异种高性能热塑性材料旋转摩擦铆接工艺研究

研究了摩擦铆接设备的不同主轴动力参数对AA2024-T351铆钉/PEI ULTEM-1000母材摩擦铆接工艺镦头形态的影响。铆钉旋转速度、铆钉铆入速度、下压距离和急停速度是铆接镦头主要工艺参数,研究结果表明：铆钉旋转速度越高,摩擦铆接连接区域热输入越多;铆钉铆入速度过小,会出现铆钉逐渐深入钻削的现象,影响热量在铆钉和母材接触区域的积聚,铆钉铆入速度过高,热量还未来得及产生,铆钉材料就被撞弯;下压距离和急停速度可以调控摩擦铆接工艺镦头连接紧固效果。     

基于Simufact的自冲铆接试验与仿真平台设计

自冲铆接技术是铝合金连接工艺的重要方法之一,搭建自冲铆接的试验与仿真平台是研究自冲铆接技术的重要基础。针对厚度为1.6mm的6000、2.2mm的6063-T6和2.2mm的6082-T6铝合金材料,利用电子万能试验机和自冲铆接夹具设备搭建试验平台,完成了三层结构的自冲铆接试验,并采用线切割技术观察铆接剖面效果。接头剖面质量的表征参数:水平自锁量、垂直自锁量、最小底部厚度、铆钉张开度和铆接力分别为0.512mm、0.711mm、0.133mm、7.66mm和36.189 6kN。基于Pro/E和Simufact软件搭建联合仿真试验平台并完成1.6mm的6000、2.2mm的6063-T6和2.2mm的6082-T6铝合金的三层结构铆接仿真试验。通过对比试验平台和仿真平台获得的铆接接头发现,仿真结果剖面形态与实际剖面形态较为相似,水平自锁量、垂直自锁量、最小底部厚度、铆钉张开度和铆接力的误差分别为6.6%、4.2%、5.6%、4.0%和6.4%,验证了SPR仿真平台的有效性。     

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。     

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。     

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。     

铝合金与静音钢异种材料匹配无铆钉铆接成形特性

无铆钉铆接以其无热入、自动化程度高等优势成为异种材料连接的重要手段之一,已在汽车工业得到广泛应用。通过实验方法,研究了铝合金与静音钢这一特殊异种材料匹配的无铆钉铆接接头成形机理。结合成形过程力-位移曲线和接头各阶段断面宏观形貌,将无铆钉铆接接头成形过程分为三个阶段,并具体分析了接头形貌特征的演化规律,得到了特定模具匹配下的最优压入深度参数。通过不同模具匹配实验,研究了凸模铆头直径和凹模沉孔深度对接头几何形貌的影响规律,为工艺优化提供借鉴。     

DP780/AA6061薄板自冲铆接头微动损伤特性

对高强钢DP780与铝合金AA6061薄板的异质自冲铆接连接工艺进行研究,并分别制备了不同搭接顺序的DP780/AA6061(SA)和AA6061/DP780(AS)接头。对两组接头进行了高周疲劳试验,对比分析了两组接头的疲劳性能与失效行为,并进一步利用微观检测技术较系统地分析了两组接头的微动损伤机理。结果表明:AS接头的疲劳性能明显优于SA接头,且两组接头疲劳失效模式依次为铆钉断裂和下板断裂。SA接头和AS接头的上板近端与下板末端接触区域、上板近端与下板远端接触区域和铆钉与下板近端接触区域均发生微动磨损。微动磨损会导致SA及AS接头的铆钉和下板近端均出现疲劳裂纹,由于板材性能的差异,裂纹在铆钉和下板上的传播路径和扩展速率不同,最终导致接头失效模式存在差异。     

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。     

轻量化薄板无铆钉铆接的力学性能及接头断裂机理

轻量化作为汽车节能减排的重要手段,得到世界各国的高度重视。目前车身大都采用多材料混用,而异质材料用传统电阻点焊难以形成可靠连接。无铆钉铆接技术是一种冷成形连接工艺,避免了接头热输入问题,通过材料的机械自锁作用形成有效接头。文章通过控制铆接行程,凸凹模直径等参数对不同材料匹配的铆接试样进行拉剪实验。结合成形过程中力-位移曲线,研究无铆钉铆接接头的力学性能及断裂机理。研究发现,拉剪过程中铆接试样出现三种断裂模式,即上层板铆钉压溃,界面断裂和下层板铆钉塑性变形。其中,发生下层板铆钉塑性变形断裂模式的试样表现出更高的拉剪强度和较好的吸能效果。对于界面断裂、上层板接头颈部发生开裂,接头拉剪强度取决于上层板侧壁厚度。     

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。     

基于神经网络无铆钉自冲铆接头力学性能预测

为研究钢铝一体化结构车身无铆钉自冲铆接接头力学性能,引入反向传播神经网络模型来描述板材厚度、板材硬度和成形接头底部直径等工艺参数与接头剪切力及剥离力强度等力学性能的映射关系.由于标准反向传播网络存在训练精度低、收敛速度慢及泛化能力差等缺陷,采用归一化法与Levenberg-Marquardt算法相结合的算法来优化神经网络预测模型连接权值,提高了神经网络模型的预测精度和泛化能力.对神经网络的预测结果进行检验的结果表明,训练后的神经网络模型能够准确有效地预测无铆钉自冲铆接接头力学性能,证实了神经元网络应用于无铆钉自冲铆接接头力学性能预测的可行性与可靠性,为优质的钢与铝无铆钉自冲铆接接头的设计提供了依据.     

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。     

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。     

碳纤维复合材料铆接接头的失效行为和失效机理

对碳纤维复合材料(CFRP)铆接接头进行了剪切拉伸和正向拉伸实验,分析了CFRP铆接接头的连接强度和失效行为,讨论了铆钉的变形特点,揭示了CFRP铆接接头失效机理,并提出了一种可提高CFRP铆接接头强度的方法。结果表明:CFRP铆接接头剪切拉伸强度大于正向拉伸强度;CFRP铆接接头在两种载荷下的主要失效模式均是拉脱失效,提高CFRP铆钉孔的加工质量可有效提高接头强度。通过在铆出侧增加垫圈可延迟拉脱失效,提高CFRP铆接接头的拉剪强度70%以上。     

碳纤维复合材料结构的应用力波铆接实验研究

将应力波铆接技术用于碳纤维复合材料结构的联接，并讨论了ＴＢ２－１铆钉用应力波铆按时有关工艺参数的选择，加垫圈可限制铆钉的过分膨胀，防止复合材料的初始安装损伤。因应力波铆接能产生小而均匀的干涉量，故可提高接头的初始挤压破坏强度。     

螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊塑性连接机理及接头力学性能研究

为了获得铝合金板材高性能点连接接头,兼顾机械连接与固相焊接的技术优势,采用不同焊具开展了铝合金板材搅拌摩擦铆焊试验。对比研究铆焊成形力、接头形貌及塑性变形机理和力学性能及失效行为,以期阐明螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊工艺对接头性能的强化机制。结果表明：搅拌摩擦铆焊过程中,随工具头位移变化,铆焊成形力呈先迅速增大、达到峰值后在一定范围内保持最后迅速降低的变化趋势;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头上下板材之间形成了冶金结合,螺纹铆钉与塑化材料之间形成机械连接;轴肩下方上板的有效板厚、搅拌区的有效结合宽度以及铆钉与被焊材料的有效铆合高度是影响螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键技术参数;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头的拉伸剪切峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的1.65倍,十字拉伸峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的2.7倍。     

刀具-切屑接触区的应力分布建模方法研究

刀具-切屑之间的接触区特性对切削过程中的切削力、切削热及刀具磨损等均有较大影响。利用UMT-2高速球-盘摩擦试验机进行硬质合金球(模拟刀具)和Al7050-T7451(模拟工件)的摩擦试验。测量摩擦后得到的沟槽三维形貌和硬质合金球上的磨痕形状,对硬质合金球和Al7050-T7451盘之间的三维接触应力状态进行分析计算,进而建立考虑相对运动速度和接触应力的滑动摩擦因数表达式。提出刀具-切屑接触区几何尺寸和应力分布的计算方法,设计正交车削试验测量主切削力和吃刀抗力,进而通过计算获得不同切削速度下的刀具-切屑接触长度、接触长度上黏结区的长度、以及黏结区、滑动区长度之比,从而量化不同切削条件下刀具-切屑的接触状态。     

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。     

22MnB5高强钢/7075铝合金热铆接冷模具淬火无铆钉铆接研究

针对目前车用22MnB5高强钢和7075铝合金板料在连接工艺上存在的问题,提出一种高强钢和铝合金异种材料车身零件的热铆接冷模具淬火（Hot riveting quenching, HRQ）无铆钉铆接工艺,利用22MnB5在高温下良好的成形性及易淬性,实现对22MnB5高强钢与7075铝合金的有效连接。通过建立HRQ无铆钉铆接的成形和淬冷有限元模型,证明了该工艺的可行性,使铆接后接头的高强钢具有全马氏体组织,保证了接头的强度。并从仿真和试验两方面研究高强钢铆接温度对接头尺寸颈厚值T_n、自锁值T_u的影响,发现在600～800 ℃区间内,T_n和T_u均呈现先上升后下降的趋势,T_u受温度影响更显著,两者均在700 ℃时获得最大值,表明700 ℃是高强钢板料的最佳铆接初始温度。     

铝板无铆钉自冲铆接质量及强度的试验研究

由于具有传统点焊连接无法替代的优势,无铆钉自冲铆接技术在汽车、家电等行业中得到了较广泛的应用.铆接接头的质量及强度是人们关注的热点问题,而铆接工艺参数和模具结构参数是影响接头质量和强度的主要因素.通过对同种铝板件L5在不同的压边力及模具结构参数下的无铆钉自冲铆接的试验研究,分析这些参数对铆接接头的失效形式、断面质量和剪切强度的影响规律.研究结果表明:接头剪切时的主要失效形式是剪断;合理的铆接工艺参数及模具结构参数可以得到比较理想的接头断面质量及较高的接头剪切强度.