного металла (алюминиевый сплав). Затем вращающийся инструмент в виде цилиндра, установленный под углом 1-5° по отношению к вертикальной оси опускают к собранным деталям и внедряют в более пластичную из них на глубину 0,2-0,5 мм. При этом происходит нагрев и пластифицирование верхней детали, а инструмент перемещается вдоль отверстий углом вперед. При этом пластифицированный металл, перемещающийся над отверстием, заполняет их. Таким образом, образуется механическое соединение с заклепкой из тела более легкоплавкого металла.The closest in technical essence and achieved result is the technology for producing steel-aluminum joints STIR-LOCK, (see Friction stir technology - recent developments in process variants and applications [Electronic resource] / Staines D.G., Thomas W.M., Kallee S.W. and Oakley P.J. - United Kingdom: TWI Ltd, 2006. - Access mode http://www.twi.co.uk/content/spwmtoct2006.html - Caption from screen.). The connection is obtained as follows. First, holes are made in the more refractory plate. The plate is fixed, and a plate made of a less refractory and more ductile metal (aluminum alloy) is placed on top of it and secured. Then a rotating tool in the form of a cylinder, installed at an angle of 1-5° relative to the vertical axis, is lowered to the assembled parts and inserted into the more plastic one to a depth of 0.2-0.5 mm. In this case, the upper part is heated and plasticized, and the tool moves along the holes at an angle forward. In this case, the plasticized metal moving over the hole fills them. Thus, a mechanical connection is formed with the rivet from a body of more fusible metal.
Недостатком является то, что для снижения напряжений в цилиндрических заклепочных соединениях требуется увеличение их диаметра, а это приводит к росту требуемого объема пластифицированного металла.The disadvantage is that to reduce stress in cylindrical rivet joints, an increase in their diameter is required, and this leads to an increase in the required volume of plasticized metal.
Задачей изобретения является снижение напряжений в заклепочных соединениях без увеличения требуемого объема пластифицированного металла.The objective of the invention is to reduce stress in rivet joints without increasing the required volume of plasticized metal.
Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления нахлёсточных соединений, состоящих из разнородных материалов, характеризующийся выполнением отверстий в нижней более тугоплавкой детали, размещением и закреплением на ней детали из более пластичного металла, заглублением в эту деталь на 0,2-0,3 мм вращающегося цилиндрического инструмента, установленного под углом ϕ=1-5°, и перемещением его углом вперед, при этом отверстия выполнены в виде эллипса с большей осью, расположенной перпедикулярно действующему усилию.The essence of the invention lies in the fact that a method for manufacturing lap joints consisting of dissimilar materials, characterized by making holes in the lower, more refractory part, placing and securing a part made of a more ductile metal on it, deepening 0.2-0.3 mm into this part a rotating cylindrical tool installed at an angle ϕ=1-5°, and moving it forward at an angle, while the holes are made in the form of an ellipse with a larger axis located perpedicular to the acting force.
Технический результат достигается тем, что в способе получения нахлёсточного соединения деталей из разнородных материалов, включающем выполнение в детали из более тугоплавкого материала, отверстий выполненых в виде эллипса с большей осью, расположенной перпендикулярно действующему уисилию.The technical result is achieved by the fact that in the method of producing lap joints of parts made of dissimilar materials, which includes making parts made of a more refractory material, holes are made in the form of an ellipse with a larger axis located perpendicular to the acting force.
Предлагаемый способ получения нахлёсточных соединений путём выполнения эллиптических заклёпок позволяет получить следующие преимущества:The proposed method for producing lap joints by making elliptical rivets allows you to obtain the following advantages:
- Снижаются напряжения в заклепочных соединениях без увеличения обьема пластифицированного металла, что повышает несущую способность нахлесточных заклепочных соединений.- Stresses in rivet joints are reduced without increasing the volume of plasticized metal, which increases the load-bearing capacity of overlap rivet joints.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на:The essence of the invention is illustrated by the drawing, where:
фиг. 1 - представлена схема процесса получения нахлесточного заклепочного соединения;fig. 1 - shows a diagram of the process of obtaining an overlap rivet connection;
фиг. 2 - схема нагружения заклепочных соединений представленная с обратной стороны (стали 20) нахлесточного заклепочного соединения;fig. 2 - loading diagram of rivet joints shown on the reverse side (steel 20) of an overlap rivet joint;
фиг. 3 - результаты расчета напряжений в нахлесточном соединении с цилиндрическими заклепками, который выполнен методом конечных элементов (МКЭ), σmax=24,1 МПа;fig. 3 - results of stress calculation in a lap joint with cylindrical rivets, which was performed using the finite element method (FEM), σ max =24.1 MPa;
фиг. 4 - результаты расчета напряжений МКЭ в нахлесточном соединении с эллипсовидными заклепками, σmax=16,2 МПа.fig. 4 - results of calculating FEM stresses in a lap joint with ellipsoidal rivets, σ max =16.2 MPa.
Для осуществления способа используется цилиндрический инструмент с плоским торцом позиция 1, деталь из более тугоплавкого материала (сталь 20) 2 в качестве нижней пластины, в которой выполнены отверстия 3 и деталь из более легкоплавкого материала - алюминиевого сплава АМг6М 4 - верхняя пластина, а также полученные в результате осуществления способа заклепки из сплава АМг6М 5.To implement the method, a cylindrical tool with a flat end, position 1, a part made of a more refractory material (steel 20) 2 is used as a lower plate, in which holes 3 are made, and a part made of a more fusible material - aluminum alloy AMg6M 4 - is the upper plate, as well as the resulting as a result of implementing the rivet method from AMg6M 5 alloy.
Способ изготовления нахлесточных соединений из разнородных материалов осуществляется следующим образом: отверстия 3 в нижней пластине 2 (более тугоплавкой детали) выполняют в виде эллипса с большей осью, расположенной перпендикулярно действующему усилию. Размещается и закрепляется на ней деталь из более пластичного металла 4. При сварке ось инструмента 1 наклонена на угол ϕ=1-5 относительно нормали. Вначале инструмент 1, вращаясь с заданой скоростью, погружается в свариваемый металл верхней более пластичной детали 4 на глубину 0,2-0,3 мм и перемещается вдоль отверстий 3. В результате воздействия термического цикла и деформационного воздействия инструмента 1, перед ним (инструментом) образуется волна пластифицированного металла, которая перемещаясь над отверстиями 3 заполняет их, образуя эллиптическую заклепку 5.The method for manufacturing lap joints from dissimilar materials is carried out as follows: holes 3 in the lower plate 2 (a more refractory part) are made in the form of an ellipse with a larger axis located perpendicular to the acting force. A part made of more ductile metal 4 is placed and fixed on it. During welding, the axis of the tool 1 is tilted at an angle ϕ=1-5 relative to the normal. First, tool 1, rotating at a given speed, is immersed in the welded metal of the upper, more plastic part 4 to a depth of 0.2-0.3 mm and moves along the holes 3. As a result of the influence of the thermal cycle and the deformation effect of tool 1, in front of it (tool) a wave of plasticized metal is formed, which, moving over the holes 3, fills them, forming an elliptical rivet 5.
Результаты расчета напряжений в заклепочных соединениях, выполненные методом конечных элементов (МКЭ), представленные на фиг. 3, 4 показали, что при равных площадях заклепок, соединения выполнные в виде эллипсов имеютпониженное напряженное состояние.The results of stress calculations in riveted joints performed using the finite element method (FEM), presented in Fig. 3, 4 showed that with equal areas of rivets, connections made in the form of ellipses have a reduced stress state.
Результаты расчетов приведены в таблице.The calculation results are shown in the table.
заклёпкиForm
rivets
Длина поперечной полуоси = 4,5Longitudinal axle length = 2
Cross shaft length = 4.5
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2810473C1 true RU2810473C1 (en) | 2023-12-27 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2271908C2 (en) * | 2000-07-25 | 2006-03-20 | Эадс Дойчланд Гмбх | Method for friction welding by means of laser at agitation |
RU2443526C1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-02-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method of jointing heterogeneous materials |
RU2446927C1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет"(ДГТУ) | Method of producing joint of heterogeneous materials |
US8434661B2 (en) * | 2010-06-18 | 2013-05-07 | Battelle Memorial Institute | Friction stir welding tool and process for welding dissimilar materials |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2271908C2 (en) * | 2000-07-25 | 2006-03-20 | Эадс Дойчланд Гмбх | Method for friction welding by means of laser at agitation |
US8434661B2 (en) * | 2010-06-18 | 2013-05-07 | Battelle Memorial Institute | Friction stir welding tool and process for welding dissimilar materials |
RU2443526C1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-02-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method of jointing heterogeneous materials |
RU2446927C1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет"(ДГТУ) | Method of producing joint of heterogeneous materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5333459B2 (en) | Welded structure and welding method | |
JP5234185B2 (en) | Welded structure and welding method | |
CZ287673B6 (en) | Welding process of parts by friction under motion | |
US20090305077A1 (en) | Friction welded part, suspension rod formed of the friction welded part, and joining method | |
JP2009523965A (en) | 方法 Method for forming a connection and 鋲 for the same | |
CN110773860A (en) | Forming ring for aluminum alloy drawing type friction plug welding and welding method thereof | |
JP2024019286A (en) | Laser welding method | |
RU2719114C1 (en) | Structural element for vehicle (embodiments) | |
KR101152093B1 (en) | Method for manufacturing of an automove part in the form of torsion profile | |
RU2810473C1 (en) | Method for manufacturing lap joints from dissimilar materials | |
JP2009090354A (en) | Joining device, joining method and metal-joined body | |
CN105817785A (en) | Laser welding method for variable-thickness variable-section thin-wall workpiece | |
CN114211144B (en) | Friction stir double-rivet welding method for dissimilar alloy | |
US10981253B2 (en) | Structure having stress protected groove weld and structural members forming the same | |
JP6854139B2 (en) | Manufacturing method of the front structure of the car body | |
JP6544337B2 (en) | Cold formed square steel pipe and beam-to-column connection | |
KR20130069204A (en) | Anvil unit for self-piercing rivet system and used the same | |
WO2017056872A1 (en) | Vehicle front structure and method for manufacturing same | |
JP6597339B2 (en) | Evaluation method for structural member and evaluation member used therefor | |
JP3899008B2 (en) | Method for improving fatigue strength of butt welded joints | |
KR102133985B1 (en) | Adhering structure of different kinds materials | |
KR920009985B1 (en) | Method for providing a tubular node in a frame work truss structure such as offshore platforms for oil drilling and production | |
EP3610965A1 (en) | Method of manufacturing a welding stud | |
JP2004148333A (en) | Method for enhancing fatigue strength of lap fillet joint | |
JP2020513324A (en) | STRUCTURE HAVING STRESS-PROTECTED GROOVE WELDING AND STRUCTURAL MEMBER FORMING THE SAME |