摘要
电磁铆接技术作为电磁脉冲成形的一种重要成形工艺，能形成均匀干涉量、提高材料成形极限，被广泛地应用于航空航天和汽车等领域，成为近年来电磁成形的研究热点。铝合金作为轻量化重要材料，成形中存在氧化膜、受热软化、强度下降等缺点，随着自动化设备铝合金、镁合金等轻质材料的发展需求，因此对薄板铝合金的连接成形工艺提出更高的要求。鉴于此，本文采用6014铝合金铆钉对1mm厚的同种材质的铝合金板材进行铆接，开展成形过程中电磁场、变形场的动态数值模拟，电磁铆接成形工艺试验以及成形件相关性能研究，为铝合金等材料的高速率连接工艺提供理论依据和指导。 首先，开展铝合金板材电磁铆接工装设计及加工装配。本论文主要设计加工了线圈和铆接成形模具，成形模具包括驱动板、冲头、镦头上、下模具和弹簧等。 其次，进行1mm厚铝合金板材电磁铆接成形中电磁场和变形场动态模拟。通过Maxwell计算出电流，作为激励，模拟成形过程中放电电流、驱动板上感应电流、磁感应强度、电磁力大小和分布的规律。将电磁场仿真结果输送Workbench中，获得到成形过程中电磁铆接接头的变形场和应力场分布规律。结果显示：放电电流与电压成正比，衰减周期为0.7ms；驱动板上电磁力最大位置集中在半径1/2~3/4处；峰值电磁力和电压的平方成正比，其中当放电电压为2kV时，电磁力达97kN；变形场中，通过干涉量对比发现，相对干涉量和电压成正比。 进一步，开展1mm铝合金板材电磁铆接成形工艺试验。基于数值模拟的研究，通过改变放电电压、预制孔径、钉杆的高度来获得不同工艺参数下的铆接成形件并进行镦头尺寸和干涉量的测量。研究发现：随着电压的增加，镦头的高度降低，直径逐渐变大，大于2kV时镦头尺寸再无明显变化。铆接接头的干涉量随电压增大而增大；预制孔径对镦头尺寸影响较小，干涉量变化为先增大后减小，最大相对干涉量为3.2%；钉杆高度越大，镦头直径越大；通过试验及模拟所得镦头尺寸和相对干涉量的对比分析，平均相对误差为8.9%验证了模拟准确性。 最后，研究1mm厚铝合金电磁铆接成形件性能。通过对成形件拉伸疲劳性能、硬度及组织的分析研究，表明在电压为2kV、板材预制孔径为6.3mm、钉杆高度为14mm工艺参数下，6014铝合金电磁铆接接头力学性能最好，此时抗剪强度为101MPa，进而为薄板铝合金的电磁铆接成形工艺提供试验依据。
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