粘接剂对铝合金自冲铆接头力学性能的影响

制备了5052铝合金和8090铝锂合金的同质单搭自冲铆接头和同质单搭粘接-自冲铆复合接头。通过静力学试验获得各组接头的静失效载荷,并计算了各组接头的能量吸收值。分析了各组接头的成形质量及宏观失效机理。结果表明:粘接剂(3MDP100)使5052铝合金自冲铆接头静失效载荷增加了2.30%,使8090铝锂合金自冲铆接头静失效载荷降低了5.37%;粘接剂的使用对接头成形质量影响较大,其相对降低了自冲铆接头的能量吸收值;5052铝合金自冲铆接头的失效模式为下板与铆钉分离;8090铝锂合金自冲铆接头的失效模式为下板与铆钉分离,上板靠近铆钉附近地方发生轻微撕裂且下板出现脱层现象;两种复合接头的失效模式均为下板与铆钉分离以及基板与胶层粘接界面的次价键被破坏。     

TA1铆焊复合接头与自冲铆接头力学性能对比

采用铆焊复合连接技术(对TA1进行自冲铆接后,再对其进行电阻点焊)对TA1钛板进行了连接,通过分析TA1铆焊复合接头与自冲铆接头的载荷-位移曲线和宏观失效形式,比较了TA1铆焊复合接头与自冲铆接头在静力学性能、截面成形、失效机理、能量吸收值等方面的不同。结果表明:铆焊复合接头的平均静失效载荷大于自冲铆接头的平均静失效载荷;与自冲铆接头相比,铆焊复合接头中铆钉与板材、板材与板材之间接触更致密;铆焊复合接头的失效形式为铆钉腿被切断,同时伴随下板撕裂,自冲铆接接头的失效形式为铆钉腿被切断;在能量吸收值方面,铆焊复合接头相比自冲铆接头更大。     

自冲铆接铆钉材料流场的数值模拟研究

以厚度为2 mm的同种AA5052铝合金板料为铆接对象，利用Simufact Forming16.0软件建立铝合金自冲铆接的仿真模型。设定不同水平的铆钉内腔高度和铆钉高度，分别进行模型非线性有限元计算。分析了不同铆钉工艺参数下铆钉材料流场变化以及对接头成形质量和铆接最大冲压载荷的影响。试验表明：仿真结果与实际的接头截面成形效果相似，接头主要变形区域内的板料流速较大；较小内腔高度的铆钉形成的接头内锁结构更优，残余底厚为0.784 mm、钉脚张开度为1.058 mm,铆钉材料径向流速更快；钉脚张开度、铆钉材料径向流速和铆接的最大冲压载荷均随着铆钉高度的增加而增大，残余底厚随着铆钉高度的增加而减小。     

无铆和自冲铆在汽车行业中的应用

采用不同厚度板材对自冲铆铆接和无铆钉铆接进行两种连接方法试验。通过拉伸试验测定接头抗剪强度,并结合接头失效形式、接头剖面形貌对铆接接头进行综合评价分析。结果表明:板材越厚,无铆和自冲铆接头失效过程中需要吸收更多能量,因而有更高的连接刚度和抗剪强度;无铆接头常见失效形式为上下板材拉脱失效;自冲铆接头常见失效形式为板材撕裂失效和铆钉腿部拉脱失效。     

半空心铆钉自冲铆接工艺过程的数值模拟

采用DEFORM-2D软件对半空心铆钉自冲铆接工艺过程进行数值模拟,分析了铆接成形过程、应力应变和行程载荷变化趋势.采用观察铆接截面形状和行程-载荷曲线的方法,分析了凹模凸台高度和铆钉材料对铆接接头质量的影响.结果表明,在一定范围内增加凹模凸台高度,能提高铆接接头的自锁性能;适当硬度的铆钉有利于形成具有良好的力学性能的铆接接头.     

1420铝锂合金自冲铆连接工艺及静态失效机理

采用两种规格铆钉对1420铝锂合金板的自冲铆接过程进行了数值模拟,并对模拟结果进行了验证。基于拉伸-剪切试验研究了两种铆钉接头的静力学性能和失效模式,并利用扫描电子显微镜对试件进行微观失效分析。结果表明:试验结果与模拟结果具有良好的一致性。大规格铆钉接头的静力学性能明显优于小规格铆钉的自冲铆接头。两种接头的失效模式均为下板与铆钉分离;大规格铆钉的接头上板出现严重撕裂,属于韧性断裂。     

钢铝合金组合板自冲铆接头的力学性能研究

使用铝锂合金板(AL1420)和镀锌钢板(Q215)制备了自冲铆接头。通过对比试验获得了不同组合形式的接头最优铆接参数。通过拉伸-剪切试验研究了接头的静失效载荷及其能量吸收性能,对接头的失效形式及其宏观失效机理进行了分析。结果表明:钢铝合金不同组合形式的自冲铆接接头均能获得良好的成形性。AL1420-AL1420接头静失效载荷最大;Q215-AL1420接头失效位移最大,其缓冲吸震性能最优。钢铝合金组合接头的失效形式均为下板与铆钉分离;且下板材质对接头的综合性能影响较大。     

不同结构形式的航空铝合金自冲铆接接头的静失效行为

采用自冲铆接技术制备了5052铝合金在凸底和平底两种模具下的铆接结构。通过改变板材的搭接形式,开展了自冲铆接接头在拉伸-剪切和剥离载荷作用下的力学响应及失效行为分析。结果表明：薄板作为上板铆接可以承受更高的剪切载荷并可增大失效位移。当板厚相同时,平底模具接头的抗剪切能力和抗剥离能力优于凸底模具接头。从宏观角度,凸底模具接头的失效形式主要为纽帽粘附铆钉底部从下板拔出失效,同时有上板断裂失效形式出现;平底模具接头的失效形式为拉脱失效以及上板轻微撕裂而导致的铆钉嵌入下板失效。从微观角度,平底模具剥离接头以上板在铆口的剪切断裂为主要失效原因;对于薄板作为上板的凸底模具单搭接头,失效机理为上板的微孔聚集型韧性断裂;其余因铆钉拔出而失效的接头,其下板铆口处呈现显著的刮擦形貌。     

铝合金自冲铆接头疲劳性能及失效机理

自冲铆是轻量化材料的有效连接技术,为促进该技术的广泛应用,文中基于两组铝合金自冲铆接头,采用疲劳测试、统计方法、断口分析和X-射线能谱仪元素分析,获得接头疲劳特性和断口典型部位微观组织特征,从而对铝合金自冲铆接头疲劳性能及失效机理进行研究。结果表明,随着疲劳载荷降低,接头疲劳寿命稳定性和相对滑移量下降。由于多铆钉接头有效减小了应力集中,其疲劳强度比单铆钉接头提高了31.36%~23.14%,且多铆钉接头的疲劳寿命稳定性较高。多铆钉接头中存在首要和次要承载顺序,疲劳断裂表面为首要承载顺序所在位置。接头疲劳宏观失效模式均为下板断裂,疲劳裂纹主要萌生于铆钉管腿与下板接触部位,微振磨损区域自铆钉管腿底部向铆钉头方向生长。减缓该部位的摩擦作用,可有效延迟疲劳裂纹萌生和减缓裂纹扩展,从而提高接头疲劳寿命。     

粘接剂对TA1钛合金异质板T型自冲铆接工艺影响研究

制备了TA1钛合金板与5052铝合金板或Q215镀锌钢板的异质T型自冲铆接头和异质T型粘接-自冲铆复合接头。通过剖面直观观察了接头成形质量,分析了宏观失效机理。基于剥离实验对比了各组接头的最大剥离载荷均值及能量吸收性能。结果表明:粘接剂(3M-DP460)对自冲铆接头成形质量影响较大,其大大提高了T型自冲铆接头的缓冲吸震能力;粘接剂对TA1-5052T型自冲铆接头失效形式无影响,但其改变了TA1-Q215T型自冲铆接头混合失效形式的分布;与TA1-5052T型自冲铆接头相比,其复合接头的最大剥离载荷均值降低了1.2%,粘接剂使TA1-Q215T型自冲铆接头的最大剥离载荷均值降低了6.1%。     

DP590钢和AA6061铝合金自冲铆接接头的成形质量及静力学性能北大核心CSCD

为了探究DP590钢和AA6061铝合金自冲铆接接头的成形质量和静力学性能,采用有限元软件Simufact Forming和利用自冲铆接设备分别进行了自冲铆接成形的模拟和试验验证,并对接头进行了静拉伸测试。结果表明:当连接板叠放顺序相同时,随着钉腿长度在一定范围内增加,接头成形质量具有更好的变化趋势。在钉腿长度相同时,上、下连接板分别为DP590钢和AA6061铝合金的接头的自锁长度大于叠放顺序互换后的接头的自锁长度,钉腿长度为6.0 mm时,组号2接头的自锁长度最大。连接板的叠放顺序是影响接头自锁长度的最主要因素,且有限元模拟与试验验证结果一致。组号2和3接头的最大静载荷值分别大于组号2E和3E接头,且组号2的接头的抗拉伸性能最好。自锁长度是影响接头静力学性能最重要的参数。从宏观形貌观察,接头拉伸失效形式均为自锁失效;从典型拉伸失效断口的微观组织发现,上连接板断口呈韧窝结构,下连接板铆钉孔自锁处有大量的微颗粒,这是因为自冲铆接接头拉伸失效时在自锁部位发生了严重的微动磨损。     

不同夹层材料层合板与AA5052铝合金自冲铆接接头成形质量与静强度对比北大核心CSCD

为了对比不同夹层材料层合板与AA5052铝合金自冲铆接接头的成形质量与静强度,分别采用M005丙烯酸高强度结构胶、EVA泡棉和泡沫镍作为夹层制备了厚度为1.5 mm的层合板,使用两种板料组合方式进行自冲铆接试验。结果表明:在成形质量方面,层合板作为上板的接头的成形质量优于层合板作为下板的接头的质量,且夹层材料的种类对接头的成形质量产生了影响,EVA泡棉夹层的层合板成形质量最优,泡沫镍夹层的层合板次之,M005丙烯酸高强度结构胶夹层的层合板最差。接头的成形质量影响了接头的静强度,接头成形质量越好,对应接头的静强度越大。在失效形式方面,层合板作为上板时接头的失效形式为铆钉拔出铝合金板;而层合板作为下板时接头的失效形式为铆钉拔出层合板下基板,并伴随有层合板上基板与夹层材料的拉破撕裂。     

折弯长度与铆钉数量对T型自冲铆接头静力学性能的影响

为了研究折弯长度及铆钉数量对T型自冲铆接头静力学性能的影响,采用最优铆接参数制备了两铆钉折弯长度分别为20 mm(AAT)和40 mm(DAA),单个铆钉折弯长度为40 mm(SAA)三组5052铝合金T型自冲铆接头。基于拉伸-剥离实验,分析了各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。对自冲铆T型接头所受弯矩进行了分析,推导出T型自冲铆接头弯矩计算公式。结果表明:AAT组失效载荷约为DAA组1.1倍,DAA组失效载荷约为SAA组2倍;三组自冲铆接头失效模式分别为:DAA组与SAA组均为铆钉从下板拉脱,AAT组仅有1个铆钉从上板拉脱;DAA组能量吸收值约为AAT组的1.5倍,约为SAA组的1.9倍。     

钛合金自冲铆接头力学性能优越性研究

为了研究钛合金自冲铆接头力学性能的优越性,以TA1钛合金自冲铆(ST)接头为对象,以5052铝镁合金(SAB)、1420、8090铝锂合金(SAA、SAC)和Q215合金钢(SQ)自冲铆接头为参照,依据静力学试验结果对比分析了ST接头成形质量、静失效载荷、能量吸收值,并用扫描电子显微镜对接头静载失效进行了研究。结果表明:ST接头拥有优异的成形质量,钉头高度为0.02 mm,钉脚张开度为0.88 mm,残余底厚适中;钛ST接头拥有最高静失效载荷(6232.3N);ST接头能量吸收均值最高(24.9 J);ST接头静载失效形式为铆钉断裂,其断口呈脆性断裂特征。     

铆向组合对双铆钉自冲铆接头力学性能的影响

为探究铆向组合对双铆钉自冲铆接头力学性能的影响,制备不同铆向组合的5组双铆钉自冲铆接头,通过拉伸-剪切试验,分析各组接头的宏观失效形式,并对接头失效断口进行扫描电子显微(SEM)观察,分析其失效机理;同时运用MATLAB对接头的剪切刚度、静失效载荷、失效位移及能量吸收值进行分析。结果表明:铆接方向会影响接头的失效形式及变形程度,从而影响接头的力学性能。窄板双铆钉自冲铆接头的失效模式为板材韧性断裂,宽板接头的铆钉脱离下板。铆向影响窄板接头在弹塑性阶段的剪切刚度,但对宽板接头的刚度无显著影响。对于靠近铆接区自由端处的铆钉,当铆钉脚朝外时,窄板接头的静失效载荷最强,但失效位移、能量吸收值减小;两铆钉铆向相反时,宽板接头可获得更大的静失效载荷和失效位移。     

粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响

为探究粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响,制备了三明治结构的自冲铆接头和粘-铆复合接头,通过拉伸-剪切试验研究接头的静失效载荷、失效位移、抗剪刚度及能量吸收能力,分析接头的失效形式及其宏观失效机理,运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行分析。结果表明:泡沫镍夹层可增大三明治结构自冲铆接头的钉脚张开度;粘接剂减小了粘-铆复合三明治结构接头的残余底厚量和钉角张开度,但使接头的抗剪刚度和静失效载荷分别提升了35.5%和30.8%;粘-铆复合三明治接头的失效形式为下板铆接区域板料粘附于铆钉腔内,并随铆钉脱离下板;同时,粘接界面上的次位键断裂。     

泡沫铜夹层对单搭自冲铆接头力学性能的影响

为探究泡沫铜夹层对单搭自冲铆接头力学性能的影响,采用AA5052铝合金作为基板,以单搭形式进行铆接,对比同质AA5052铝合金接头、加入0.5 mm泡沫铜夹层的接头以及加入1.5 mm泡沫铜夹层的接头,通过试验选择各组接头的最优铆接参数,分析了铆接接头截面的成形质量。基于拉伸-剪切试验研究了各组接头的静力学性能及其失效形式,并分析了其能量吸收性能。结果表明,在AA5052自冲铆单搭接头中加入泡沫铜夹层后的接头成形质量更优,接头的钉脚张开度和残余底厚均增大。拉伸-剪切试验过程中,泡沫铜夹层的加入会使板材弯曲变形程度更大,但降低了最大拉伸位移和能量吸收值。0.5 mm泡沫铜组接头载荷下降,1.5 mm泡沫铜组接头载荷上升。0.5 mm泡沫铜夹层可有效防止接头瞬间失效,具有良好的减震缓冲功能。     

电磁无铆钉铆接工艺及钢—铝接头力学性能研究北大核心CSCD

以AA5052铝合金薄板和DC52D+ZF高强钢薄板为研究对象,探究了不同放电能量下,电磁无铆钉铆接接头的镦头成形、微观形貌和力学性能。结果发现:放电能量值过小,会导致铆钉变形不足,难以形成良好的互锁结构;放电能量值过大,则会导致上板材材料流动过于充分,进而在颈部区域出现微裂纹甚至发生断裂。此外,电磁无铆钉铆接接头的平均互锁值Tu较常规液压无铆钉铆接接头高46.6%。硬度测量结果表明,电磁无铆钉铆接接头中心区域的硬度略高一些。剪切性能测试结果表明,电磁无铆钉铆接接头的剪切性能略高于常规液压无铆钉铆接接头。与常规液压无铆钉铆接接头对比,电磁无铆钉铆接接头在截面互锁程度、显微硬度及剪切性能方面均具有一定的优势。     

5052铝合金空心铆钉与半空心铆钉的自冲铆接强度对比研究

分别采用高度为7和8 mm的空心铆钉和半空心铆钉对厚度为3 mm+3 mm的5052铝合金板料进行了铆接实验,并通过接头表面和接头截面对各自连接接头质量进行了分析;利用万能实验机对铆接件进行了拉伸实验,并分析其接头失效形式。实验结果表明:半空心铆钉铆接接头质量优于空心铆钉铆接接头,随着铆钉高度的增加两者的接头质量也更接近;半空心铆钉铆接静强度大于空心铆钉铆接静强度。当铆钉高度由7 mm增加到8 mm时,空心铆钉铆接件承受的最大载荷由半空心铆钉铆接件的85%提高到了87%,失效位移由半空心铆钉铆接件的50%提高到了80%。     

铝钛异种薄板冷连接工艺及力学性能研究北大核心CSCD

采用5A06铝合金和TA1钛合金薄板进行自冲铆接、拉铆连接和无铆连接,并进行拉伸试验分析接头的力学性能差异。结果表明:自冲铆接头的整体力学性能最优,拉铆接头次之;搭接顺序对自冲铆接头无明显影响;当5A06铝合金板作为上板时,拉铆接头的静力学性能较好,当TA1钛合金板为上板时,无铆接头的静力学性能较好。自冲铆接头的失效形式主要为铝板拉断且断口处有大量韧窝;拉铆接头的失效形式与薄板搭接顺序有关,铝-钛搭接时接头的失效形式为铝板拉断,钛-铝搭接时接头的失效形式为铝板拉脱;无铆接头的失效形式较为统一,均为颈部断裂失效。