焊接压印连接-中国航空学会.ppt

薄板材料连接新技术在民用飞机制造中的应用前景 何晓聪 英国Manchester大学博士 英国Warwick大学高级研究员 中国昆明理工大学教授 第三届民用飞机先进制造技术及装备论坛 2011年3月7-9日, 深圳-香港 中国制造业取得了举世瞩目的成就，我国已崛起成为全球第三制造大国。 截至2010年底,中国汽车年产销量已达1800万辆,成为全球汽车年产销第一大国。 2010年11月14日,国务院,中央军委下发关于深化我国低空空域管理改革的意见,我国民用飞机制造业面临巨大发展空间和机遇,同时在创新制造技术方面面临巨大挑战. 多年来，世界范围内的能源消耗迅速增长，特别是以液体燃料为动力的交通运输领域的能源消耗和碳排放问题最为突出。减重增效已被公认为交通运输领域节能减排的重要手段。 可以预见,在不远的未来,我国将成为小型民用飞机制造大国。小型民用飞机机身重量约占总重量的40%，因此机身减重将是飞机节能减排的最有效手段。 飞机结构所承载荷通过连接部位传递。据统计，飞机机体疲劳失效事故的70%起因于结构连接部位，其中80%的疲劳裂纹发生于连接点处，因此，连接质量极大地影响着飞机的安全寿命。小型民用飞机的制造中应大量采用薄板连接新技术，以提高飞机的安全可靠性和使用寿命。 机身轻量化设计：薄壁化、中空化、复合化等 新轻型板材的应用: 铝、镁、钛合金板材；冷拉型材； 铝合金铸件等有色合金材料； 树脂基复合材料 ; 先进聚合物基复合材料。 然而，由于很多新轻型薄板材料焊接性能不好或根本无法焊接，因此急需开发新轻型薄板材料连接新技术。 新轻型薄板材料连接新技术在航空航天领域及其他工业领域具有广阔的应用前景。 薄板材料连接新方法 自冲铆（Self-piercing riveting ）; 压印连接（Clinching）; 结构粘接（Adhesive Bonding）； 复合连接（Hybrid Joining）; 等等 自冲铆接（Self-piercing riveting ） 影响自冲铆接质量的因素 自冲铆接技术与传统点焊对比优势 自冲铆接材料组合示例（1） 自冲铆接材料组合示例（2） 自冲铆接质量判断方法 自冲铆接技术应用实例 压印连接（Clinching） 使用专用的压印连接模具，在外力的作用下,迫使被连接金属材料组合在连接点处产生材料流动, 从而形成一个互相镶嵌的压印连接点. 压印连接技术的应用范围 压印连接技术应用实例 结构粘接（ Adhesive Bonding ） 结构粘接技术可用于连接不同材料、不同厚度、二层或多层结构。主要包括金属结构粘接制造技术、蜂窝夹层结构粘接技术和金属复合层板结构粘接技术。 金属粘接结构可以实现大面积连接而减少(或取消)紧固件，具有比强度、比刚度高、结构重量轻、密封性好、疲劳寿命长等一系列优点，已被广泛用于飞机结构，特别是次承力结构上。至今，粘接结构已成为飞机机体的重要结构形式。 金属复合层板粘接技术是利用粘接技术将各向同性的合金薄板与各向异性的纤维复合材料结合起来的新型结构材料一一纤维合金复合层板粘接结构，基于芳纶纤维的复合层板称为ARALL结构，基于玻璃纤维的复合层板称为GLARE结构。ARALL层板的芳纶纤维抗压性能差，在循环压应力作用下容易断裂， GLARE层板结构不存在这个问题。 因此， ARALL层板只能用做机翼下蒙皮， GLARE层板适合用做机身蒙皮。 结构粘接技术应用例 空中客车公司研制的A380大型宽体客机(550座～660座)采用CLARE制造机身上壁板，包括整个客舱的上半部分，比采用铝合金板减重8千公斤。这表明该项技术未来在航空领域有着显著的发展趋势。 另外，结构粘接技术可与其它连接技术优化组合，形成功能更加强大的复合连接技术。 自冲铆接、压印连接、结构粘接技术综合应用实例 自冲铆接接头的质量评价 内锁长度：铆钉脚尖与刺入点之间的水平距离。 钉脚张开度：钉脚柱外表面与铆钉脚尖之间的水平距离 自冲铆接头拉伸剪切强度（1） 自冲铆接头拉伸剪切强度（2）