浅析电磁铆接技术及其具体应用

张多超

摘要：基于电磁形成的电磁铆接技术，目前主要应用于航空汽车领域。作为新型铆接工艺电磁铆接也具备其不可替代的优点并且在复合材料结构连接以及大直径难变形铆钉室温铆接方面具有显著优势。本文立足于电磁铆接技术，研究电磁铆接的性能，旨在为电磁铆接技术的应用研究服务。

关键词：电磁；铆接技术；装备；机械连接

一、电磁铆接及技术发展

电磁铆接是借助电磁成型原理在放电线圈与被连接件之间增加线圈和应力波放大器的一种冲击加载连接。其优点是加载速率大、材料应变率大。电磁铆接作为新型铆接工艺又被称作是应力波铆接，具体铆接方式是在放电线圈和工件之间增加了一个线圈和应力波放大器（调制器）放电开关闭合的瞬间，初级线圈中通过快速变化的冲击电流，在线圈周围产生强磁场。与初级线圈耦合的次级线圈在强磁场作用下产生感应电流，进而产生涡流磁场，两磁场相互作用产生涡流斥力，并通过放大器传至铆钉，使铆钉成形。涡流力的频率极高，在放大器和铆钉中以应力波的形式传播。

电磁铆接技术是在传统某些技术基础上发展起来的装配工艺。电磁成形设备通过对电容器组充电储能，能量充到预定值后闭合放电开关，通过置于铆接工装中的平板线圈进行释能放电。放电瞬间，储能电容、放电线圈以及系统内阻构成的振荡电路产生交变电流，使线圈周围产生交变磁场。在交变磁场作用下，与线圈贴合的铜质驱动片表层会感生出交变涡流，进而产生感生涡流磁场。线圈磁场与涡流磁场产生相反的斥力推动冲头压缩铆钉形成钉头，锁紧被连接板材。

二、电磁铆接设备发展

从电磁铆接技术研究至今，电磁铆接设备研制大致分为三个阶段。首先，1958年世界上出现第一台电磁成形设备，以美国、俄罗斯、中国、日本为主的许多国家开始对电磁铆接技术展开研究。电磁铆接设备最早于20世纪60年代是美国波音公司为了解决普通铆接存在的问题开始研究电磁铆接，并且于1986年申请了强冲击电磁铆接装置专利。然而，这一时期电磁铆接技术还处于研究阶段。

直至20世纪70年代世界上第一台电磁铆接设备才被俄罗斯伏尔加航空工艺研究院研发出来，并在伊尔-86和TY-154等型号飞机部分构件的铆接装配过程中成功应用。从此开启了电磁铆接设备发展的第一个阶段。20 世纪 80 年代研发了配备有加热装置的手提式电磁铆枪，投产应用于发动机燃烧室壳体Cr-Ni 钢铆钉铆接装配过程中。工作电压一般5000-8000V的高电压电磁铆接设备阶段。格鲁门公司为配合F-14的研制，在解决厚夹层结构钛合金材料的干涉配合紧固件连接过程中研制出了新的电磁铆接装置被称为“应力波铆接设备”。

1988年， Peter Zieve博士，开发了低电压电磁铆接设备，开启了电磁铆接广范应用之路，也进入低电压电磁铆接阶段。工作电压一般低于600v，水个别有1200v，但已经属于低电压电磁某阶阶段。也就在这一时期，中国高校也开始电磁铆接技术的研究和设备的研制之中。

近年来，美国研制了自动化电磁某些设备。在计算机控制和低电压电磁某些设备工程化基础上的持续改进和研发，也使电磁铆接设备在技术成熟度方面和设备稳定性方面都显著提高。90年代北京航空制造工程研究所在引进。的基础上。研发了采用自动化脉冲变压器的电磁铆接设备。“十一五”和“十二五”期间，哈尔滨工业大学针对航天制造需求研发了电磁某些设备和铆枪样机。

三、电磁铆接的具体应用

电磁铆接技术更适合于难度较高的变形材料铆接。并且在充分、均匀的应力波传递干涉配合的加速过程中能减少对材质的冲击，也能减少损失。电磁铆接技术对于钛合金材料、复合材料结构的机械连接有明显的优势，被广泛应用于航空制造业。

1.干涉配合铆接

干涉配合铆接是通过干涉配合提高材料结构的疲劳寿命，实现结构材料的最佳疲劳寿命增益。例如在。钉杆膨胀不均匀的厚夹层结构中。电磁铆接可以在短时间内实现钉杆膨胀和墩头的成型，并且钉杆和钉孔之间形成的干涉量均匀，从而实现接头疲劳寿命的延长。

2.复合材料结构铆接

复合材料结构。由于性能优异被广泛应用于航空航天器结构当中，而为了能够最大程度地。保护复合材料结构需要借助电磁铆接工艺，防止挤压破坏。但是在复合材料某些过程中要注意锤头的尺寸和垫圈几何构形设计以及钉孔间隙选择以满足复合材料铆接的要求。

3.干涉配合紧固件安装

为了进一步提高铆接部件的结构疲劳寿命，一些飞机制造中通常采用大量的干涉配合紧固件。传统的安装过程中，通过液压压入或锤击打入的方法，而这样会产生很多缺点，例如安装困难容易造成孔壁损伤等。借助电磁铆接安装就可以避免这些缺点同时，在安装干涉配合紧固件时，可能会出现许多“凸瘤”（由于夹层材料被挤出堆积形成的凸出结构），而使用电磁铆接可以最大程度的减少安装过程中产生的凸瘤。另外，在安装大量干涉紧固件或后夹层结构时，先冷冻紧固件以防止安装损伤。

综上所述，电磁铆接技术作为新的机械连接工艺，其优势极为明显。而且由于电磁铆接更适合于钛合金材料、复合材料等新型结构材料的机械连接，因此燕子铆接的应用前景广阔。

参考文献：

[1]黄运凯,张旭,李杰,等. 电磁铆接技术国内外研究进展[J]. 精密成形工程,2021,13(5):51-57.

[2]毕建伟. 电磁铆接技术在大飞机铆接装配上的运用[J]. 经济技术协作信息,2019(5):72.

[3]曹增强,刘洪. 电磁铆接技术[J]. 塑性工程学报,2007,14(1):120-123.

[4]刘彩莲. 飞机装配过程中的电磁铆接技术的研究[J]. 军民两用技术与产品,2018(20):

[5]张旭.飞机装配过程中的电磁铆接技术概述[J].科技广场2014,05,

作者简介：张多超，男，30岁，甘肃张掖市，本科，哈尔滨飞机工业集团，工程师

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