RU2810473C1 - Method for manufacturing lap joints from dissimilar materials - Google Patents

Method for manufacturing lap joints from dissimilar materials Download PDF

Info

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
Application number
RU2023118593A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Георгиевич Людмирский
Александр Владимирович Крамской
Семен Семенович Ассауленко
Станислав Павлович Камышанов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2810473C1 publication Critical patent/RU2810473C1/en

Links

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the production of heterogeneous lap joints and can be used in the transport industry, namely in automotive, aviation, railway and other areas of industry where the production of difficult-to-weld materials is required. The invention is characterized by making holes in the lower, more refractory part, placing and securing a part made of a lower-melting metal on it, and deepening into this part by 0.2-0.3 mm a rotating cylindrical tool mounted at an angle ϕ equal to 1-5°, and moving it forward at an angle, whereas the holes are made in the form of an ellipse with a larger axis located perpendicular to the acting force.
EFFECT: reduced stress in riveted joints.
1 cl, 4 dwg, 1 tbl

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.

ТаблицаTable Максимальные напряжения в нахлёсточных соединениях в зависимости от формы заклёпкиMaximum stresses in lap joints depending on the shape of the rivet Форма
заклёпки
Form
rivets
Размеры заклёпки, ммRivet dimensions, mm Площадь заклёпки, мм2 Rivet area, mm 2 Максимальное значение напряжений, МПаMaximum stress value, MPa
Цилиндрическая Cylindrical Диаметр = 6Diameter = 6 28.2728.27 σ=24,1 МПаσ=24.1 MPa ЭллиптическаяElliptical Длина продольной полуоси = 2
Длина поперечной полуоси = 4,5
Longitudinal axle length = 2
Cross shaft length = 4.5
28.2728.27 При длине поперечной полуоси эллипса равной 4,5 мм, расположенной перпендикулярно действующей силе σ=16,2 МПаWith a length of the transverse semi-axis of the ellipse equal to 4.5 mm, located perpendicular to the acting force σ = 16.2 MPa

Claims (1)

Способ изготовления нахлёсточных соединений из разнородных материалов, включающий выполнение отверстий в нижней, более тугоплавкой детали, размещение и закрепление на ней детали из более легкоплавкого металла, заглубление в деталь из более легкоплавкого металла на 0,2-0,3 мм вращающегося цилиндрического инструмента, установленного под углом ϕ, равным 1-5°, и перемещение его углом вперед, отличающийся тем, что отверстия выполнены в виде эллипса с большей осью, расположенной перпендикулярно действующему усилию.A method for manufacturing lap joints from dissimilar materials, including making holes in the lower, more refractory part, placing and securing a part made of a lower-melting metal on it, deepening a rotating cylindrical tool installed into the part made of a lower-melting metal by 0.2-0.3 mm at an angle ϕ equal to 1-5°, and moving it forward at an angle, characterized in that the holes are made in the form of an ellipse with a larger axis located perpendicular to the acting force.
RU2023118593A 2023-07-13 Method for manufacturing lap joints from dissimilar materials RU2810473C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2810473C1 true RU2810473C1 (en) 2023-12-27

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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