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鉆孔工藝參數(shù)對(duì)接頭質(zhì)量的影響

Jamie Skovron et al. SAE 2014-01-2241.

編譯：牛妍妍

在汽車工業(yè)中，鋁合金與鋁合金之間最先進(jìn)的專用連接方法是電阻點(diǎn)焊。然而，電阻點(diǎn)焊存在以下弊端：①由于高溫?zé)峤Y(jié)合過程中會(huì)產(chǎn)生受熱影響區(qū)域，可能會(huì)使點(diǎn)焊接頭的結(jié)構(gòu)性能下降；②點(diǎn)焊電極的雙面可接觸性會(huì)限制設(shè)計(jì)的靈活性；③焊縫的不同也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的不一致性。另外，雖然自穿孔鉚釘?shù)玫綉?yīng)用，但是鉚釘和模具組合的不同取決于材料的連接方式，增加了處理的復(fù)雜性。近年來，結(jié)合摩擦鉆孔技術(shù)和螺紋成型技術(shù)的螺釘產(chǎn)品逐漸進(jìn)入了市場。

這類螺釘不受雙面通過性限制，通過使用最小的熱能，由一側(cè)經(jīng)機(jī)械熱壓到達(dá)另一側(cè)來擰緊螺絲。摩擦鉆孔和螺紋成型過程是一個(gè)自動(dòng)連續(xù)的過程，稱之為“FDS”。此時(shí)，螺釘作為工具和緊固件，可以將多材料進(jìn)行結(jié)合。該過程螺釘通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦力刺穿并擠出材料，通過擠壓形成螺紋，然后用螺絲刀擰入緊固件，施加扭矩使兩材料安全地結(jié)合在一起。

將接頭幾何形狀作為緊固件力和鉆孔速度等工藝參數(shù)的函數(shù)來表示質(zhì)量設(shè)計(jì)空間，探究可行設(shè)計(jì)空間對(duì)接頭質(zhì)量的影響，并通過強(qiáng)度測試來驗(yàn)證結(jié)果。初步篩選試驗(yàn)證實(shí)，緊固件力對(duì)頂部或底部材料的偏轉(zhuǎn)具有顯著的影響，得出了預(yù)緊力是擠出高度的函數(shù)。

隨著燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，汽車制造商逐步嘗試在車輛結(jié)構(gòu)中摻入更大百分比的輕質(zhì)材料。FDS過程的螺釘單側(cè)通過性連接可使設(shè)計(jì)人員在不考慮雙面連接情況下將不同的材料進(jìn)行多層連接，可有效減輕質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)輕量化，提高了接頭連接的可能性。