基于3层板材搭接的自冲铆连接性能研究

自冲铆连接是汽车工业中铝合金车身结构连接的关键技术之一。采用单向拉伸试验测试了材料的工程应力-应变特性,并将拉伸曲线简化为双线性力学模型,进而获得了材料的力学性能参数。通过铆接试验获得3层板材搭接自冲铆接头的截面模型并评价了接头质量。采用试验方法分析了5052-H32铝合金3层板复合搭接自冲铆连接性能,研究了不同接头的强度、失效形式和能量吸收特性。试验结果及分析表明,自冲铆连接3层异质板材料组合是有效可行的。     

异种材质自冲铆接接头成形质量研究

以汽车零/部件常用材质双相钢和铝合金的自冲铆接接头为研究对象,采用Simufact.forming有限元模拟仿真软件建立双相钢DP600和铝合金AA6061的自冲铆模型,按基板的不同叠放顺序和铆钉规格进行自冲铆接数值模拟。通过分析铆接接头的钉头高度等参数,找出了铆钉长度和基板的叠放顺序对上下2种叠层材料自冲铆接过程及接头连接质量的影响规律。结果表明:DP600和AA6061为基板的自冲铆接模拟仿真试验中,铆钉长度为6.0 mm时的连接质量最优;铆钉相同而基板叠放顺序互换时,上层为DP600和下层为AA6061的铆接接头质量优于基板叠放顺序互换的铆接接头质量;铆钉长度在一定范围内增大可提高自冲铆接接头的自锁性能,提升自冲铆接接头的质量。     

铝合金板材自冲铆接头的疲劳性能分析

介绍了自冲铆是一种无需预钻孔的薄板新型连接技术及自冲铆的工艺特点。参照国家标准疲劳试验方法,针对5052H32铝合金板材单搭自冲铆接头进行了疲劳试验,测得其疲劳强度为45．9MPa。分析了自冲铆接头的疲劳失效机理,发现微动磨损是导致其失效的主要原因。     

镁/钢异种板自冲铆连接及耐腐蚀性能研究

现有的镁/钢件连接技术尚不能完全满足实际应用的技术要求，压铆、锤铆和旋转半空心铆钉自冲铆接技术(SPR)等容易使镁合金件产生开裂；电阻点焊和搅拌摩擦焊等技术连接强度太低，达不到连接强度要求；螺栓连接和拉铆必须预先打孔，存在操作和装配不方便等问题。研发了一种爆炸驱动的超高速自冲铆接用铆枪和铆接新工艺，铆钉从射钉器的射击口射出的速度大于152m/s，从而实现镁合金板与钢板的实心铆钉自冲铆接，避免镁合金板的开裂，使镁/钢牢固连接，拉剪力F_m≈5273.1N。采用此技术铆接的镁/钢板材试样用密封胶对铆钉及连接搭接部位缝隙进行密封后，耐腐蚀实验(GB/T6461-2002)研究表明，中性盐雾测试结果可达1500小时10级，即试样完好，无腐蚀破坏发生。     

自冲铆接头成形及力学性能数值模拟关键技术研究进展

自冲铆接仿真涉及复杂多体接触、材料失效和大变形,连接过程中基板经历复杂应力状态和应变路径,接头的力学性能仿真需要考虑成形历史因素,因此材料本构模型的构建和相关仿真技术影响模拟的准确性。为了推动自冲铆数值模拟技术的发展,综述了自冲铆成形仿真、接头精细模型拉伸仿真和接头简化模型仿真的研究进展及存在的问题。针对自冲铆成形及接头拉伸特性,总结了材料本构模型构建时需要考虑的关键因素。提出了纤维增强复合材料/金属自冲铆接头拉伸仿真建模方法,并通过试验验证了模型的有效性。最后,针对仿真中亟待解决的问题,展望了自冲铆数值模拟的研究方向。对自冲铆接数值模拟研究和应用具有重要的参考价值。     

自冲铆接、无铆钉铆接与电阻点焊强度对比试验研究

采用Q195钢板和5A05-O铝板对自冲铆接、无铆钉铆接和电阻点焊3种连接工艺进行了试验,对各种连接接头进行了拉伸测试,并且分析其失效形式。试验结果表明:对于钢板与钢板的连接,电阻点焊接头静强度大于自冲铆接和无铆钉铆接接头静强度;对于铝板与铝板的连接,自冲铆接接头静强度大于电阻点焊和无铆钉铆接接头静强度。对于不同连接工艺,钢板与钢板之间的连接强度约是铝板与铝板之间的连接强度的2到4倍。     

铝板与复合材料板碾铆连接质量的影响因素

通过铝板与复合板料碾铆连接与拉伸试验,分析了有无垫圈、不同预留高度及孔径对铝板与复合板料碾铆连接件连接质量的影响。试验结果表明:垫圈对抗拉伸性能影响最大,加垫圈试件比不加垫圈试件承载能力可提升50%左右;预留高度对连接性能有一定影响,随着预留高度增大,试件抗拉伸性能下降,预留高度为1mm和2mm时承载能力相差不大;孔径对连接强度影响较小,综合对比孔径分别为5.9、6.0、6.1mm试件可知,当孔径取6.0mm时试验结果较优。对钢铆钉进行了金相试验,从微观组织方面阐述了试件连接性能提升的机理。选取铜、铝铆钉进行碾铆及拉伸试验,所得结论相似。不同时间长度的腐蚀试验则表明较短时间内的硫酸溶液腐蚀对铆接件的拉伸性能影响较小。     

单搭自冲铆接过程的数值模拟及质量评价

自冲铆接是在板料和铆钉之间形成连接而不需要预冲孔的新工艺。介绍了自冲铆接的原理,利用有限元软件LS-DYNA对单搭自冲铆接工艺过程进行数值模拟,分析了铆接成形过程、应力应变和时间-载荷变化趋势,对铆接效果及质量进行了评价。     

SPFC440钢/5052铝自冲铆接头与胶铆复合接头腐蚀性能对比

为研究SPFC440钢与5052铝合金自冲铆接头的腐蚀性能,分别制备了自冲铆接和胶铆复合两种接头。通过对不同腐蚀时长下的两种接头试样进行疲劳性能测试,分析了粘胶剂对铆接接头腐蚀疲劳性能的影响,并对疲劳断口、裂纹扩展进行SEM和EDS检测。结果表明：粘胶剂的存在不仅提高了接头强度,还保护了金属界面,减小了电偶腐蚀的影响;随着腐蚀时间的增长,复合接头的最大静载荷值不断减小,自冲铆接接头最大静载荷先增大后减小;复合接头的拉伸失效模式与自冲铆接接头的失效形式相似;自冲铆接接头的疲劳裂纹主要集中在下板料的铆钉周围,复合接头主要为下基板的断裂;铆钉与下板相互接触区域以及两板间接触面出现了严重微动磨损。     

单搭自冲铆接过程的数值模拟及质量评价

自冲铆接是在板料和铆钉之间形成连接而不需要预冲孔的新工艺。介绍了自冲铆接的原理,利用有限元软件LS—DYNA对单搭自冲铆接工艺过程进行数值模拟,分析了铆接成形过程、应力应变和时间-载荷变化趋势,对铆接效果及质量进行了评价。     

Microstructure investigation and mechanical property analysis in electromagnetic riveting

Electromagnetic riveting (EMR) is a new joining technology based on high-speed magnetic impulse forming and conventional riveting. EMR experiments were conducted on dual-layered 2A12 aluminum alloy sheets with one 2A10 aluminum alloy rivet. Observation of the microstructure and mechanical properties of rivet heading verified the forming quality of the heading. And, mechanical property tests were performed to evaluate the durability of riveted specimens through shear and pull-out loading. Microstructure observation indicated that adiabatic shear bands, where the deformation was highly concentrated, were an important characteristic of deformed structures in rivet headings under electromagnetic riveting. The distribution law of hardness in rivet headings was obtained. The compressive yield strength of rivet headings increased 70 % over that of the original rivets. Riveted specimens were capable of withstanding shear loads of 23.2 kN and pull-out loads of 35 kN. Ruptures characterized by a scanning electron microscope were found to be due to shear failure.     

TRIZ理论在自冲铆接机框架设计中的应用

为了提高传统自冲铆接机C型框架的适应性,增大其应用领域,首先介绍了传统自冲铆接机C型框架,并分析了传统自冲铆接机C型框架的喉深有限、适应性差等不足。然后利用技术创新理论TRIZ对传统自冲铆接机C型框架进行分析,提出技术矛盾,利用冲突矩阵找到可行的解决矛盾的方法原理,对传统自冲铆接机C型框架进行了创新型设计。最后提出了一种喉深可调自冲铆接机框架。该框架操作方便,结构简单,可以提高自冲铆接机的适应性,同时结果表明技术创新理论TRIZ有助于产品的创新型设计。     

铝合金自冲铆成形过程最大冲压载荷的反演模型

基于材料塑性变形虚功原理并结合上限定理,展开自冲铆成形过程最大冲压载荷的反演分析。以成形接头几何特征参数(钉脚张开度、铆钉几何尺寸参数、被连接材料的厚度)、铆钉和被连接材料力学性能参数以及冲头与铆钉的接触面接触条件为反演计算模型的控制量,建立最大冲压载荷的反演计算模型;同时,针对多种铝合金自冲铆成形开展最大冲压载荷的验证试验研究。结果表明：所建立的反演模型计算值与试验值的平均误差为7.82%,验证了最大冲压载荷反演计算模型的有效性;最大冲压载荷与铆钉的强度、长度成正比,与铆钉内腔深度成反比,为获得静力学性能较优的自冲铆接头应适当增加铆接最大冲压载荷。此外,在相近的最大冲压载荷作用下,较低硬度的被连接材料搭配较低硬度的铆钉,易获得大张开度的接头。     

异种轻质金属铆接接头力学性能实验研究

随着轻量化技术的发展,诸如铝镁合金等轻质金属得以广泛应用,而铆接作为制作异种轻质金属结构件的主要连接方式,研究其疲劳性能具有重要的现实意义。本文首先介绍了AM60和AZ31镁合金铆接接头的成形过程,并制作了铆接接头实验样件。通过光学显微镜观察了铆接接头微观形貌,并通过扫描电镜分别观察了AM60和AZ31镁合金微观结构。同时,开展了AM60和AZ31镁合金铆接接头单调拉压力学实验和疲劳力学实验。本文的研究有助于开展铆接接头结构件抗疲劳设计,具有广泛的应用价值。     

Study of the impact of riveting sequence, rivet pitch, and gap between sheets on the quality of riveted lap joints using finite element method

Sheet metal parts are widely used in the assembly of aircraft. The most common method of joining sheet metal parts is through riveting. There are many parameters associated with a riveting process that affect the quality of rivets and the integrity of the final assembled product. This paper presents a study on the effect of some controllable process parameters in riveting (i.e., the sequence of riveting, distance between rivets (pitch), and gap between sheets) on the quality of riveted lap joints and the formed rivets. The study is performed on a one eight-inch nominal diameter flat head Tinner rivet and 0.064-in.-thick aluminum sheet. Finite element simulation is used as a means of modeling and analysis of the riveting process. Statistical design of experiment is employed to analyze the simulation data. A good combination of riveting process parameters is found which minimizes the residual stress in sheets and rivets, bulging and material growth in sheets, and which reduces the chances of postriveting clearance in a riveted lap joint.     

铝合金自冲铆工艺参数的多元非线性回归模型

建立有效、可靠的自冲铆工艺及力学性能预测模型是其工业应用推广过程中亟待解决的一个重要问题。选取AA5182、AA5052和AL1420三种铝合金薄板材料,基于Box-Behnken Design(BBD)响应面法开展了铝合金自冲铆连接试验研究。以板厚、板材硬度和铆钉硬度为三参数输入条件,以冲头行程、最大冲压力和失效载荷为输出响应值,建立影响因素与响应值之间的回归模型,探究多种输入参数对响应值的影响规律。试验结果表明:依据回归模型得到的工艺和强度理论预测值与试验值之间的误差在8%以内,建立的回归模型具有较高的工程应用可靠性。通过三维响应面和等高线分析表明,板厚和铆钉硬度的交互作用对最大冲压力和失效载荷的影响最大,冲头行程主要受板材硬度和铆钉硬度的交互影响。