科學家發明全新鉚接技術:一架商業飛機生產時間可減少1周

盡管鎂(Magnesium)以其輕質著稱,但想要鉚接鎂制零件可能是一個能源密集型的過程。現在科學家發明了一種全新的技術,聲稱可以讓鉚接變得更加簡單,也可能為這種金屬開辟新的用途。

科學家發明全新鉚接技術:一架商業飛機生產時間可減少1周

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鉚接(英文名 riveting)即鉚釘連接,是一個機械詞匯,是利用軸向力將零件鉚釘孔內釘杆墩粗並形成釘頭,使多個零件相連接的方法。鉚釘,是一種機械緊固件,是蘑菇狀的金屬針,其圓柱形的”莖”(或柄)被推入需要連接的兩片金屬的對準的孔中。鉚釘的”帽”(或頭)最終停留在一塊金屬的表面上,而釘柄則從另一塊金屬上伸出來。然後用錘子敲擊該柄,使其散開並變平。這樣,板材就被一側的頭部和另一側被壓扁的柄固定在一起。

不過由於鎂的材質特性,如果在室溫下敲打,由它製成的鉚釘很可能會碎掉。這個問題可以通過在烤箱中預熱這種鉚釘來解決–以使其變得更軟–但這需要時間和能源消耗。因此,鎂質鉚釘並不經常使用。雖然鋁鉚釘可以用來連接鎂板,但它們比鎂的同類產品重約30%。因此,利用它們部分抵消了使用鎂金屬板的重量節省。

建立在叫做「摩擦攪拌焊接」(friction stir welding)的現有技術上,華盛頓州太平洋西北國家實驗室的科學家們現在已經開發出了他們聲稱的更好的鉚接鎂的方法,稱為旋轉錘鉚接(Rotating Hammer Riveting,RHR)。

這個過程開始時,鎂質鉚釘的柄在室溫下被插入兩片鎂的孔中。然後,一個被稱為錘子的工具被推到柄的尾端。盡管它的名字,這個錘子並不像你工具箱里的那個–相反,它是一個具有凹面的固體金屬圓柱形裝置,它像一個鑽頭一樣快速旋轉。

當錘子對著柄部旋轉時,它產生摩擦,反過來產生熱量。這種熱量使鎂變軟,足以使錘子施加的壓力能夠迅速將其壓扁。首席科學家王天浩(Tianhao Wang,音譯)博士說:「我們花了很多時間來尋找錘子的旋轉速度和我們將其插入鉚釘的速度之間的正確平衡。但我們最終在加工范圍內找到了一個甜蜜點,在RHR過程中,鉚釘頭不會粘附在工具上,也不會開裂」。

重要的是,該技術也可以應用於常用的鋁合金 2024 製成的鉚釘。因為這種金屬如果在室溫下儲存,實際上太硬了,不能用來做鉚釘,所以必須先加熱,使其變軟,然後儲存在冷凍室里,使其保持這種狀態。隨後,在從冰箱中取出後必須盡快使用,以免它變熱和重新硬化。

然而,如果將RHR用於未經處理的鋁合金2024鉚釘,它們在室溫下很容易變平。更重要的是,每個鉚釘的安裝據稱只需要四分之一秒,而常規安裝需要1到3秒。

關於這項研究的論文的通訊作者 Scott Whalen 博士說:「如果 RHR 被採用,這將意味著在一架商業客機的一小部分上減少整整一周的鉚接時間」。

科學家發明全新鉚接技術:一架商業飛機生產時間可減少1周

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該論文近期發表在《Journal of Magnesium and Alloys

Source: PNNL

來源:cnBeta