李志堯等[7 ]對 4 mm的 TB221鈦合金鉚釘分別采用電磁鉚接和錘鉚進(jìn)行了鉚接 ,夾層厚度為 51 4 mm。鉚接后干涉量測量結(jié)果表明 ,電磁鉚接沿整個釘桿均有比較均勻的干涉量 ,而錘鉚在釘頭端是間隙配合 ,鐓頭端的干涉量已達(dá) 5%。對夾層厚度為 22 mm的 L Y12CZ板采用電磁鉚接后的測量結(jié)果表明 ,整個釘桿的干涉量為 01 58 %～11 32 %。美國 Elect roimpact公司安排不同的鉚工使用電磁鉚接設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明電磁鉚接的干涉量均勻 ,并且鉚接質(zhì)量不受操作者的影響 [8]。
圖 1和圖 2分別為 Lockheed公司和 Elec2 troim pact公司所做疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果 [8]。Lockheed公司選擇的最大應(yīng)力為 76 MPa,應(yīng)力比為 01 10。圖 1中的實(shí)驗(yàn) 1所用鉚釘為 Lockheed LS15905E6 ,試件材料為 70752T6 ;實(shí)驗(yàn) 2所用鉚釘為 Briles MS 14218E6 ,試件材料為 70752T6。 Electroimpact公司選擇的最大應(yīng)力為 166 MPa ,應(yīng)力比為 01 05。所用鉚釘為 Briles MS 14218 E6 ,試件材料為 20242T3。壓鉚采用自動鉆鉚機(jī)完成。
李志堯等所做疲勞對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 1[7 ]。實(shí)驗(yàn)最大應(yīng)力為 98 MPa,應(yīng)力比為 0110。鉚釘直徑 4 mm,材料為 TB221,采用雙釘單剪接頭。
表 1 李志堯等所做疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果 [7] (單位 :103 ) Table 1 Resultsof fatigue test done byLi Zhiyao[7] (Unit:103)
試件號 疲勞壽命
鉚接方法
1 2 3 4 5 6 7 平均值
壓鉚 56 40 53 40 77 56 60 47.8電磁鉚接 89 84 71 72 80 112 110 77.3
2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)鉚接
復(fù)合材料具有許多優(yōu)異性能 ,因而在民機(jī)制造中得到廣泛應(yīng)用。和金屬結(jié)構(gòu)相比 ,連接是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié) ,結(jié)構(gòu)破壞的 60 %～80 %發(fā)生在連接處。為防止沖擊損傷 ,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造中一般限制錘鉚方法。由于普通鉚接的釘桿膨脹不均勻
,為防止擠壓破壞 ,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接限制干涉配合。電磁鉚接是一種沖擊距離為零的
鉚方法。另外 ,電磁鉚接的釘桿膨脹均勻 ,用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)鉚接可以防止擠壓破壞。因此 ,電磁鉚接技術(shù)可以用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接。作為一種新的工藝方法 ,由于電磁鉚接的材料動力響應(yīng)與普通鉚接不同 ,電磁鉚接的工藝參數(shù)必須通過工藝實(shí)驗(yàn)研究。
21 1 鐓頭尺寸
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)鉚接的鐓頭尺寸至今還沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) ,使用單位一般都在采用自己企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn) [9]建議 TA1鉚釘在高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中鉚接時鐓頭直徑為 (11 40 ±01 10) d ( d為鉚釘直徑 ),鐓頭高度為 (01 50～01 65) d ,波音公司在用 BACR15CE鉚釘鉚接玻璃纖維和凱芙拉纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時鉚釘鐓頭高度為 (01 30～01 40) d ,鐓頭直徑 11 30 d。纖維復(fù)合材料的脆性較大 ,更易發(fā)生擠壓破壞 ,因而鐓頭不宜過大。參照金屬結(jié)構(gòu)的鉚接 ,并考慮到復(fù)合材料層壓板層間強(qiáng)度低的特點(diǎn) ,鐓頭尺寸可考慮高度不小于 01 40 d ,直徑 11 30 d左右。強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)表明 [10] ,鐓頭直徑為 11 20 d時就可以滿足結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度要求。
21 2 墊圈幾何構(gòu)形設(shè)計(jì)
墊圈對保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的鉚接質(zhì)量有重要作用。墊圈內(nèi)徑?jīng)Q定墊圈和鉚接件共同吸收鉚釘變形功的能力 ,外徑影響墊圈在鉚釘鐓粗過程中 的抗破壞能力 ,厚度決定墊圈的剛度。金屬結(jié)構(gòu)所用標(biāo)準(zhǔn)墊圈一般外徑較小 ,內(nèi)徑較大 ,不能滿足復(fù)合材料結(jié)構(gòu)鉚接的要求。
采用電磁鉚接技術(shù)鉚接復(fù)合材料結(jié)構(gòu) ,釘桿膨脹量測量結(jié)果表明 ,當(dāng)墊圈外徑和厚度合適時 ,內(nèi)徑比鉚釘直徑大 01 1 mm和 01 2 mm的墊圈均有較好的限制作用 ,墊圈內(nèi)徑可選為 d + (01 1～ 01 2)mm ,在鉚接不銹鋼鉚釘時盡量選下限。建議鉚接時墊圈尺寸按表 2選取。
表 2 墊圈幾何尺寸選擇
Table 2 The dimensions of washer
鉚釘直徑 /mm 31 031 5410鈦合金或鈦合金或
墊圈材料鈦合金
不銹鋼不銹鋼
名義墊圈尺寸 31 131 6411
內(nèi)徑
/ mm容差 +0102～ +0102～ +01 02～
+0106 +01 10 +01 10
名義墊圈尺寸 7 89
外徑 / mm容差 +015 +110 +11 0
墊圈最小
厚度 /mm 01 811 0
固件的安裝。安裝大干涉量緊固件或厚夾層結(jié)構(gòu)時 ,為防止安裝損傷往往需將緊固件冷凍 ,安裝工藝非常復(fù)雜。
采用電磁鉚接設(shè)備安裝干涉配合緊固件時 ,由于加載速率極高 ,鉚接力在緊固件中以應(yīng)力波的形式傳播。應(yīng)力波是固體介質(zhì)中能量傳播的一種形式。固體介質(zhì)受到短歷時、高速率的突加載荷作用時 ,由于慣性 ,外載荷對介質(zhì)的擾動以波的形式傳播 ,從而在介質(zhì)中形成應(yīng)力波。應(yīng)力波在不同介質(zhì)的界面上將發(fā)生反射。當(dāng)一彈性應(yīng)力波在有限長的金屬桿 (緊固件 )中傳播時 ,按應(yīng)力波理論可知 :入射彈性波在緊固件的遠(yuǎn)端 (自由端 )反射后 ,波的性質(zhì)改變 ,即壓縮波變?yōu)槔觳?,而波形不變 ,根據(jù)泊松效應(yīng) ,緊固件徑向收縮。應(yīng)力波在緊固件遠(yuǎn)端產(chǎn)生彈性拉伸波不但使緊固件徑向收縮 “變細(xì)” ,同時克服緊固件與孔壁的摩擦阻力完成緊固件的安裝。由于緊固件的彈性收縮 ,
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