【摘 要】
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当今资源和环境问题日趋严重,汽车轻量化的需求十分迫切,轻量化材料的使用是降低汽车重量的有效途径。铝合金材料比强度高、耐腐蚀性能好,目前已被广泛应用于汽车工业中。镁合金是近年来热门的轻量化材料,具有密度小、重量轻的特点。异种材料之间必然涉及到可靠性连接的问题,磁脉冲压接技术作为一种环保高效的新型连接技术,已在多个行业的管件连接中得到应用。在该工艺的基础上加入结构胶,形成一种磁脉冲压接-胶接复合连接工
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当今资源和环境问题日趋严重,汽车轻量化的需求十分迫切,轻量化材料的使用是降低汽车重量的有效途径。铝合金材料比强度高、耐腐蚀性能好,目前已被广泛应用于汽车工业中。镁合金是近年来热门的轻量化材料,具有密度小、重量轻的特点。异种材料之间必然涉及到可靠性连接的问题,磁脉冲压接技术作为一种环保高效的新型连接技术,已在多个行业的管件连接中得到应用。在该工艺的基础上加入结构胶,形成一种磁脉冲压接-胶接复合连接工艺,实现铝/镁合金管件之间的有效连接。通过数值模拟、力学性能测试、微观和硬度观测、盐雾腐蚀性能测试等几个方面展开研究。首先,设计了一种用于汽车轻量化传动轴的轴管轴叉连接结构。使用6061铝合金轴管和AZ31B镁合金轴叉替换原有钢制零件,通过扭矩计算完成轴管的选型和相关尺寸设计,选用磁脉冲压接技术对二者进行连接。其次,对磁脉冲压接工艺进行数值模拟。基于LS-DYNA软件耦合电磁场与结构场,分析电流密度、磁感应强度和洛伦兹力、外管变形速度和变形量等物理量的分布和变化。随着放电能量的增大,最大电流密度、磁感应强度和最大洛伦兹力三项电磁参数也随之增大,外管达到最大变形所用的时间相应减少,为后续工艺试验提供了指导。利用全光纤激光多普勒测速仪测得外管的变形速度,发现试验与仿真权值差距为3.48%,证明数值模拟的准确性。接着,分别改变放电能量、放电次数和镁合金槽型角三项工艺参数,完成磁脉冲压接工艺试验,探究接头的静扭转强度大小和失效形式。接头扭转失效模式共有外管被扭出和外管被扭裂两种,失效均出现接头部位。改变不同工艺参数后得到的最大扭矩为961.99N·m。之后在磁脉冲压接工艺基础上加入结构胶,形成磁脉冲压接-胶接复合连接工艺,确定涂胶参数和工艺顺序。压胶复合连接接头的静扭转失效模式分为接头处胶层的混合失效和母材失效两种。在合适的参数下接头最大扭矩达到1479.25N·m并发生母材失效,能够满足传动轴的静扭转需求。微观分析胶层的分布规律、外管剪薄情况及两种合金硬度变化,发现铝合金外管在槽的顶圆角R1处会发生剪薄,维氏硬度也会随之增加。最后,对两种连接接头进行中性盐雾腐蚀。随着腐蚀周期增长,两种接头的腐蚀程度和产物均随之增加,重量反而出现下降。胶粘剂的加入大大减少了两种金属之间原电池的形成,因此相同时间下压胶复合连接接头的抗腐蚀性能和静扭转强度下降情况均优于磁脉冲压接接头,其中二者力学性能降幅相差14.24%。腐蚀后的两种接头的失效模式不同,压胶复合连接接头全部为胶层混合失效,而磁脉冲压接接头腐蚀周期较短时,依然为接头处被扭裂,但当腐蚀周期足够长,端面处的铝管由于腐蚀量过大而在扭转过程中率先发生开裂。
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