TA1钛合金自冲铆接与点焊连接抗拉剪性能的对比

采用自冲铆接(SPR)和电阻点焊对厚度为1.5 mm的钛合金板材进行了连接试验。通过剖面直观检测法分析了自冲铆接头成形质量并获得板材的最优铆接参数;利用超声波C扫描法对点焊接头进行了超声成像检测,获得其熔核直径;对试件进行拉伸-剪切试验并比较了两种接头的静力学性能。结果表明:自冲铆连接工艺可以在不预先热处理条件下对钛合金同种板材进行有效连接;在点焊接头的熔核直径与铆钉钉腿直径接近的条件下,点焊接头比自冲铆接头的静失效载荷高,点焊接头的能量吸收能力更强,适用于对缓冲吸震性能要求较高的结构。     

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。     

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。     

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。     

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。     

板材无铆钉铆接质量及强度分析

对汽车车身板材的无铆钉铆接工艺及其铆接质量进行了研究,建立了无铆钉铆接接头的受力模型和强度计算公式,利用DEFORM-3D模拟了不同厚度板材的无铆钉铆接过程,得到了铆接接头的关键质量参数颈厚值、互锁值和底厚值的合理取值,进一步估算了不同工况下发生失效所需的载荷.对无铆钉铆接试件进行了拉伸和剪切试验,结果表明,接头关键参...     

TA1钛合金异种板自冲铆接头剪切-剥离性能研究

采用自冲铆接技术(SPR)对厚度1.5 mm的钛合金(TA1)与1420铝锂合金(1420)以及铜合金(H62)异种板材组合进行了连接试验,并对制成的单搭和T型接头进行了剪切与剥离试验,分析了各组接头的失效模式以及静力学性能。结果表明:单搭接头组的静失效载荷均值明显高于T型接头组,但前者的能量吸收均值小于后者,接头形式及失效模式对能量吸收值有很大影响;TA1钛合金异种自冲铆接头拉伸剪切的失效模式取决于塑性变形后铆钉脚的强度、铆扣强度及下板接头处的材料强度。     

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。     

TA1/5A06同质自冲铆接头的力学性能北大核心CSCD

为了进一步研究自冲铆接技术在航空航天领域的应用,选用TA1钛合金和5A06铝合金航空合金薄板材料作为基板,采用自冲铆接技术进行连接,并通过拉伸试验和扫描电镜试验对接头的静力学性能及微观组织进行系统的研究。结果表明:同质接头的成形对称性良好,铆接较硬板材时易出现空腔;基板的自身性能对接头静载强度的影响较大;5A06-5A06接头的失效位移最大,上板拉脱是由于铆钉周围产生了微裂纹;TA1-TA1接头的静失效载荷最大,缓冲吸震性能较好,其接头铆钉的断裂形式为沿晶断裂和显微孔穴聚集共同作用的混合型断裂。     

5083铝合金自冲铆接成形机理与失效分析

采用不同材质的铆钉及不同规格的下模具研究了5083铝合金自冲铆接头的工艺特点，基于有限元及力学试验结果分析了接头的成形机理、力学性能及失效行为。结果表明，采用36MnB4硼钢铆钉和平模制备的接头成形质量更高。铆钉材质和模具规格均会影响5083铝合金自冲铆接头的成形质量，铆钉材质的优化对成形质量具有更为显著的提升效果。有限元模拟的接头成形截面参数与实际试验截面参数基本一致。成形过程中，铆钉腿与钉头过渡区域为铆钉上的应力集中区域，而被连接板材上的应力集中主要处于塑性变形区域。接头应力集中区域与实际失效特征区域相吻合，5083铝合金自冲铆接头失效形式均为下板与铆钉分离，且接头承载能力越强，失效后的破坏特征越明显。采用36MnB4硼钢铆钉和平模的接头综合性能更优，能够满足相对较高的承载需要，适用于对抗冲击性能要求较高的结构。     

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。     

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。     

连接形式与基板厚度对自冲铆接头静力学性能的影响

为了研究连接形式与基板厚度对自冲铆接头静力学性能的影响,制备了双铆钉搭接长度40 mm的5052铝合金自冲铆接头,其中两组拉伸-剥离试样的基板厚度分别为1.5 mm(DAA)和2.0 mm(BBT),一组拉伸-剪切试样的基板厚度为2 mm(DR)。基于准静态力学试验,分析了各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。结果表明:DR组失效载荷约为BBT组的2.8倍,BBT组失效载荷约为DAA组的1.9倍;DR组刚度大于BBT组和DAA组;BBT组弯矩一直大于DAA组。三组自冲铆接头的失效模式为:DAA组、BBT与DR组均为铆钉与上板从下板拉脱,上板两个铆钉头下陷。BBT组能量吸收值约为DR组的1.2倍,约为DAA组的1.9倍。     

响应曲面法优化钢铝异种材料自冲铆接工艺参数的研究

以电动汽车上钢铝异种板材的自冲铆接作为分析对象,利用Deform-2D软件建立1.5 mm料厚的DC03钢板与1 mm料厚的6016-T4铝板的自冲铆接有限元模型。将模具深度、模具宽度及铆接速度作为影响因素,以互锁长度作为优化目标,运用响应曲面法对钢铝异种板材的自冲铆接工艺参数进行优化。研究得知:铆接速度与模具宽度对互锁长度的交互式影响最大,模具宽度与模具深度的交互式影响次之,铆接速度与模具深度的交互式影响最小。DC03/6016-T4异种板材自冲铆接的优化工艺参数组合方案为:铆接速度为40 mm·s~(-1),模具宽度为9.77 mm,模具深度为1.69 mm,互锁长度的响应值为0.616 mm。通过对优化后的铆接工艺参数的组合方案进行实际验证,测量得出互锁长度的试验值为0.547 mm,响应曲面优化值与试验值两者之间的相对误差为11.2%,从而为企业的实际生产提供参考。     

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。     

摩擦加热AZ31镁合金板材的自冲铆接

采用摩擦加热的方法对2 mmAZ31镁合金板材进行加热,然后对其进行自冲铆接.对摩擦加热过程中板材的温度变化、板材的表面损伤、自冲铆接效果以及铆接接头的剪切和疲劳性能进行了研究.结果表明,摩擦加热可以将板材的温度迅速提高到自冲铆接所需要的温度,加热过程会对板材表面造成一定损伤,但损伤程度轻微；将镁合金板材摩擦加热至180℃以上再进行自冲铆接可以有效避免板材的开裂,消除裂纹,增加铆钉与板材之间的互锁量,因而可获得具有优良剪切及疲劳性能的自冲铆接接头.与电热板加热同类型镁合金板材的自冲铆接接头相比,摩擦加热自冲铆接接头的剪切强度及疲劳性能均有所增加,这表明摩擦加热对板材表面造成的轻微损伤对铆接接头的力学性能几乎没有影响.     

向心率对椭圆管状铆钉自冲铆接性能的影响

椭圆管状铆钉属异形铆钉,为研究椭圆向心率对管状铆钉铆接性能的影响,文章对椭圆管状铆钉自冲铆接过程进行数值模拟,对不同向心率的椭圆管状铆钉自冲铆接的搭接、对接和十字搭接接头进行静态拉伸试验、剖面质量试验和失效形式分析。结果表明,向心率对椭圆管状铆钉铆接性能有较大影响,随向心率的减小,铆接性能逐渐变差;向心率大于0.4时铆接性能相对较好,具有足够的铆接强度;放置形式对搭接接头和对接接头的静态拉伸强度有一定影响。     

铆钉对TA1与1420自冲铆接工艺及失效行为的影响

采用自冲铆接技术对TA1与1420异质薄板组合铆接工艺进行了详细分析,且以长度6 mm,硬度44 HRC ±2 HRC和48 HRC ±2 HRC的铆钉制备了TA1-1420接头（TAF）、1420-TA1接头（ATF）和TA1-1420接头（TAS）.通过拉伸-剪切和疲劳试验获取了三组接头的失效模式,借助电子扫描显微镜研究了铆钉对TA1与1420异质薄板接头失效行为的影响.结果表明,铆钉对TA1与1420异质薄板组合的铆接工艺有明显影响,采用6 mm长度的铆钉能够实现对其有效连接,采用高硬度铆钉可减轻铆钉墩粗程度.铆钉硬度提高使接头失效部位由下板大变形区域下移至接头底部,导致异质薄板组合接头的失效行为存在差异.     

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.     

基于正交试验的铝钢材料自冲铆接成形质量的多指标优化

以某汽车上材料厚度分别为1 mm的6016铝合金与1.5 mm的ST13结构钢的自冲铆接作为研究对象,借助正交试验设计方法,利用Deform-2D数值模拟软件,对6016/ST13铝钢异种材料自冲铆接成形质量的多指标进行了工艺参数优化。以模具宽度、模具凸台高度和模具深度作为正交试验的影响因子,以剩余厚度、底切量以及钉头高度作为正交试验的评价指标。利用矩阵分析法对正交试验的结果进行分析,得出6016/ST13铝钢自冲铆接的最优方案为:模具深度为1.5 mm、模具宽度为9 mm以及模具凸台高度为0 mm,剩余厚度、底切量以及钉头高度的模拟值分别为0.487,0.602与0.059 mm。利用自冲铆接设备及安装模具对优化方案进行试验验证,剩余厚度、底切量与钉头高度的有限元模拟值与试验值之间的相对误差分别为12.12%,8.97%与13.56%,从而验证了正交试验及有限元模拟应用于铝钢异种板材自冲铆接成形工艺参数优化的正确性。