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AZ31镁合金板材摩擦加热的自冲铆接
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-11-05
对摩擦加热过程中AZ31镁合金板材的温度变化、铆接效果、铆接接头的剪切拉伸性能及疲劳性能进行了研究，并与直接加热同类型板材自冲铆接接头的力学性能进行了比较。
自冲铆接是一种新型的板材连接技术，在自冲铆接过程中，半空心铆钉刺穿上板材而进入下板材，并通过下面小型模具的作用，使铆钉张开，从而与被铆接板材之间形成机械互锁。镁具有六方晶体结构，其滑移系很少，在室温条件下，镁的塑性低、变形能力差，在常温下达不到自冲铆接对材料塑性的要求。铆接处材料将出现开裂。加热可激活镁晶体结构中的附加滑移系，提高其塑性和变形能力，所以在加热的条件下对镁合金板材进行自冲铆接，有可能获得无开裂的自冲铆接接头。本文通过摩擦加热，即在自冲铆接设备上配备一套简单的摩擦加热装置，先用它对被铆接板材进行摩擦加热，当板材温度上升到所需温度时，再进行自冲铆接。对摩擦加热过程中AZ31镁合金板材的温度变化、铆接效果、铆接接头的剪切拉伸性能及疲劳性能进行了研究，并与直接加热同类型板材自冲铆接接头的力学性能进行了比较。
实验材料为2mmAZ31镁合金板材。将板材线切割成127mm长、38mm宽的板片，经适当清洗后用于接头样品(图1)的制备。接头样品的制备过程可分为加热和自冲铆接两个阶段。板材的加热过程主要采用摩擦加热方法，为了比较，还采用电热板直接加热板材的方法制备了部分接头样品。
自冲铆接在Henrob公司生产的电动伺服型自冲铆接系统上完成，所用铆钉是半径为5mm、长6mm的半空心钢质铆钉。在自冲铆接前，先对镁合金板材进行摩擦加热或用电热板加热，当板材温度上升到稍高于设定温度时，立即进行自冲铆接，铆接时要保证板材的温度为设定温度。采用摩擦加热时，共制备了四种样品：室温铆接样品和板材分别加热150、180和200℃接头样品。而采用直接加热时仅制备了180℃接头样品。接头样品的剪切拉伸试验和疲劳试验均在MTS810材料测试系统上进行。剪切拉伸速率为1.5mm/min，每一种接头样品试验3～5个，得到剪切拉伸曲线及剪切强度。疲劳试验时，以每一种样品平均剪切强度的60%开始进行相应样品的恒载荷幅控制疲劳试验，并逐级降低载荷幅，试验进行到试样断裂为止，如果试样的疲劳寿命到达5×106周仍未断裂，则停止试验。在每一个载荷水平上试验2～3个试样。选择载荷比(最小载荷/最大载荷)R为0.1、频率为20Hz的正弦波载荷进行疲劳试验。
在合适的工艺条件下，使用摩擦加热的方法可以使镁合金板材的温度迅速上升，并在很短的时间内达到自冲铆接所要求的温度；摩擦加热会对板材表面造成一定损伤，但损伤程度轻微。在室温条件下，镁合金板材的塑性低、变形能力差，对其进行自冲铆接时，铆接处的材料将出现严重开裂，因而接头的力学性能较低。当镁合金板材经摩擦加热至180℃以上再进行自冲铆接，可以有效避免铆接过程中板材的开裂，消除裂纹，增加铆钉与板材之间的互锁量，提高接头的剪切强度，改善疲劳性能。与电热板直接加热相比，摩擦加热镁合金板材自冲铆接接头的剪切强度及疲劳性能均有所提高，表明摩擦加热对板材表面造成的损伤不会对接头的力学性能产生不利影响。
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