對比自動錘鉚與手工錘鉚鉚接力學(xué)性能

肖定軍　荊代偉

【摘要】提速我國經(jīng)濟必然對交通運輸有著必然的聯(lián)系，而在交通運輸中作為高速發(fā)展也目前最高效、最高精尖的航天航通事業(yè)是我國不僅在經(jīng)濟，同樣在軍事、教育方面都十分看重的行業(yè)。其發(fā)展的成敗，必定鑄就這個國家的成敗。所以著眼航天航通事業(yè)發(fā)展不僅是無數(shù)中國人的期盼，也是無數(shù)業(yè)內(nèi)人式最基本的從事理念。

【關(guān)鍵詞】自動錘鉚手工錘鉚鉚接力學(xué)性能

在航天航空事業(yè)中，對于飛機設(shè)計設(shè)定是無數(shù)國人的夢想也是無數(shù)國人的痛。飛機中無數(shù)的鉚接技術(shù)，以其普遍性雖早已有人探索，但是正是應(yīng)為其足夠普遍，所以飛機制造的每個環(huán)節(jié)都起到了不可取代的關(guān)鍵作用。隨著發(fā)展，在錘鉚釘也有了自動和手工兩種類型。而本文也是通過對比自動錘鉚與手工錘鉚在鉚接方面的力學(xué)性能，從而分析錘鉚釘?shù)膶嵱眯訹1]。

一、錘鉚釘在錘鉚過程中鉚接成型模擬分析

針對航天航空產(chǎn)品來說，鉚接釘裝工藝中，自動化錘鉚和手工化錘鉚有著較大的區(qū)別。首先模擬實驗要做到有限元建模，這里主要通過自動化錘鉚為例子。在有限元建模中，必須要利用到ANSYS從而做到幾乎1比1還原真實自動化錘鉚全過程表現(xiàn)，通過上下兩層連接板材和鉚釘，在對稱結(jié)構(gòu)下，進行三項對稱模型類比建模。其中不可忽視的一點是，由于鉚接板材以及鉚釘皆為陽性元素，而在其兩者兼得變化量則為陰性元素。在此次限元建模中，板材和鉚釘充斥部分形狀規(guī)則，以四邊形原則進行規(guī)劃、分，用網(wǎng)狀格自由劃分鉚釘頭。在采用的被鉚接的材料中一種屬于屈服強度偏小的，另一種則是屬于屈服強度偏大的[2]。

在以厚度為3毫米的雙層板材鉚接直接將近4mm的鉚釘?shù)倪^程中，其鉚釘頭出現(xiàn)了不同程度的變形，通過觀察其變形過程，如下可得知，在鉚接過程中鉚釘頭變形存在兩個階段，一階段是，與打孔壁面觸碰前，釘桿呈現(xiàn)整體擠壓變粗變形。而在第二階段是，當釘頭持續(xù)打入板材壁內(nèi)，反倒是壁內(nèi)受控鉚釘前部未受到變化劇烈的變形，而在壁外鉚釘后部產(chǎn)生了強烈局部粗化從而變成完整的墩頭。

從而發(fā)現(xiàn)鉚釘在錘鉚過程中，鉚釘結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，且通過擴大自身與板材間接觸面，更加穩(wěn)固與板材間的連接，而自動錘鉚讓鉚釘變形較小，與手工錘鉚在力學(xué)性能存在一定差別。

二、自動錘鉚與手工錘鉚鉚接力學(xué)性能類比分析

鉚接接頭進行破壞裁剪等試驗后，測試接頭的強度。從而得出自動錘鉚與手工錘鉚鉚接相對力學(xué)性能對比，其中的剪切力和拉脫力同時考慮到鉚接質(zhì)量。最終呈現(xiàn)結(jié)果如下：

將直徑分別為Φ4MM、Φ5MM、Φ6MM的鉚釘打入厚度為3MM，使得在長為40MM寬為30MM的板材打入釘入位置為Φ4MM的鉚釘板材四周邊緣與鉚釘各保持15MM，中間連接多板連接位置用Φ5MM或Φ6MM鉚釘打入使得板材四周邊緣與鉚釘各保持14MM，如此兩側(cè)板材存在剪切后往外擴張力、而中間連接處有上下拉脫力。

然后通過對限元仿真建模實驗中分析其二者間的受力變化，在鉚釘接頭受到裁剪承重直到被破壞的階段，其中經(jīng)歷了力量加載到鉚釘值受擠壓承受力最大值直至鉚釘被剪裂這3大經(jīng)歷。而在力量加載中，因為遭受外剪切力負載的作用，產(chǎn)生了塑化的應(yīng)激變化，當受到最大承重力失效時產(chǎn)生了應(yīng)激變化，所以最終斷裂。而鉚釘受到出現(xiàn)最大承重力是出現(xiàn)在鉚接板交界處，在同鉚釘、孔壁相接觸的時，鉚釘發(fā)生了應(yīng)激變化最大化的現(xiàn)象，最總導(dǎo)致了斷裂。

而在拉脫力試驗中，鉚釘所有變化過程其實和在剪切試驗中大致相同。同樣是歷經(jīng)了加載、變化最大化、最終鉚釘破裂3段經(jīng)歷。其中不同于剪切試驗的是鉚釘拉斷破裂位置可能發(fā)生在鉚釘?shù)闹卸蝃3]。

對于自動錘鉚和手工錘鉚在剪切試驗中，需用到萬能試驗機對兩種材料進行破裂試驗，其中肉眼看出自動錘鉚和手工錘鉚的試片被破壞結(jié)果保持一致，而在剪切試驗中，兩者的力學(xué)性能表現(xiàn)為手工 錘鉚與自動錘鉚鉚釘可承 受的最大剪切力相差無 幾，剪切強度接近，都高于鉚釘本身的最小破壞單剪力，但是自動錘鉚鉚釘成型一致性控制較好，鉚釘性能的波動較小。

而在拉脫試驗中，同樣用萬能試驗機分別作出類比，卻出現(xiàn)了2種不動的破壞方式分別是釘頭脫落以及釘桿拉斷。在相關(guān)數(shù)據(jù)表顯示直徑 Φ4、Φ5、Φ6mm 鉚釘，動錘鉚與手工錘鉚鉚釘可承受的最大拉脫力相差無幾，拉脫強度接近，但是自動錘鉚鉚釘成型一致性控制較好，鉚釘性能的波動較小[4]。

從而最終得出結(jié)論，要得到自動錘鉚與手工錘鉚鉚接力學(xué)性能類比結(jié)果，需首先建立錘打鉚釘接鉚全經(jīng)歷的有限元仿真成型模擬試測分析，在鉚釘接鉚成型后記錄數(shù)值模擬，得出鉚釘接鉚會在不同的階段時刻產(chǎn)生不同成形規(guī)律。而后形成錘打全經(jīng)歷中鉚釘剪切、拉脫試驗有限元仿真成型模擬試測分析，同樣對其斷裂破壞全程進行數(shù)值模擬，并通過試驗驗證上述模擬的有效合理性。最后有了鉚釘剪切、拉脫試驗相關(guān)數(shù)據(jù)進行相關(guān)的對比分析其中兩者間的鉚釘力學(xué)性能，結(jié)合上述對比記錄并分析的自動錘鉚與手工錘鉚鉚釘之間的可承受的最大剪切力以及拉脫力原來近乎相同，而在剪切強度、拉脫強度接近的情況下，確保其兩種力道都高于鉚釘本身的最小破壞單剪力、拉脫力;而最終則是由自動錘鉚鉚釘成形保持相對穩(wěn)定，且控制性較強，對于鉚釘性能的波動也相對較小，得出自動錘鉚鉚接工藝性能優(yōu)于手工錘鉚[5]。

結(jié)束語：

本文通過三次與自動及手工錘鉚關(guān)于剪切力和拉脫力以及綜合力學(xué)性能對比，得出得出自動錘鉚鉚接工藝性能優(yōu)于手工錘鉚。航天事業(yè)具相關(guān)統(tǒng)計中，是陸運、海運、空運三者事故率最低的交通方式，也得利且確保于例如本文所提到的小到飛機設(shè)計其中鉚釘?shù)膰乐斢懻摷胺治?。鉚釘雖小，一旦導(dǎo)致飛機運輸中發(fā)生事故，其致死或失蹤率近乎百分之百，所以對于飛機上鉚釘著力或其他的研究探討，是有必要繼續(xù)發(fā)展下去的。

參考文獻：

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[3]鄒成， 凡志磊， 王宇波. 鋁鋰合金自動化鉚接過程應(yīng)力應(yīng)變特性研究與分析[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備， 2017（11）：74-75.

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[5]殷俊清， 王仲奇， 康永剛，等. 自動鉆鉚環(huán)境下鉚接工藝研究*[J]. 航空制造技術(shù)， 2014， 445（1/2）：79-83.