郭鴦鴦

摘 要：本文介紹了電磁鉚接成形原理，對(duì)電磁鉚接中鉚釘成形過(guò)程進(jìn)行分析。針對(duì)直升機(jī)領(lǐng)域?qū)﹄姶陪T接的應(yīng)用需求，介紹了國(guó)外電磁鉚接技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用情況和國(guó)內(nèi)電磁鉚接技術(shù)研究進(jìn)展。對(duì)電磁鉚接技術(shù)在直升機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，直升機(jī)采用電磁鉚接技術(shù)能夠顯著提高直升機(jī)疲勞壽命。

關(guān)鍵詞：電磁鉚接;干涉配合;復(fù)合材料;直升機(jī)

中圖分類號(hào)：V261 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）02-0093-02

0 引言

電磁鉚接是一種新型鉚接工藝，整個(gè)鉚接過(guò)程僅需幾百微秒到一毫秒時(shí)間，鉚釘材料以絕熱剪切方式完成塑形變形，在釘桿與釘孔之間形成均勻的干涉量，通過(guò)控制電磁鉚接工藝參數(shù)，能夠得到最佳干涉量，顯著提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命。

1 電磁鉚接工藝

1.1 電磁鉚接成形原理

電磁鉚接在幾百微秒到一毫秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生極大的沖擊力，鉚釘在短時(shí)間內(nèi)完成塑性變形。材料的變形方式與準(zhǔn)靜態(tài)加載條件有明顯的區(qū)別，普通鉚接時(shí)鉚釘材料以均勻滑移變形完成塑性變形，電磁鉚接時(shí)鉚釘材料以絕熱剪切方式完成塑性變形。電磁鉚接原理圖如圖1所示，在開關(guān)閉合的瞬間，初級(jí)線圈有沖擊電流通過(guò)，初級(jí)線圈周圍在快速變化的沖擊電流下產(chǎn)生磁場(chǎng)，進(jìn)而在次級(jí)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，次級(jí)線圈在感應(yīng)電流作用下產(chǎn)生渦流磁場(chǎng)，與初級(jí)線圈周圍的磁場(chǎng)相互耦合產(chǎn)生渦流斥力，渦流斥力通過(guò)應(yīng)力波放大器進(jìn)行放大，作用在鉚釘上，完成鉚接[1]。

1.2 電磁鉚接鉚釘成形過(guò)程

以平錐頭鉚釘為例，電磁鉚接鉚接物理模型如圖2所示，沖擊力作用在鉚模上，鉚模向下運(yùn)動(dòng)擠壓鉚釘完成鉚接過(guò)程。在鉚接初級(jí)階段，鉚釘桿尚未接觸被連接件，鉚釘發(fā)生整體自由鐓粗變形，隨著鉚釘變形鉚釘受到被連接件徑向擠壓，鉚釘發(fā)生擠壓鐓粗變形，隨著被連接件的擠壓，鉚釘徑向變形越來(lái)越困難，鉚釘變形開始集中在鐓頭部分，鉚釘轉(zhuǎn)變?yōu)榫植跨叴肿冃蝃2]。

2 電磁鉚接技術(shù)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況

2.1 國(guó)外電磁鉚接技術(shù)應(yīng)用情況

國(guó)外對(duì)電磁鉚接技術(shù)研究較早，在70年代為解決厚蒙皮以及新型材料鉚接困難的問(wèn)題，在F-14的研制中，將電磁成形技術(shù)引入航空制造領(lǐng)域，在該階段電磁鉚接設(shè)備需要電壓較高，工人操作時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)較高。隨著行業(yè)的發(fā)展，低電壓鉚接設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。

Electroimpact公司是專門生產(chǎn)制造低電壓電磁鉚接設(shè)備，其制造的設(shè)備可以在低電壓下可產(chǎn)生180KN的鉚接力[3]。Electroimpact公司生產(chǎn)制造的低電壓電磁鉚接設(shè)備如表1所示[4-6]。波音，空客鉚接裝配中廣泛產(chǎn)用該低電壓電磁鉚接設(shè)備。

電磁鉚接技術(shù)的另一種應(yīng)用是自動(dòng)鉆鉚設(shè)備，圖3是波音787機(jī)身段鉚接過(guò)程中使用的自動(dòng)化鉆鉚設(shè)備。自動(dòng)化鉆鉚設(shè)備可以自動(dòng)完成鉆孔、锪窩、涂膠、插釘、電磁鉚接等工作，工作效率高，裝配可靠，鉚接質(zhì)量好[7]。

2.2 國(guó)內(nèi)電磁鉚接技術(shù)應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)電磁鉚接技術(shù)起步較晚，目前主要集中在高校以及研究所，其中西北工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)以及航空制造625所分別研制出電磁鉚接設(shè)備，但該電磁鉚接設(shè)備均在試驗(yàn)階段，未投入批量生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)飛機(jī)制造商主要從國(guó)外引進(jìn)電磁鉚接設(shè)備，但由于技術(shù)封鎖，電磁鉚接工藝參數(shù)需自行研究。

3 電磁鉚接技術(shù)在直升機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用前景

直升機(jī)結(jié)構(gòu)的破壞形式主要為疲勞破壞，疲勞強(qiáng)度在直升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占由及其重要的地位，在鉚釘孔周圍尤其易出現(xiàn)疲勞裂紋。電磁鉚接是一種新型鉚接工藝，鉚釘在幾百微秒時(shí)間內(nèi)完成成形，鉚釘桿和鐓頭幾乎同時(shí)完成成形，鉚釘桿變形均勻，在釘桿和釘孔之間形成均勻的干涉量[8]。電磁鉚接通過(guò)控制鉚接電壓以及鉚模結(jié)構(gòu)，可以得到最佳干涉量，能顯著提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命。

為減輕結(jié)構(gòu)重量，復(fù)合材料在直升機(jī)中應(yīng)用比重越來(lái)越大。如“虎”直升機(jī)復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的80%以上，NH90的機(jī)身全部采用復(fù)合材料[9]。目前復(fù)合材料鉚接中主要采用拉鉚的方式進(jìn)行鉚接，鉚釘和釘孔之間為間隙配合，在復(fù)合材料連接處易出現(xiàn)疲勞破壞。電磁鉚接是一種沖擊距離為零的新型鉚接工藝，相對(duì)于普通鉚接能夠減輕對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷[10]。通過(guò)控制電磁鉚接參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)小而均勻的干涉量，能夠提高復(fù)合材料鉚接質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

電磁鉚接在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)鉚接，大直徑難成形鉚釘鉚接等方面相對(duì)于傳統(tǒng)鉚接有顯著優(yōu)勢(shì)，通過(guò)控制工藝參數(shù)，可以得到最佳干涉量，將電磁鉚接技術(shù)應(yīng)用在直升機(jī)裝配制造中，能夠顯著提高直升機(jī)疲勞壽命。

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