PNNL新的旋转锤铆接技术使轻质镁铆钉可以在不预热传动轴的情况下使用。该过程也比传统铆接更快。信用:安德里亚·斯塔尔|太平洋西北国家实验室如果铆钉工罗茜能够获得一种新的铆接技术，二战成名的角色本可以工作得更快，制造出更轻的产品。如今，太平洋西北国家实验室(PNNL)开发的新专利铆接技术使轻质镁更容易形成，并减少了连接每个铆钉所需的时间。镁是最轻的金属之一，这使得它成为车辆更好的燃油经济性的理想选择。但在工业用途上，它落后于铝和钢，因为它有时很脆，很难成型为结构零件。新的基于摩擦的铆接技术，称为旋转锤铆接(RHR)，避免了预热金属以形成铆钉的需要，并改善了紧固连接。它也适用于飞机制造中使用的铝铆钉。处理方法也明显更快，这可以节省飞机和车辆建造的时间和金钱。
让旧流程变新
铆接是连接不同材料的最古老的已知技术之一。古埃及人用木制铆钉将金属把手连接到陶罐上。铆接然后通过时代和跨文明流传下来，可以在罗马建筑、维京船、中世纪盔甲和其他历史物品中看到。
随着19世纪和20世纪新材料的出现，钢铆接在从建筑到桥梁、战列舰到飞机的大量结构应用中变得无处不在。但是铆接过程几乎没有改变。取一个一端带有蘑菇形帽的圆柱形金属块，将柄或茎穿过要连接的两种材料中的孔，然后用锤子敲打柄的一端，形成将两种材料敲在一起的第二个头。
试着用镁铆钉做，它可能会碎。虽然镁合金因其重量轻而具有高强度，但镁在室温下容易变脆。因此，通常情况下，镁合金铆钉会被加热，使其足够柔软，以便锤打和弯曲时不会断裂。
加热每个铆钉既慢又贵，所以镁铆钉很少使用，尽管它们比用于连接镁金属片的铝铆钉轻30%。
锤打一种新的铆接技术
PNNL开发的RHR技术不需要预热镁铆钉。该工艺在《镁及合金杂志》中有所描述，使用镁铆钉，无需预热。它的速度快了4到12倍，同时还省去了传统冲击铆接中预热铆钉的时间，并带来了增强强度和防腐蚀性能的额外好处。
RHR是搅拌摩擦焊的一个分支。这项技术使用一种叫做锤子的小型旋转工具。旋转力通过摩擦和变形产生热量，这使镁足够软化以形成铆钉头，同时还混合铆钉头的下侧以与下面的金属板冶金结合。金属的这种结合形成了一种防止腐蚀的连续结合。
首席研究员王天浩说:“在锤子的旋转速度和我们把它扎进铆钉的速度之间，我们花了很多努力才找到正确的平衡。“但我们最终在加工范围内找到了一个最佳位置，铆钉头不会粘在工具上，也不会在RHR过程中开裂。”
新获得专利的工艺使金属变形，从而改变其晶体结构。利用高功率显微镜，研究人员能够看到这些颗粒是如何被细化和重新定向的，以使镁更易成形和更坚固。
飞机制造的铆接解决方案
相应的作者斯科特·韦伦指出，RHR也致力于铝铆钉，就像飞机上使用的铆钉一样。每架商用飞机上都有数十万个铆钉——2024年大部分由铝合金制成——惠伦表示，这种工艺可以降低成本，提高生产线的效率。
铝合金2024制成的铆钉如果在室温下存放，强度太大，无法铆接。因此，在铆接之前，它们必须经过退火或软化，然后储存在冰箱中以保持柔软。
“一旦进入生产线，这些“冰盒铆钉”必须在不到15–30分钟内使用，否则它们会变得太硬而无法铆接，”Whalen说。“但是，RHR可以在铝2024铆钉处于完全硬化状态后对其进行铆接，因此不需要冷藏。这意味着铆钉不再需要储存在冰箱中，铆接对时间不敏感，未使用的铆钉不再需要重新热处理并重新放入冷库中。”
基于摩擦的快速铆接技术
RHR加工铝的速度极快。传统铆接每颗铆钉需要1-3秒，而RHR仅需0.25秒。节省的时间可以转化为每10万个铆钉节省40个小时。“这意味着，如果RHR被采用，只需一架商用客机的一小部分，就可以少花整整一周的时间来吸引眼球，”Whalen说。
RHR只是PNNL正在开发的一套用于加工金属合金和复合材料的颠覆性制造技术之一。这些固相加工技术包括在不熔化的情况下使材料变形，以加热、混合、制造和连接金属和其他材料。与传统制造方法生产的材料相比，所得材料具有非凡的性能。
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