对比自动锤铆与手工锤铆铆接力学性能

肖定军　荆代伟

【摘要】提速我国经济必然对交通运输有着必然的联系，而在交通运输中作为高速发展也目前最高效、最高精尖的航天航通事业是我国不仅在经济，同样在军事、教育方面都十分看重的行业。其发展的成败，必定铸就这个国家的成败。所以着眼航天航通事业发展不仅是无数中国人的期盼，也是无数业内人式最基本的从事理念。

【关键词】自动锤铆手工锤铆铆接力学性能

在航天航空事业中，对于飞机设计设定是无数国人的梦想也是无数国人的痛。飞机中无数的铆接技术，以其普遍性虽早已有人探索，但是正是应为其足够普遍，所以飞机制造的每个环节都起到了不可取代的关键作用。随着发展，在锤铆钉也有了自动和手工两种类型。而本文也是通过对比自动锤铆与手工锤铆在铆接方面的力学性能，从而分析锤铆钉的实用性[1]。

一、锤铆钉在锤铆过程中铆接成型模拟分析

针对航天航空产品来说，铆接钉装工艺中，自动化锤铆和手工化锤铆有着较大的区别。首先模拟实验要做到有限元建模，这里主要通过自动化锤铆为例子。在有限元建模中，必须要利用到ANSYS从而做到几乎1比1还原真实自动化锤铆全过程表现，通过上下两层连接板材和铆钉，在对称结构下，进行三项对称模型类比建模。其中不可忽视的一点是，由于铆接板材以及铆钉皆为阳性元素，而在其两者兼得变化量则为阴性元素。在此次限元建模中，板材和铆钉充斥部分形状规则，以四边形原则进行规划、分，用网状格自由划分铆钉头。在采用的被铆接的材料中一种属于屈服强度偏小的，另一种则是属于屈服强度偏大的[2]。

在以厚度为3毫米的双层板材铆接直接将近4mm的鉚钉的过程中，其铆钉头出现了不同程度的变形，通过观察其变形过程，如下可得知，在铆接过程中铆钉头变形存在两个阶段，一阶段是，与打孔壁面触碰前，钉杆呈现整体挤压变粗变形。而在第二阶段是，当钉头持续打入板材壁内，反倒是壁内受控铆钉前部未受到变化剧烈的变形，而在壁外铆钉后部产生了强烈局部粗化从而变成完整的墩头。

从而发现铆钉在锤铆过程中，铆钉结构相对稳定，且通过扩大自身与板材间接触面，更加稳固与板材间的连接，而自动锤铆让铆钉变形较小，与手工锤铆在力学性能存在一定差别。

二、自动锤铆与手工锤铆铆接力学性能类比分析

铆接接头进行破坏裁剪等试验后，测试接头的强度。从而得出自动锤铆与手工锤铆铆接相对力学性能对比，其中的剪切力和拉脱力同时考虑到铆接质量。最终呈现结果如下：

将直径分别为Φ4MM、Φ5MM、Φ6MM的铆钉打入厚度为3MM，使得在长为40MM宽为30MM的板材打入钉入位置为Φ4MM的铆钉板材四周边缘与铆钉各保持15MM，中间连接多板连接位置用Φ5MM或Φ6MM铆钉打入使得板材四周边缘与铆钉各保持14MM，如此两侧板材存在剪切后往外扩张力、而中间连接处有上下拉脱力。

然后通过对限元仿真建模实验中分析其二者间的受力变化，在铆钉接头受到裁剪承重直到被破坏的阶段，其中经历了力量加载到铆钉值受挤压承受力最大值直至铆钉被剪裂这3大经历。而在力量加载中，因为遭受外剪切力负载的作用，产生了塑化的应激变化，当受到最大承重力失效时产生了应激变化，所以最终断裂。而铆钉受到出现最大承重力是出现在铆接板交界处，在同铆钉、孔壁相接触的时，铆钉发生了应激变化最大化的现象，最总导致了断裂。

而在拉脱力试验中，铆钉所有变化过程其实和在剪切试验中大致相同。同样是历经了加载、变化最大化、最终铆钉破裂3段经历。其中不同于剪切试验的是铆钉拉断破裂位置可能发生在铆钉的中段[3]。

对于自动锤铆和手工锤铆在剪切试验中，需用到万能试验机对两种材料进行破裂试验，其中肉眼看出自动锤铆和手工锤铆的试片被破坏结果保持一致，而在剪切试验中，两者的力学性能表现为手工 锤铆与自动锤铆铆钉可承 受的最大剪切力相差无 几，剪切强度接近，都高于铆钉本身的最小破坏单剪力，但是自动锤铆铆钉成型一致性控制较好，铆钉性能的波动较小。

而在拉脱试验中，同样用万能试验机分别作出类比，却出现了2种不动的破坏方式分别是钉头脱落以及钉杆拉断。在相关数据表显示直径 Φ4、Φ5、Φ6mm 铆钉，动锤铆与手工锤铆铆钉可承受的最大拉脱力相差无几，拉脱强度接近，但是自动锤铆铆钉成型一致性控制较好，铆钉性能的波动较小[4]。

从而最终得出结论，要得到自动锤铆与手工锤铆铆接力学性能类比结果，需首先建立锤打铆钉接铆全经历的有限元仿真成型模拟试测分析，在铆钉接铆成型后记录数值模拟，得出铆钉接铆会在不同的阶段时刻产生不同成形规律。而后形成锤打全经历中铆钉剪切、拉脱试验有限元仿真成型模拟试测分析，同样对其断裂破坏全程进行数值模拟，并通过试验验证上述模拟的有效合理性。最后有了铆钉剪切、拉脱试验相关数据进行相关的对比分析其中两者间的铆钉力学性能，结合上述对比记录并分析的自动锤铆与手工锤铆铆钉之间的可承受的最大剪切力以及拉脱力原来近乎相同，而在剪切强度、拉脱强度接近的情况下，确保其两种力道都高于铆钉本身的最小破坏单剪力、拉脱力;而最终则是由自动锤铆铆钉成形保持相对稳定，且控制性较强，对于铆钉性能的波动也相对较小，得出自动锤铆铆接工艺性能优于手工锤铆[5]。

结束语：

本文通过三次与自动及手工锤铆关于剪切力和拉脱力以及综合力学性能对比，得出得出自动锤铆铆接工艺性能优于手工锤铆。航天事业具相关统计中，是陆运、海运、空运三者事故率最低的交通方式，也得利且确保于例如本文所提到的小到飞机设计其中铆钉的严谨讨论及分析。铆钉虽小，一旦导致飞机运输中发生事故，其致死或失踪率近乎百分之百，所以对于飞机上铆钉着力或其他的研究探讨，是有必要继续发展下去的。

参考文献：

[1]袁培良. 试析人工智能在计算机网络技术中的运用问题[J]. 魅力中国， 2017（16）.

[2]刘现伟， 钱炜. 气动锤铆自动铆接的工艺研究[J]. 有色金属材料与工程， 2017， 38（3）：154-159.

[3]邹成， 凡志磊， 王宇波. 铝锂合金自动化铆接过程应力应变特性研究与分析[J]. 现代制造技术与装备， 2017（11）：74-75.

[4]张洪双. 铆接工艺参数分析[J]. 机械设计与制造， 2011（06）：246-248.

[5]殷俊清， 王仲奇， 康永刚，等. 自动钻铆环境下铆接工艺研究*[J]. 航空制造技术， 2014， 445（1/2）：79-83.