高分子材料的电阻热铆焊工艺及机理研究

发布时间：2017-06-26 15:21

  本文关键词：高分子材料的电阻热铆焊工艺及机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着汽车行业的快速发展,人们对汽车发展提出了新的要求:节能、环保、安全性更高,解决方法之一就是降低汽车质量,因此高强钢、高分子材料、复合材料在整车制造中的占比越来越大。其中可靠的连接技术是各种材料广泛应用的前提条件。目前焊接、粘接和铆接技术是家电、飞机、汽车等制造行业应用最广泛的材料连接工艺,对于不同材料每种技术都有其优点。针对汽车行业出现的新材料的应用趋势,本课题研究一种新的同种或异种材料连接方法——电阻热铆焊。电阻热铆焊是利用电阻焊机对半空心铆钉进行加压加热,在被连接接头两侧形成铆头,同时接头处形成一定尺寸的熔合区。其兼具机械铆接、电阻焊、胶结的特点,使接头具备以下性能:植入的金属铆钉使接头具有机械连接的高强度,操作过程简单,适用范围广;焊接过程中铆钉被加热将周围塑料熔化,在电极压力作用下塑料被粘接在一起,从而提高接头强度和抗疲劳性能;与冷铆焊相比,金属铆钉被加热软化,使用较小压力即可达到相同效果,接头成型经济、简单、快捷、可靠,能形成静态强度接近于母材的接头。本研究利用电阻热铆焊和半空心铝铆钉连接ABS/ABS、ABS/Q235。试验不同工艺参数,并对其进行优化,寻找最佳工艺窗口。设计基于Labview的数据采集系统,采集焊接过程不同阶段的电信号,分析各阶段温度、动态电阻、铆钉变形量的变化,根据测得数据曲线,可将焊接过程分为冷铆变形、热铆成型和稳定变形三个阶段。将理论值与实测值进行对比分析、计算,结果显示通电加热过程不仅有利于提高金属的塑性、增加铆钉变形量,还可将塑料熔化,使ABS/ABS、ABS/Q235接触界面产生胶结作用;对比焊接时间和焊接电流对接头强度的影响,通过接头强度看出焊接电流对接头性能影响更明显,最佳的焊接电流为1.5kA,分析不同工艺参数下接头的拉伸载荷和断裂曲线,强度最高的接头断裂形式为粘接熔合区呈片状撕裂,之后铆钉发生塑性变形、颈缩、断裂;通过光电子能谱(XPS)和红外光谱分析得出,焊接过程中ABS受电场、高温作用,发生降解,化学键断裂,经化学反应生成C=O、C-O键,在原子接触层面形成配位键,增强界面结合力,显著提高接头强度;利用DEFORM有限元模拟软件,对焊接过程中的温度场、应力场、铆钉变形以及ABS/ABS、ABS/Q235接头的断裂失效形式进行模拟分析,模拟结果与实际焊接效果基本一致。经以上实验结果论证、分析表明:电阻热铆焊是连接同种热塑性塑料、塑料和金属异种材料的可靠连接方法。
【关键词】：电阻热铆焊 数据采集 热塑性塑料 半空心铝铆钉 DEFORM软件
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ316;TG447
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 选题意义和背景10-11
• 1.2 金属和塑料连接技术的国内外发展现状11-15
• 1.3 有限元分析在焊接中的应用15-16
• 1.4 电阻胶铆焊的工艺特点16-17
• 1.5 本课题研究内容17-19
• 第2章 试验材料、设备及研究方法19-30
• 2.1 实验材料19-20
• 2.2 实验设备20
• 2.3 研究方法20-29
• 2.3.1 前期可行性研究论证20-21
• 2.3.2 基于Lab VIEW的数据采集系统设计21-26
• 2.3.3 力学拉伸强度测试26-27
• 2.3.4 红外光谱和X射线光电子能谱分析27-28
• 2.3.5 微观组织及连接机理分析28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 焊接过程电信号分析及热平衡分析计算30-37
• 3.1 ABS/ABS焊接过程温度、动态电阻和位移分析30-32
• 3.2 ABS/Q235焊接过程温度、动态电阻和位移分析32-33
• 3.3 焊接过程解析计算33-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 ABS/ABS焊接接头组织及性能分析37-44
• 4.1 工艺参数优化及接头性能分析37-40
• 4.2 微观组织分析40-41
• 4.3 红外光谱及X射线光电子能谱成分分析41-42
• 4.4 本章小结42-44
• 第5章 ABS/Q235焊接接头组织及性能分析44-50
• 5.1 工艺参数优化及接头性能分析44-45
• 5.2 微观组织及断口形貌分析45-46
• 5.3 红外光谱及X射线光电子能谱成分分析46-48
• 5.4 本章小结48-50
• 第6章 试验过程数值计算与模拟50-59
• 6.1 DEFORM-3D/2D模拟软件简介50
• 6.2 焊接过程数值模拟50-58
• 6.2.1 建立模型51
• 6.2.2 网格划分及材料设置51-52
• 6.2.3 初始、边界条件的确定及接触定义52-53
• 6.2.4 温度场的模拟结果53-55
• 6.2.5 应力场模拟结果55-56
• 6.2.6 接头断裂形式模拟56-58
• 6.3 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 范子杰;桂良进;苏瑞意;;汽车轻量化技术的研究与进展[J];汽车安全与节能学报;2014年01期

2 张胜玉;;塑料高频焊接技术[J];上海塑料;2013年03期

3 谢叶香;宋仁杰;向建南;李金恒;;过渡金属催化C—H氧化反应研究[J];有机化学;2012年09期

4 李新军;董君;曹清华;孟庆荣;沈烈;;热塑性塑料的电阻焊焊接工艺[J];高分子材料科学与工程;2011年04期

5 鲁春艳;;汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J];上海汽车;2007年06期

6 郭沁林;;X射线光电子能谱[J];物理;2007年05期

7 高阳;陈风波;赵云峰;;塑料超声波焊接质量影响因素的研究进展[J];宇航材料工艺;2006年06期

8 冯美斌;;汽车轻量化技术中新材料的发展及应用[J];汽车工程;2006年03期

9 季亚娟;孙成彬;李辉;栾国红;;塑料板的搅拌摩擦焊工艺研究[J];焊接;2005年11期

10 李晓静,李双义,张连洪,毕大森,张健;自冲铆接工艺的研究及改进措施[J];天津理工大学学报;2005年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 万淑敏;半空心铆钉自冲铆接技术的研究[D];天津大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李晨民;轿车前后保险杠超声波焊接设备的研究[D];南京理工大学;2007年

  本文关键词：高分子材料的电阻热铆焊工艺及机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：486663