【摘 要】
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随着现代工业的蓬勃发展和快速变革,如何实现铝合金、高强度钢等轻量化材料的连接已成为零部件设计和制造过程中重点关注的问题。激光冲击线铆接是一种应用于板材连接领域的塑性加工新技术,具体是指利用激光诱导爆炸等离子体的冲击波作为变形驱动力,与特定的模具相配合,使多层异质或同质板材产生期望的塑性变形,以形成符合机械连接要求的稳定互锁结构。胶接也是实现材料连接的一种重要方式,利用在连接面上产生的机械结合力、物
【基金项目】
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国家自然科学基金(52075298,51575314,51801031,52075299);
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随着现代工业的蓬勃发展和快速变革,如何实现铝合金、高强度钢等轻量化材料的连接已成为零部件设计和制造过程中重点关注的问题。激光冲击线铆接是一种应用于板材连接领域的塑性加工新技术,具体是指利用激光诱导爆炸等离子体的冲击波作为变形驱动力,与特定的模具相配合,使多层异质或同质板材产生期望的塑性变形,以形成符合机械连接要求的稳定互锁结构。胶接也是实现材料连接的一种重要方式,利用在连接面上产生的机械结合力、物理吸附力和化学键合力使两个板件连接起来。本文提出的激光冲击胶铆复合线连接技术,将激光冲击铆接成形与化学胶接技术结合起来,实现箔材间的渐进直线连接,在微器件制造等领域具有独特的技术优势和广阔的应用前景。本文主要工作及结论如下:(1)建立了激光冲击波压力加载模型,采用Johnson-Cook材料本构模型、胶黏剂弹塑性双折线本构模型,通过有限元分析和工艺试验,系统研究了胶铆复合线连接过程中的材料流动和结构演变,揭示了成形高度、激光能量、激光光斑搭接率等工艺参数对胶铆复合线连接过程的影响规律。(2)采用三道次六点成形的激光冲击胶铆复合线连接技术,实现了双层金属箔材与圆头键形开孔不锈钢板的可靠连接,获得了质量优良的双层铝箔、双层铜箔胶铆复合线连接接头。通过截面图分析了每一道次以及每道次各点冲击时的材料流动状况及其变形机理。建立了铝箔和铜箔的激光能量—成形高度工艺窗口,并根据材料的最终变形情况,将工艺窗口划分为无铆接结构区、胶铆连接成形区和破裂区。(3)连接试样力学性能测试结果显示,与纯铆接试样相比,激光冲击胶铆复合线连接试样的连接强度显著提高。依据三种夹持方式下试样的垂直剪切力—位移曲线和平行剪切力—位移曲线,证实胶铆接头的强度与拉伸方向密切相关:在相同的夹持方式下,当载荷方向垂直于线铆接的长度方向时,其所能承受的拉力阈值更高。(4)探索了不同键形孔长度和宽度组合的激光冲击胶铆复合线连接的可能性。分别建立了不同键形孔尺寸的有限元模型,通过观察应力分布发现,随着键形孔长度增大,成形区域材料的贴模性更好,整体分布也更加均匀。在模拟结果的指导下,展开了多尺寸胶铆复合线连接的试验研究,证实该工艺的多场景适用性。
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