[发明专利]双向机械互锁与固相连接复合的点连接方法

权利要求书

1.一种双向机械互锁与固相连接复合的点连接方法，其特征在于，通过将上层待连接材料和下层待连接材料层叠置于模具和半空心铆钉之间，通过马达驱动主轴旋转，使主轴及与其相连的飞轮转速达到设定值，驱动马达与主轴分离，通过滑移端驱动主轴及与其相连的飞轮进给运动，利用飞轮的惯性带动半空心铆钉旋转，并轴向进给铆入待连接材料，当主轴转速在待连接材料阻力作用下降为零时继续进给，直至铆钉体腰部向内侧收缩变形，铆钉体尖端向外侧张开变形，即在铆钉空腔内侧形成铆钉体与截留材料之间的腔内机械互锁，同时在铆钉空腔外侧形成铆钉尖端与下层待连接材料之间的腔外机械互锁；

所述的上层待连接材料被铆钉的进给运动切断后形成位于铆钉空腔内侧的截留材料，截留材料在工艺结束后与下层待连接材料形成固相连接；

所述的半空心铆钉包括，铆钉头部、铆钉腰部和铆钉腿部，其中：铆钉头部设有用于传递扭矩的周向分布凸起/凹槽驱动结构，铆钉腿部尖端顶点与外壁重合；

所述的铆钉满足：i)腰部的壁厚大于铆钉腿部壁厚和ii)铆钉内壁为光滑表面且外壁设有凹槽结构，使得铆钉尖端插入待连接材料后，铆钉腰部在主轴驱动力和待连接材料阻力的轴向压缩作用下向内收缩变形，在铆钉空腔内侧形成铆钉体与截留材料之间的腔内机械互锁；

所述的双向机械互锁通过调节铆钉进给深度，改变铆钉轴向受力实现铆钉腰部和腿部的按需变形，即：F＞F₀，其中：F为铆钉受到的瞬时轴向力，F₀为铆钉发生塑性变形的临界进给阻力，通过铆钉材料的屈服强度和铆钉的几何尺寸计算：F₀＝max[(π(R_w²-r_w²)σ_w，π(R_t²-r_t²)σ_t]，其中：R_w和r_w分别为铆钉腰部的外径和内径，R_t和r_t分别为铆钉腿部的外径和内径，σ_w和σ_t分别为铆钉腰部和铆钉腿部材料的屈服强度。

2.根据权利要求1所述的双向机械互锁与固相连接复合的点连接方法，其特征是，所述的主轴转速设定值通过以下方法计算：飞轮以转速设定值ω旋转产生的动能E等于待连接材料之间形成固相连接所需的能量Q，即：E＝Q，其中：ω为主轴转速设定值，I₀为主轴的转动惯量，I₁为飞轮的转动惯量；Q通过截留金属体积V和单位体积材料发生动态再结晶的临界能量Q₀计算，即：Q＝kVQ₀，R为铆钉外壁半径，f(t)为铆钉进给速率，k为修正系数，Q₀为材料常数，Δt为铆钉穿透上层板的时间。

3.根据权利要求1所述的双向机械互锁与固相连接复合的点连接方法，其特征是，所述的凹槽结构为圆弧形，深度为铆钉壁厚的1/10～1/4，避免铆钉腰部在变形过程中产生应力集中或折断。

4.根据权利要求1所述的双向机械互锁与固相连接复合的点连接方法，其特征是，所述的铆钉轴向受力通过串联于主轴末端且与主轴同轴设置的力传感器测量，当F＞F₀时，铆接工艺结束。