高分子材料的电阻热铆焊工艺及机理研究

题名	高分子材料的电阻热铆焊工艺及机理研究
作者	白生天
导师	张昌青 ; 程真喜
答辩日期	2016
学位名称	硕士
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
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。
页数	64
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TQ316;TG447
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/91822
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	白生天. 高分子材料的电阻热铆焊工艺及机理研究[D],2016.