【摘 要】
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扁平头半空心铆钉的翻铆连接是利用具有一定参数的模具,对铆钉进行扩口外翻成形的一种连接方法,可连接金属或非金属板料,广泛应用于航空航天、船舶、建筑、家具等行业。然而,翻铆变形方式复杂且过程中存在诸多失效形式,因此为使翻铆连接工艺实现工业生产并保证翻铆成形质量,对其翻铆成形机理、翻铆工艺参数条件及成形极限的研究极为重要。针对304不锈钢扁平头半空心厚壁铆钉在翻铆过程中存在的问题,通过有限元模拟、理论分
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扁平头半空心铆钉的翻铆连接是利用具有一定参数的模具,对铆钉进行扩口外翻成形的一种连接方法,可连接金属或非金属板料,广泛应用于航空航天、船舶、建筑、家具等行业。然而,翻铆变形方式复杂且过程中存在诸多失效形式,因此为使翻铆连接工艺实现工业生产并保证翻铆成形质量,对其翻铆成形机理、翻铆工艺参数条件及成形极限的研究极为重要。针对304不锈钢扁平头半空心厚壁铆钉在翻铆过程中存在的问题,通过有限元模拟、理论分析和实验相结合的研究方法,对翻铆成形过程进行深入研究,主要研究内容如下:1)通过轴对称薄壳理建立应力平衡微分方程式,对铆钉外翻变形过程展开分析,得出铆钉外翻过程中翻铆力的计算公式。2)为分析铆钉在翻铆过程出现开裂、褶皱以及腰部镦粗等缺陷所产生的原因,通过有限元结合实验分析铆钉制作及翻铆过程,获得铆钉制作及翻铆时的应力应变、金属流动、硬度分布和显微组织。结果发现,铆钉的空心壁在铆钉制作和翻铆过程中变形量最大,加工硬化严重,且有部分马氏体相变,导致铆钉空心壁部分的延伸率大幅下降。对1mm壁厚的铆钉的翻铆成形极限进行实验研究,得出铆钉的翻铆系数为1.95≤K≤2.30。3)对翻铆成形工艺参数、连杆冲孔形状对翻铆成形质量的影响进行分析,利用正交实验对翻铆工艺参数进行优化,结合翻铆实验对优化翻铆参数进行可行性验证,研究结果如下:铆头凹槽圆弧半径为1.4mm、凹槽倾角为130（33）、铆头内凸台半径为2.11mm时翻铆质量较好;接触摩擦系数为0.1、翻铆速度为5.4mm/s以及铆钉空心壁外露高度为3.5mm时翻铆质量较好;连杆冲孔与铆钉单边间隙为0.2mm且过渡圆角为0.5mm时,翻铆质量最优。将优化后的翻铆参数应用在实验过程中,铆钉的外翻形状良好,未出现铆钉空心壁外区开裂、内区褶皱的现象。实验得出的翻铆力为31.19kN,对比模拟值、理论值与实验值,得出的铆钉翻铆力的模拟值与实验值的误差为4.60%,理论值与实验值的误差为10.58%。4)根据JG/T127 2017要求,利用滑撑疲劳实验机和INSTRON 5982实验机对滑撑疲劳前后的启力、闭力和抗剪性能进行测试。滑撑的启力和闭力要求:启力≤0.4kN,闭力≤0.8kN,经测试多组滑撑在疲劳测试前后的启闭力,得出启闭力均符合国标要求。针对不同热处理状态下的铆钉翻铆件进行抗剪载荷测试,未热处理的铆钉连接的翻铆件在疲劳测试前,最大抗剪载荷10.20kN,疲劳测试后,最大抗剪载荷8.90kN,降低12.7%;热处理后的铆钉连接的翻铆件在疲劳测试前后,最大抗剪载荷8.30kN,降低到7.80kN,降低6.0%。
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