面向難變形材料的機械-固相複合連線方法研究

《面向難變形材料的機械-固相複合連線方法研究》是依託上海交通大學，由李永兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向難變形材料的機械-固相複合連線方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李永兵
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

異種材料混用是汽車車身輕量化重要手段，傳統電阻點焊工藝在異種材料連線時無法使用。目前異種材料連線主要採用自沖鉚接和摩擦點焊，但對難變形材料，採用自沖鉚接難以形成可靠接頭，採用摩擦點焊則無法保證接頭強度。項目提出一種機械-固相複合連線新方法，以自沖鉚接機械連線為基礎，引入摩擦點焊固相連線機制，通過鉚釘高速旋轉產生摩擦熱軟化金屬，解決難變形材料機械連線時變形困難問題，實現難變形材料機械連線；通過摩擦熱精確控制，實現鉚釘與相鄰材料的固相可靠連線，解決傳統摩擦點焊殘留工藝孔和攪拌針磨損問題。項目建立接頭形成過程熱力耦合模型，研究熱力耦合條件下鉚釘與難變形材料的匹配規律和變形機理；建立複合連線試驗原型系統，探索摩擦熱累積對接頭固相連線控制機理；通過接頭拉剪過程有限元仿真，揭示機械-固相複合對接頭力學性能控制規律，形成難變形材料的機械-固相複合連線工藝，並套用於鋁合金/鎂合金、鋁合金/高強鋼的連線。

結題摘要

輕量化是汽車節能減排的重要手段，綜合考慮減重效果和材料成本，多材料混用成為汽車車身製造技術發展的必然趨勢。然而，異種材料的混用使得連線工藝面臨巨大挑戰。本項目針對異種難變形材料自沖鉚接無法形成可靠接頭，以及攪拌摩擦點焊接頭強度低等問題，以自沖鉚接機械連線為基礎，引入攪拌摩擦點焊固相連線機制，提出一種機械-固相複合連線新方法，通過鉚釘高速旋轉產生摩擦熱軟化金屬，解決難變形材料機械連線時變形困難及固相連線強度低等問題，實現難變形異種材料可靠連線。項目通過建立考慮大變形、材料失效的接頭形成過程熱力耦合模型，研究了關鍵工藝參數對接頭內摩擦熱演化和分布的影響規律，揭示了熱力耦合條件下鉚釘與難變形材料的相互作用機理；通過建立機械-固相複合連線試驗原型系統，揭示了摩擦熱累積和演化對接頭固相連線行為控制機理，並提出了提升接頭機械連線與固相連線性能的工藝最佳化方法；通過接頭拉剪實驗，揭示了機械-固相複合對接頭力學性能控制規律，並套用於鋁合金/鎂合金的連線，使鋁合金/鎂合金的自沖摩擦鉚焊接頭與自沖鉚接接頭相比拉剪強度提升近1倍。項目研究成果為自沖摩擦鉚焊技術在輕量化車身中的套用奠定了重要的理論和套用基礎。 截至2016年底，本項目相關內容共發表SCI論文11篇，國內外會議論文5篇，其中邀請報告2次，申請國家發明專利2項，並研製自沖摩擦鉚焊試驗機1台。研究成果在汽車用異種材料連線領域產生了較好的學術影響，也引起了企業的高度關注，具有較強的產業化前景。