리벳팅 품질에 대한 초음파 진동의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12948(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

초음파 진동은 성형력을 감소시키고 금속 성형 공정의 마찰을 감소시키며 공작물의 표면 품질을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 리벳팅 품질에 대한 초음파 진동의 영향은 수치 시뮬레이션과 실험 방법을 통해 체계적으로 연구되었습니다. 리벳팅 공정에 대한 초음파 진동의 영향을 연구하기 위해 다양한 진동 조건에서 리벳팅 힘, 간섭, 리벳팅 헤드 및 리벳의 미세 구조를 분석했습니다. 연구 결과는 초음파 진동이 리벳팅 힘을 감소시키고 마찰을 감소시킬 수 있음을 보여줍니다. 따라서 리벳재의 유동이 촉진되고 간섭 및 간섭 균일성이 확대되었다. 리벳팅 품질이 향상되었으며 진폭이 증가함에 따라 개선 효과가 증가했습니다. 기존 리벳팅에 비해 진폭 5.77μm에서 상대간섭은 27.32%, 전단강도는 17.16% 증가하였다.

리벳 조인트는 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 항공기 조립과 같은 일부 경우에는 리벳팅이 부품 연결에 대한 가장 중요한 접근 방식입니다. 다른 이전 형태의 연결과 비교할 때 리벳팅에는 여러 가지 장점이 있습니다. 프로세스가 간단합니다. 리벳팅 장비는 작동하기 쉽습니다. 이는 좋은 제품 품질을 가져옵니다. 복잡한 재료 네트워크에 사용될 수 있습니다1.

리벳 업셋팅 공정이 끝나면 냉간 가공 경화는 리벳 재료의 항복 강도를 크게 증가시키지만 소성을 감소시킵니다. 이로 인해 지속적인 리벳팅 작업이 어렵고, 헤드를 뒤집으면 쉽게 균열이 발생하여 설치 품질이 떨어지고 작업 조건이 열악해집니다2,3,4. 전통적인 수동 구멍 제작 및 리벳팅 공정은 여전히 ​​항공기 조립에 널리 사용되어 생산 효율성과 품질을 제한합니다5. 따라서 리벳팅의 효율성과 품질을 개선하는 것이 시급합니다.

최근 수십 년 동안 가능한 초음파 진동 보조 금속 소성 성형을 조사하기 위해 상당한 노력이 기울여 왔으며 이 접근법은 이제 UV 보조 드로잉, 스탬핑, 압출 등을 포함하여 실제로 널리 사용됩니다. Marakawa 등6은 방사형 초음파를 적용했습니다. 와이어 드로잉 공정 중 다이에 진동이 발생합니다. 그 결과, 표면 품질이 향상되고 드로잉 비율도 증가할 수 있는 것으로 나타났습니다. Siegert와 Mock7은 초음파 진동 다이를 적용하면 와이어 드로잉과 관련된 힘을 줄일 수 있음을 발견했습니다. 인발력의 감소는 성형 공정의 잠재적 한계를 확장하는 역할을 합니다. 여기서 공명 효과로 인해 인발력이 최대 40%까지 주기적으로 감소했습니다. 그러나 인발 속도가 증가함에 따라 단위 길이당 진동 수가 감소하기 때문에 인발력에 미치는 영향은 덜 두드러졌습니다. Djavanroodi 등8은 ECAP(Equal Channel Angle Press)에 대한 초음파 진동의 영향을 조사한 결과 진폭이 클수록 성형 하중이 더 많이 감소한다는 사실을 발견했습니다. 20kHz에서 진폭 2.5μm의 초음파 진동을 적용했을 때 평균 힘이 13% 감소했습니다. Faraji 등9은 ECAP 공정에서 초음파 진동의 사용을 테스트한 결과 초음파 진동을 중첩함으로써 변형률의 균일성을 높일 수 있음을 발견했습니다. Rasoli 등10은 튜브 회전 공정에 대한 종방향 초음파 진동의 영향을 연구했습니다. 여기서 실험 결과는 저전력 종방향 초음파 진동이 내부 표면 품질을 향상시킬 수 있는 반면 고출력 초음파 진동은 성형력과 재료 탈출에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었습니다. 그들은 이러한 변화가 초음파 진동과 관련된 접촉 효과의 결과라고 결론지었습니다. Jimma 등11은 초음파 진동을 적용하여 Deep Drawing 공정에서 제한 Drawing 비율을 개선했습니다. Bunget과 Ngaile12는 초음파 진동을 이용한 미세 성형을 조사하고 표면 품질이 높은 작은 부품을 얻었습니다. 초음파 진동으로 금형과 공작물 사이의 마찰이 개선되고 압출력이 감소되었습니다.