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。     

基于Deform-2D的铝合金板料自冲铆接质量的研究

以电动汽车电池箱中铝合金板料的铆接为研究对象,利用Deform-2D软件,建立板料自冲铆接的有限元模型,并对两层1. 5 mm料厚的5052-H32铝合金板料的自冲铆接过程进行有限元仿真,借助铆接设备与安装模具对仿真结果进行试验验证,得到互锁长度、残余厚度和钉头高度的模拟值与试验值之间的相对误差分别为11. 46%、5. 37%和2. 86%,从而验证了有限元仿真的正确性。在有限元仿真的基础上,分析了工艺参数对板料铆接质量的影响变化趋势。研究结果表明:互锁长度随着模具凸台高度以及铆接速度的增加而增大,而随着模具深度的增大呈现不断减小的趋势;钉头高度与残余厚度随着模具凸台高度及铆接速度的增加而不断减小,而随着模具深度的增加则呈现逐渐增大的变化规律。     

超高强钢-铝合金自冲铆接工艺过程仿真与试验研究

采用SORPAS软件对厚1.2 mm热成形钢22MnB5与厚2.0 mm 5182铝合金的自冲铆接过程进行了数值模拟,分析了铆接形成过程、剪切拉伸和十字拉伸的变化,通过模拟计算,底切量和底部厚度分别为0.338 mm和0.23 mm,模拟剪切拉伸和十字拉伸最大力分别为6.302 kN和1.723 kN。利用自冲铆接设备对上述材料进行了试验研究,通过断面金相测量,底切量和底部厚度分别为0.36 mm和0.66 mm,试验最大拉剪力为7.008 kN。     

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。     

板料组合方式对铝/钢异种金属板自冲铆接头性能的影响

采用数值模拟与试验研究相结合的方法,研究了在铝/钢异种金属板自冲铆接中不同的板料组合方式下材料受力及变形情况,并通过拉伸-剪切试验测试了铆接接头性能。研究结果表明:数值模拟中铆钉腿尾部及与之相接触的下板区域应力应变较大,更容易发生失效;在板料放置顺序上,厚板应作为下连接板以获得较佳的结构特征参数,数值模拟与工艺试验的成形接头结构特征参数基本一致;采用接头特征参数评价自冲铆接性能是可行的,接头自锁强度与自锁量和底部剩余厚度成正相关,接头自锁量和底部剩余厚度越大,其自锁强度越高;在足够高的自锁强度下,适当增大板料厚度可提升成形接头的拉剪性能。     

下板厚度对钢/铝自冲铆接接头单搭剪切强度的影响

以CR590钢/AA6022-T4铝合金以及CR590钢/S-6000-IH铝合金单搭剪切接头作为实验对象,借助有限元仿真研究了下板厚度对钢/铝自冲铆接接头单搭剪切强度的影响规律。分别建立了2D自冲铆接过程以及3D自冲铆接接头单搭剪切的有限元仿真模型,并通过自冲铆接接头实验的失效模式与载荷-位移曲线验证了仿真的准确性。分析结果表明：当AA6022-T4铝合金下板与S-6000-IH铝合金下板的厚度由1.2 mm增加至3.0 mm时,SPR接头的单搭剪切强度开始由3.7与2.8 MPa增加至4.5与4.2 MPa,而后趋于稳定。并研究了不同铝合金下板厚度对SPR接头关键尺寸(底切量、剩余厚度和垂直互锁值)的影响,进而揭示了下板厚度对SPR接头单搭剪切强度的影响机理,发现：对于两种SPR接头,接头剩余厚度均随着下板厚度的增加而线性增大,但该尺寸不影响铆钉的锁合性能;而底切量随下板厚度的增大保持在0.5 mm不变;垂直互锁值则随着下板厚度的增加先线性增加,当下板厚度大于2.0 mm时则基本保持不变,对于S-6000-IH铝合金下板以及AA6022-T4铝合金下板,其饱和值分别为1.2以及1....     

基于有限元模拟的5754铝合金自冲铆接成形的模具磨损研究

将5754铝合金自冲铆接成形的模具磨损作为分析对象,基于Archard理论磨损模型与Deform-3D软件,建立两层2 mm料厚的5754铝合金自冲铆接安装模具磨损的有限元模型。通过模具磨损过程的分析得知,安装模具的磨损集中于中间凸台的侧壁区域,安装模具的最大磨损深度为1. 28×10~(-6)mm,模具寿命的预测值为156250次,模具寿命的试验值为139782次,模拟值与试验值之间的相对误差为10. 54%,从而验证了有限元模拟的可靠性。基于有限元模拟结果,分析了工艺参数与模具磨损深度之间的变化关系,研究得知:模具的磨损深度随着铆接速度以及模具深度的增加而增大,而随着模具宽度的增大则呈现逐渐减小的变化趋势。     

基于正交试验的离合器波形片冲压成形工艺参数优化

基于DYNAFORM有限元软件的数值模拟,利用正交试验研究了凸、凹模间隙,冲压速度,弯曲半径以及板料厚度4种工艺参数对波形片成形高度的影响。通过正交试验的直观分析得出各因素对波形片成形高度影响的主次顺序依次为:凸、凹模间隙,弯曲半径,板料厚度,冲压速度。此外,由正交试验得出波形片成形的最优试验方案为:凸、凹模间隙为1.0t,冲压速度为5000 mm·s-1,弯曲半径为24.3 mm以及板料厚度为0.8 mm。波形片优化后的试验方案模拟值与试验值分别为2.94和2.62 mm,两者的误差为12.21%。     

压铸铝与高强度钢自冲铆接成形质量与力学性能的研究

通过铆接接头截面组织分析和剪切、剥离以及十字拉伸试验，对JDA1b和HC340/590DP(JDA)、AlSi10MnMg-T7和HC340/590DP(ALSI)两种压铸铝和高强度钢自冲铆接的成形质量、力学性能以及失效形式进行了研究。结果表明：与JDA组铆接接头相比，ALSI组铆接接头的切底量较小、成形质量较差，随着下层板厚度的增加，两组铆接接头成形质量均有所下降。ALSI组铆接接头相较于JDA组铆接接头，力学性能和能量吸收较弱。随着下层板厚度的增加，在剪切工况和剥离工况中，两组铆接接头的峰值载荷以及能量吸收值均随之减小，而在十字拉伸工况中，两组铆接接头的峰值载荷以及能量吸收值均随之增加，其中ALSI组铆接接头的峰值载荷以及能量吸收值变化更为明显。两组铆接接头的失效形式主要为下层板与铆钉分离，仅有JDA组中下层板厚度为2.0 mm的十字拉伸试样出现了上层板断裂现象。     

铝合金板件自冲铆接性能的响应面-遗传算法优化

为了改善自冲铆接的接头性能,提出了融合二阶响应面模型和存档微遗传算法的多目标优化方法。介绍了自冲铆接原理和铆接过程,建立了提高接头底切量、剩余厚度、底部厚度的多目标优化模型。选择了待优化的模具参数,基于极差分析和主效应图对模具参数的灵敏度进行了分析。基于中心复合实验设计法与二阶响应面法,对模具参数和质量参数之间的函数关系进行了拟合,经决定系数和修正决定系数验证,二阶响应面的拟合精度较高。使用存档微遗传算法对多目标优化模型进行求解,获得了优化的模具参数。经生产验证并与工厂的自冲铆接接头相比较可知,优化的接头底切量提高了10.00%,底部厚度提高了8.61%,剩余厚度提高了3.11%,抗拉剪能力提高了5.68%。以上数据表明,经过优化后,自冲铆接的接头性能得到了有效提高。     

自冲铆接凹模损伤对铆接质量的影响

采用了试验结合有限元仿真的方法,对自冲铆接(Self-Piercing Riveting,SPR)设备中的重要部件凹模出现的不同程度的损伤情况可能对SPR接头质量产生的影响进行了试验研究。对凹模的受损情况进行统计分类,根据凹模的受损程度将凹模分为早期受损、中前期受损等5个级别。使用不同受损程度的凹模对厚度为1. 5 mm的A6111铝板进行自冲铆接,测量铆接接头的外观质量与接头剖面几何参数。通过拉伸-剥离仿真试验,探究凹模断裂损伤对SPR铆接接头的连接质量的影响。试验结果表明:凹模损伤会对接头表面外观质量造成损伤,并且会随着凹模损伤程度的增加而增大;凹模没有发生断裂时,凹模损伤对接头剖面的几何参数不会产生太大影响;凹模发生断裂,会降低接头的连接质量。     

汽车用钢铝异种材料的自冲铆接工艺智能优化

为了提高钢铝异种材料的铆接强度和平整度,提出了神经网络与启发式算法相结合的工艺优化方法.分析了自冲铆接工艺流程,确定了铆接接头质量参数和影响接头质量的工艺参数.设计了铆接实验,采用单隐藏层神经网络对质量参数与工艺参数间的非线性关系进行拟合.经过分析,拟合误差符合正态曲线分布,且误差均值接近于0,误差标准差极小,说明单隐...     

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.     

基于正交试验的车顶盖板冲压工艺参数模拟研究

针对车顶盖板冲压成形后局部最小厚度和最大厚度能够反映材料开裂和起皱的趋势,通过正交试验和AutoForm冲压模拟软件相结合,采用单因素试验和正交试验,以厚度变化量为评价指标,研究了压边力、冲压速度、摩擦系数、凸凹模间隙和拉深筋宽度对厚度的影响规律。采用极差和方差分析,确定了各因素影响的主次顺序以及不同因素对厚度影响的显著性,获得了最优冲压工艺参数,最后以实际生产出的实物模型进行验证。结果表明:厚度变化量随着各因素数值的增大而逐渐降低;各因素对最小厚度影响的主次顺序和选取的数值为:冲压速度1500 mm·s~(-1)、摩擦系数0.15、凸凹模间隙0.63 mm、拉深筋宽度18 mm、压边力200 kN。     

基于Dynaform的6016-T4P铝合金汽车机舱盖模面优化

以Dynaform 5. 9软件为平台,对某车型6016-T4P铝合金机舱盖外覆盖件进行全工序冲压成形数值模拟及模面结构参数优化。通过设计5因素4水平的正交试验,研究了凹模圆角半径、凸模圆角半径、拔模斜度、修边延长量、模面高度对机舱盖外覆盖件冲压成形的影响。在正交试验最优结构参数组合的基础上,结合模面补偿技术,研究了回弹量随补偿因子的变化趋势。模拟结果表明:拔模斜度对最大减薄率影响较大,凹模圆角半径对最大主应变影响较大,修边延长量对回弹量影响较大。当补偿因子取1. 0时,回弹补偿效果最好。经成形试验,得到了合格的产品,验证了模拟的正确性。     

基于有限元分析的铆螺母铆接厚度影响研究

以某新型奥氏体不锈钢铆螺母为研究对象,基于ABAQUS、SolidWorks软件建立铆螺母铆接过程有限元仿真模型,结合有限元分析与试验研究,探究夹层厚度对铆接镦头形貌、铆螺母拉脱力、铆接连接结构拉伸性能的影响规律,分析夹层厚度对铆螺母铆接变形及铆接结构力学性能的影响机制。有限元仿真结果与试验结果一致,随夹层厚度增加,最大拔出力先增大后减小。研究结果显示：该型号铆螺母在夹层厚度为3.5 mm时,铆接结构轴向拉脱力最大,且整体连接结构拉伸性能最好。     

导流室设计对薄壁铝型材挤压出口速度的影响

采用基于ALE算法的HyperXtrude软件,模拟薄壁铝合金型材挤压模具导流室各种设计的金属流动情况,分析了各设计参数对金属流速的影响规律,并统计挤出型材断面上挤出方向的流速均方差S.D.作为衡量流速均匀程度的指标。分析结果表明,在设计断面不对称、壁厚不等型材模具时,有时需将型材的质心相对于模具的中心做一定距离的调整。型材断面上各处的壁厚差异和局部质心偏离都对流速有影响,但壁厚差异对于流速均匀程度的影响更大。在模具的型腔内添加阻流块结构,流速均匀程度可大为改善。调节阻流块的宽度、高度、形状、位置等参数,能够完全消除流速不均匀,但如果尺寸调整超过最佳点,流速均匀程度将迅速恶化。根据最优模拟结果对应的设计生产模具,并进行挤压实验,所得型材的尺寸质检合格,模具达到"零试模"要求。     

铁道车辆热铆连接的有限元分析

为了进一步研究铁道车辆热铆连接过程,基于热固耦合有限元理论建立铆钉和铆接件的有限元模型,模拟热铆连接过程,并结合试验进行验证。将热铆连接变形过程分为6个阶段,分析铆钉在热铆连接过程中的受力和变形情况,并通过改变铆钉钉杆长度和镦头高度,分析不同参数对热铆连接的影响,并得到最佳热铆参数。结果表明:铆钉的最大应力集中在铆钉镦头和与铆接件边缘相接触的中心部位,最大应变集中在镦头靠近铆接件边缘的位置;钉杆长度小于一定值时,铆钉的最大应力均发生在铆钉镦头顶部和镦头与铆接件边缘相接触的中心部位,超过该值时,应力集中位置只出现在铆钉镦头顶部;铆钉的最大应力随镦头高度总体呈下降趋势。     

冲击式自穿孔铆接方法及其接头性能

采用一种新型的应用火药作为驱动力的铆接方法和试验设备.对影响该方法的主要因素如模具尺寸、铆钉硬度进行分析.用该设备铆接铝合金板形成的接头的拉剪强度、十字抗拉强度以及疲劳强度与点焊形成的接头进行比较.试验证明这种新型的自穿孔铆接接头比点焊接头有更好的力学性能.     

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%。