论文部分内容阅读
为了解决汽车铝合金车身连接的困难,电磁铆接这种常用于航空航天制造的连接技术得到了人们的重视。本文针对2A10铝合金铆钉和6082-T6铝合金板材,进行了电磁铆接的有限元仿真和工艺试验。探究了铆模深度和角度对电磁铆接变形过程、接头准静态力学性能、疲劳性能以及微观组织形貌的影响。首先采用ANSYS Multiphysics和LS-DYNA建立了电磁铆接多物理场耦合模型,电磁场计算结果表明作用于驱动片上的电磁力与放电电流变化趋势基本相同,等效集中电磁压力的峰值约为220kN,铆模能有效提高钉杆的相对干涉量。同时分析了铆钉镦头内部的应变场、温度场,确定了绝热剪切带是由于材料的相对滑动和热软化效应共同作用产生的。其次,对2A10铝合金铆钉和6082-T6铝合金板料进行了电磁铆接试验。通过对比铆钉镦头尺寸,验证了有限元模型的准确性。金相观察结果显示平镦头、40°镦头内存在上下两条绝热剪切带,而60°、80°镦头内存在一条下剪切带。剪切带内的晶粒发生严重变形。测量了铆钉剖面的维氏硬度,并与数值模拟获取的等效塑性应变对比,证明了二者的变化趋势基本相同。此外确定了铆钉半圆头位置的强化作用最弱。最后,进行了电磁铆接接头的准静态拉脱试验和拉脱疲劳试验。在准静态拉脱试验的研究中,发现准静态拉脱载荷随铆模角度的减小而增大,40°铆模电磁铆接试件最大拉脱力较平冲头电磁铆接试件提升了8.4%。疲劳试验结果表明,铆模成形试件的疲劳寿命优于平冲头电磁铆接和压铆,80°铆模铆接的试件疲劳寿命最佳。铆模成形的试件失效均发生在上板。采用扫描电镜观察断口微观形貌,对疲劳裂纹的扩展过程及接头的失效过程进行了探究。对于板料断裂的失效模式,疲劳裂纹源位于上板下表面与钉孔相连位置。通过对几种铆模角度的疲劳断口进行对比分析,发现40°、60°试件由于干涉量过大,导致板料产生了疲劳裂纹源,加速了板料的疲劳裂纹扩展。