双半剖自冲铆接头拉伸剪切微动滑移特性分析

通过有限元数值模拟方法和力学性能试验研究5052铝合金自冲铆接头接触界面处的微动滑移特性和演变过程。搭建显微测量平台,设计双半剖自冲铆接头试样,并进行单向拉伸剪切试验和数值模拟。结果表明:自冲铆接头接触界面处存在微动滑移现象;拉伸剪切状态下的试验结果和数值模拟结果吻合较好,且最大应力分布在铆钉腿底部与下板接触位置及铆钉与下板自锁处。双半剖模型可定性地描述自冲铆接头的微动滑移特性,并可作为接头机械内锁区域滑移错动量的检测模型。     

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。     

模具工艺参数对自冲铆接工艺过程及铆接质量的影响

通过对6063铝合金板料自冲铆接过程的实验和数值模拟,分析了自冲铆接工艺过程中半空心铆钉和板料的变形和受力.对比研究了铆接过程中铆钉载荷与位移的关系曲线,探讨了模具的深度、模具凸台高度和模具圆角半径对铆接质量的影响.研究表明,计算机模拟与实验结果吻合良好,自冲铆接工艺参数的探讨为提高铆接质量提供了理论依据.     

铆速对SPR自冲铆接接头成形性能的影响

针对低碳钢340和铝合金6000的异种金属SPR自冲铆接接头,利用板材-铆钉-设备的设计思路,计算并选择合适的铆钉和铆接设备。采用五种不同的铆接速度进行该种接头的自冲铆接试验。观察各铆速下接头的截面成形形貌,并测得铆速增大时,接头底切量增大,底部厚度和剩余厚度均减小。通过测试接头的拉剪强度、脱落强度,发现两者均随铆速的增大而增大,且脱落强度增幅较小。接头失效形式主要为自锁失效和板材失效两种。铆速对接头成形性能的影响机理,主要由冲压载荷峰值变化和应变速率变化两方面组成。载荷峰值越大,接头成形性越好;应变速率越大,板材加工硬化程度越高且断裂应力越大。     

基于Simufact Forming的半空心铆钉自冲铆接参数对铆接成形的影响研究

以1.5 mm+1.5 mm A6062铝合金为研究对象,结合单一变量设计法进行参数组合,使用Simufact forming有限元软件对铆接过程进行模拟仿真,主要研究了凹模深度、凹模凸台高度、冲头速度3个工艺参数对半空心铆钉自冲铆接成形的影响,及参数对几何特征量的影响趋势,为半空心铆钉自冲铆接工艺参数进一步优化提供有益的借鉴。     

基板宽度与铆钉高度对单搭自冲铆接头准静态力学性能的影响

自冲铆(SPR)是一种可以实现汽车车身结构轻量化重要薄板材料连接技术。为研究基板宽度与铆钉高度对自冲铆接头准静态力学性能的影响,测试获得最优铆接参数,制备两组均为单搭搭接长度20 mm基板宽度为20 mm的S(铆钉高度为5 mm)和SFX(铆钉高度为6 mm),一组搭接长度为40 mm基板宽度为40 mm的S-的5052铝合金自冲铆接头。基于准静态力学实验,分析各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。结果表明:S-组失效载荷约为SFX组1.10倍,SFX组失效载荷约为S组1.24倍;S-组刚度大于SFX组,SFX组大于S组。三组自冲铆接头失效模式均为铆钉与上板从下板拉脱,铆钉头出现不同程度下陷;S-组能量吸收值约为SFX组的1.08倍,SFX组约为S组的1.76倍。     

平点自冲铆接过程的数值模拟分析

为研究平点自冲铆接过程,以两层厚度均为1mm的铝板AL-1100以及材质结构为合金结构钢DIN 14NiCr14的半空心铆钉为研究对象,借助于有限元分析软件Deform-2D进行数值模拟并得到强度合适的接头以及冲头载荷随位移变化的曲线;选取接头自锁量和底部最小厚度作为评价指标,研究了不同铆钉高度对接头的影响。结果表明:平点自冲铆接技术是可行的;铆钉腿部的变形是引起冲头载荷迅速增加的主要因素;随着铆钉高度的增加,两个评价指标的变化曲线几乎呈线性关系。     

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。     

基于DEFORM-3D的自封铆接影响因素正交试验研究

铆接工艺参数对铆接干涉量有着直接的影响,以2117-T4的4mm半圆头自封铆钉铆接2024-T3的板件为研究对象,建立铆接过程的有限元分析模型,以此模型为基础设计了正交试验来模拟分析铆钉长度L、铆接孔径D和镦头高度H这3个铆接工艺参数对铆接干涉量的影响。对模拟试验结果进行综合分析,得出了铆钉长度L为影响半圆头自封铆钉铆接干涉量的关键因素,为进一步的工艺优化试验和生产工作提供理论数据依据。     

铆钉结构对铝合金板搅拌摩擦单面铆接穿透力的影响研究

利用三种基于不同铆钉穿透机理的搅拌摩擦单面铆接工艺(Friction stir blind riveting, FSBR)对AA6061-T6(厚度为1 mm)与AA6022-T4(厚度为2 mm)铝合金板进行了铆接。发现完全依靠挤压机理实现铆钉穿透的工艺(FSBR-III),其最大铆钉穿透力比另外两种同时依靠挤压与切削机理实现铆钉穿透的工艺(即FSBR-I和FSBR-II)分别高33%与83%。通过分析铆钉穿透单一工件的过程,建立了工件材料去除率与铆钉穿透力的关系曲线,并综合考虑铆钉穿透机理以及摩擦热的影响,分析了穿透过程中不同结构铆钉的穿透力变化规律。研究发现,挤压机理在铆钉穿透机理中所占比重越高,则相同材料去除率下铆钉穿透力越大,同时穿透力受摩擦热的影响越明显。此外,通过接头断面观察,发现铆钉切削性能更优异的FSBR-II,所得接头中的上下工件间隙最小;FSBR-I与FSBR-II工艺会产生切屑,而在FSBR-III连接过程中没有切屑产生。     

2524-T3铆接接头与搅拌摩擦焊接接头疲劳性能对比研究

通过2524-T3铝合金的搅拌摩擦焊接头疲劳性能对比试验,得到了母材、FSW对接接头、铆钉连接接头的疲劳S-N曲线。试验表明,搅拌摩擦焊的疲劳裂纹大多数起源于焊缝底部;2524-T3材料薄板的疲劳性能略好于厚板的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头疲劳性能要明显好于铆接接头疲劳性能。拟合得到了各种不同厚度,不同应力比下的S-N曲线公式,为搅拌摩擦焊技术应用于飞机结构积累了相关数据。     

铆钉镀层对单边摩擦铆焊接头成形及力学性能的影响

铆钉镀层是影响铆接接头成形及力学性能的重要因素,采用单边摩擦铆焊(SSFR)工艺连接6005A-T6和6A01-T5铝合金板材,研究了无镀层、Zn镀层、ZnNi镀层三种类型铆钉对应的SSFR接头成形过程铆接力、能量输入及接头宏微观成形的演化规律,分析了接头中不同位置的镀层剩余厚度及铆钉/板材界面的元素扩散,探究了铆钉镀层对接头拉剪和十字拉伸性能的影响。研究结果表明,镀层的引入降低了铆钉旋转产生的能量输入,从而使铝合金材料的热影响区减小,但能量输入的降低不利于铆钉空腔内铝合金材料间固相连接的形成,导致接头的拉剪和十字拉伸性能下降。与Zn镀层相比,ZnNi镀层的耐磨性较强,在铆钉高速旋转的搅拌摩擦作用下镀层剩余厚度仍超过40%,有助于提高接头的抗腐蚀性能。     

面向多单位协作的自冲铆接工艺数据库共享平台设计

自冲铆接技术是铝合金连接的重要方法之一.本文通过研究自冲铆接的工艺生产过程,发现目前自冲铆接工艺信息生产时研究对象多但研究信息更新有壁垒等缺陷.针对此种缺陷设计开发了一款可供自冲铆接工艺生产全过程使用的数据共享平台.该平台采用前后端分离技术,基于B/S架构,后端使用SpringBoot开发框架,前端使用Vue开发框架.可供材料厂商、零部件厂商、整车厂和科研单位使用.提供了自冲铆接相关法规与标准文件检索,零部件选用、试验设计工艺参数选用以及成形接头质量的无损检测功能,提高了自冲铆接工艺的研发速率.     

自冲铆钉管脚参数与铆接强度关系研究

半空心铆钉自冲铆接工艺是一种不需要预先钻孔而连接板料的新型连接工艺,铆钉管脚参数的差异对铆接强度有很大的影响。以铆钉管脚尖部与外径的距离d为参数,设计不同的铆钉,加工后进行铆接试验。铆接后的试样切开后观察剖面形状,并且对试样进行拉伸和撕开实验进行强度测试,以此研究不同的d值参数对铆接强度的影响。实验表明参数d值为0.2mm时,底切量的值最大,试样铆接强度达到最佳。通过比较d值不同的实验试样在小位移处承受的载荷,发现拉伸试样和撕开试样在小位移处承受的载荷按大小排序与试样最大承受载荷的排序不一致。     

半空心铆钉自冲铆接的研究进展

半空心铆钉自冲铆接是一种快速的机械紧固连接,是用来连接两层或多层、同种或异种材料的冷成型技术。由于汽车轻量化的要求和新能源汽车的发展,大量的镁、铝合金、涂层和复合材料等难以采用点焊连接的材料应用于车身结构。因此,研究半空心铆钉自冲铆接,分析自冲铆接头的强度和可靠性,对汽车轻量化的发展有很大意义。在对已发表的文献进行总结与分析的基础上,介绍了铆接过程中铆钉尺寸和凹模尺寸、铆接工艺参数的优化,以及数值模拟在自冲铆接中的应用,最后对铆接质量做出评价。通过概述半空心铆钉自冲铆接技术的研究进展,展望未来的研究方向,为进一步深入研究提供基础,促进汽车轻量化和新能源汽车的发展。     

泡沫镍夹层结构自冲铆接头的成形特征及失效机理分析

为揭示泡沫镍夹层结构自冲铆接头的成形特征及失效机理,本文制备了以AA5052铝合金为基板,泡沫镍为夹层的自冲铆接头;采用理论分析与微观组织观察相结合的方法对夹层结构接头成形特征进行系统研究,通过拉伸-剪切试验研究接头的静失效载荷及失效位移,探究了接头的失效机理。结果表明:泡沫镍夹层可增大接头的钉脚张开度,并改善应力分布;铆接过程中泡沫镍能在铆接界面间形成牢固的自润滑物理吸附膜,可提高接头的耐腐蚀性;1mm泡沫镍夹层使接头静失效载荷增加了8.9%;随着泡沫镍夹层厚度的增加,接头的抗拉强度呈降低趋势;泡沫镍夹层结构自冲铆接头的失效模式为铆钉脱离下板,上板主要承受拉伸载荷,下板承受压缩载荷。     

自冲铆接中底模对压铸件裂纹影响的试验分析

在新能源汽车生产中,自冲铆接连接方式在压铸件与其它构件的连接中得到越来越广泛的应用.由于压铸件的延伸率一般不超过10％,因此采用自冲铆接连接发式连接压铸件时,在自冲铆接底部会出现裂纹.此种裂纹会对车身强度产生一定削弱作用,需要在生产中加以控制.通过采用相同的铆钉、不同的底模进行自冲铆接试验,分析自冲铆接中底模对压铸件裂纹的影响.通过试验确认,钉模比为1.7 ～2.0时铆钉底部不会出现裂纹.使用同种类型底模时,深度浅的底模不容易出现裂纹,建议深度小于1.1 mm.使用同样深度的底模时,球形底面不容易出现裂纹.     

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。     

铝合金夹层结构自动钻铆工艺参数研究

研究了铝合金夹层结构进行自动钻铆的工艺参数。对钻尖顶角、主轴转速、进给量进行正交试验,得出制孔工艺参数为:钻尖顶角120°、主轴转速16 000 r/min,进给量0.1 mm/r。以Φ4 mm铆钉为例,以铆钉镦头成型高度为评价指标,对铆钉长度、铆接输入气压、铆接时间进行正交试验,得出铆接工艺参数为:铆钉长度9 mm,输入气压0.5 MPa,铆接时间2 s。