電磁鉚接技術(shù)在直升機上應(yīng)用前景研究

郭鴦鴦

摘 要：本文介紹了電磁鉚接成形原理，對電磁鉚接中鉚釘成形過程進行分析。針對直升機領(lǐng)域?qū)﹄姶陪T接的應(yīng)用需求，介紹了國外電磁鉚接技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用情況和國內(nèi)電磁鉚接技術(shù)研究進展。對電磁鉚接技術(shù)在直升機領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢進行了分析，直升機采用電磁鉚接技術(shù)能夠顯著提高直升機疲勞壽命。

關(guān)鍵詞：電磁鉚接;干涉配合;復合材料;直升機

中圖分類號：V261 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0093-02

0 引言

電磁鉚接是一種新型鉚接工藝，整個鉚接過程僅需幾百微秒到一毫秒時間，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間內(nèi)產(chǎn)生極大的沖擊力，鉚釘在短時間內(nèi)完成塑性變形。材料的變形方式與準靜態(tài)加載條件有明顯的區(qū)別，普通鉚接時鉚釘材料以均勻滑移變形完成塑性變形，電磁鉚接時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，初級線圈有沖擊電流通過，初級線圈周圍在快速變化的沖擊電流下產(chǎn)生磁場，進而在次級線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，次級線圈在感應(yīng)電流作用下產(chǎn)生渦流磁場，與初級線圈周圍的磁場相互耦合產(chǎn)生渦流斥力，渦流斥力通過應(yīng)力波放大器進行放大，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，鉚模向下運動擠壓鉚釘完成鉚接過程。在鉚接初級階段，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)國內(nèi)外應(yīng)用情況

2.1 國外電磁鉚接技術(shù)應(yīng)用情況

國外對電磁鉚接技術(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，工人操作時危險系數(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)用是自動鉆鉚設(shè)備，圖3是波音787機身段鉚接過程中使用的自動化鉆鉚設(shè)備。自動化鉆鉚設(shè)備可以自動完成鉆孔、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 國內(nèi)電磁鉚接技術(shù)應(yīng)用情況

國內(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、哈爾濱工業(yè)大學以及航空制造625所分別研制出電磁鉚接設(shè)備，但該電磁鉚接設(shè)備均在試驗階段，未投入批量生產(chǎn)。目前，國內(nèi)飛機制造商主要從國外引進電磁鉚接設(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)在直升機領(lǐng)域應(yīng)用前景

直升機結(jié)構(gòu)的破壞形式主要為疲勞破壞，疲勞強度在直升機結(jié)構(gòu)設(shè)計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，鉚釘在幾百微秒時間內(nèi)完成成形，鉚釘桿和鐓頭幾乎同時完成成形，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，復合材料在直升機中應(yīng)用比重越來越大。如“虎”直升機復合材料占結(jié)構(gòu)重量的80%以上，NH90的機身全部采用復合材料[9]。目前復合材料鉚接中主要采用拉鉚的方式進行鉚接，鉚釘和釘孔之間為間隙配合，在復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，相對于普通鉚接能夠減輕對復合材料結(jié)構(gòu)的損傷[10]。通過控制電磁鉚接參數(shù)，可以實現(xiàn)小而均勻的干涉量，能夠提高復合材料鉚接質(zhì)量。

4 結(jié)語

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

參考文獻

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[10] 曹增強.新機研制中的復合材料結(jié)構(gòu)裝配關(guān)鍵技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2009（15）：40-42.