多电机驱动搅拌摩擦振动铆焊设备结构有限元分析

张 鹏，赵升吨，张传伟，费亮瑜，张佳莹

(1.西安交通大学 机械工程学院，陕西 西安 710049；2.西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安 710054)

0 前言

多材料混合车身设计是实现汽车轻量化最具潜力的手段[1]，但是异种材料之间巨大的理化性能差异[2]，使它们之间的连接存在诸多问题。异种材料的连接是多材料复合结构制造的关键及结构性能的保证，在实际工程应用中，面临着异种材料高效高强连接的技术瓶颈。常规的连接方法主要有螺栓连接、铆接、熔化焊、钎焊及固相焊等[3-5]，但所得接头存在内应力、裂纹、夹渣和气孔等缺陷，导致接头成形质量、气密性和力学性能较差[6-8]。搅拌摩擦点焊属于固相焊接的一种，由于基体在连接过程中保持固态，因此接头的性能一般不受限于金属间化合物，比较适于铝钢之间的连接[9]，但是其不可避免的退出匙孔却影响了接头外观和接头连接质量[10]。因此，现有的连接方法很难完全满足轻量化车身中多材料复合结构制造的要求，亟需开发优质高效的异种材料连接的新技术。

为了提高异种材料接头连接质量，避免连接过程中产生裂纹等缺陷，Watanabe等[11]开展了铝合金5083与低碳钢的搅拌摩擦焊对接试验，研究了母材放置位置对焊接接头强度的影响机制。刘小超等[12]开展了铝合金超声振动强化FSW与常规FSW对比试验，超声振动能够减小焊缝内部隧道型缺陷，增大材料对接混合区宽度和焊核区体积，接头抗拉强度提高了5%。Chen等人[13]采用铆压连接方法，将圆柱铆钉压入无铆连接的匙孔中，不仅降低了接头底部的凸出高度，还增大了接头的互锁值，接头拉剪强度达到传统无铆连接头的2.3倍。……