电磁无铆钉铆接工艺及钢—铝接头力学性能研究北大核心CSCD

以AA5052铝合金薄板和DC52D+ZF高强钢薄板为研究对象,探究了不同放电能量下,电磁无铆钉铆接接头的镦头成形、微观形貌和力学性能。结果发现:放电能量值过小,会导致铆钉变形不足,难以形成良好的互锁结构;放电能量值过大,则会导致上板材材料流动过于充分,进而在颈部区域出现微裂纹甚至发生断裂。此外,电磁无铆钉铆接接头的平均互锁值Tu较常规液压无铆钉铆接接头高46.6%。硬度测量结果表明,电磁无铆钉铆接接头中心区域的硬度略高一些。剪切性能测试结果表明,电磁无铆钉铆接接头的剪切性能略高于常规液压无铆钉铆接接头。与常规液压无铆钉铆接接头对比,电磁无铆钉铆接接头在截面互锁程度、显微硬度及剪切性能方面均具有一定的优势。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

5182-O铝合金板材自冲铆接工艺参数对接头组织和性能的影响EI北大核心CSCD

在D、F两种底模作用下,采用4种长度的铆钉(5.0 mm、5.5 mm、6.0 mm和6.5 mm)对5182-O铝合金板材1.5 mm+1.5 mm组合接头进行自冲铆接试验,对接头剖切面进行关键特征值测量,利用EBSD、硬度测试及拉伸试验对接头的组织和强度、吸能进行了研究;并基于5182-O板材在不同应变速率下的本构模型及Johnson-Cook损伤模型,建立自冲铆接成形过程模型,并与试验结果进行对比验证。结果表明:随着铆钉长度的增加,接头的强度、吸能呈先提高后降低的变化趋势,铆钉长度为6.0 mm时,接头性能最佳;在相同铆钉长度下,D组接头力学性能明显高于F组,原因是D组接头板材变形程度明显大于F组,加工硬化程度更高。利用DEFORM-2D软件对自冲铆接成形过程进行模拟,仿真结果与真实试验误差在15%以内,验证了模型的准确性。     

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.     

5052H32铝合金薄板自冲铆接和无铆连接对比研究

对厚度为1.2 mm的汽车用5052H32铝合金薄板自冲铆接和无铆连接进行了对比研究。结果表明:铆钉长度为4 mm时,SPR接头互锁值较小,接头强度及能量吸收值较低,受剪切拉伸时铆钉角易从底层板脱离;铆钉长度为6 mm时,SPR接头底层板的最小剩余厚度较小,有腐蚀风险;铆钉长度为5 mm时,SPR接头强度、能量吸收值及剖面金相参数值为综合最优;无铆连接时,铆点数与接头强度值呈线性关系,与能量吸收值的关系可以通过二次多项式进行拟合。不同铆接方式的接头在横向和纵向受力方向上的强度和能量吸收值基本无差异。无铆连接接头受剪切拉伸时,其失效形式有3种:上层板颈部位置撕裂失效,上、下层板互锁脱离失效,混合失效。单点SPR的静强度等效于2个Clinching铆点,单点SPR铆接能量吸收值等效于3.6个Clinching铆点。     

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.     

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。     

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。     

电磁铆接和锤铆铆接质量对比分析

通过实验对电磁铆接和锤铆两种铆接方法的铆接质量进行对比。对比内容主要包括干涉量均匀性、铆钉剪切强度和铆钉拉脱强度3个方面。结果表明:电磁铆接的干涉量更均匀,并且镦头尺寸质量稳定,受人为因素影响小;在强度方面,无论是接头剪切强度还是拉脱强度,采用电磁铆接的接头强度均优于采用普通锤铆的接头强度。     

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.     

铆向组合对双铆钉自冲铆接头力学性能的影响

为探究铆向组合对双铆钉自冲铆接头力学性能的影响,制备不同铆向组合的5组双铆钉自冲铆接头,通过拉伸-剪切试验,分析各组接头的宏观失效形式,并对接头失效断口进行扫描电子显微(SEM)观察,分析其失效机理;同时运用MATLAB对接头的剪切刚度、静失效载荷、失效位移及能量吸收值进行分析。结果表明:铆接方向会影响接头的失效形式及变形程度,从而影响接头的力学性能。窄板双铆钉自冲铆接头的失效模式为板材韧性断裂,宽板接头的铆钉脱离下板。铆向影响窄板接头在弹塑性阶段的剪切刚度,但对宽板接头的刚度无显著影响。对于靠近铆接区自由端处的铆钉,当铆钉脚朝外时,窄板接头的静失效载荷最强,但失效位移、能量吸收值减小;两铆钉铆向相反时,宽板接头可获得更大的静失效载荷和失效位移。     

电磁铆接试样质量分析

采用试验方法,通过电磁铆接和气动铆接方式,对铆接试样从铆钉宏观变形和微观连接方面进行质量对比分析。结果表明,与气动铆接相比,电磁铆接能一次成形,铆接试样钉杆变形均匀,波动度小,铆接质量稳定,不易出现钉头被铆歪、开裂等现象。在铆钉成形钉头与铝合金板连接处,电磁铆接铆钉变形较气动铆接剧烈。在铆钉钉杆与铝合金板连接处,电磁铆接试样铆钉与铝合金板连接的紧密程度要好于气动铆接。在铆钉钉杆与复合材料连接处,电磁铆接铆钉对复合材料的挤压程度要小于气动铆接,未出现复合材料分层和开裂。     

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。     

CFRP与AA6022-T4铝合金的自冲铆接接头力学性能分析

CFRP及铝合金的应用是实现车身轻量化的重要途径,自冲铆接工艺是车身制造中广泛应用的异种材料连接技术。基于CFRP和AA6022-T4铝合金的自冲铆接,首先针对试件搭接顺序对接头性能的影响进行对比分析,结果表明复合板在上层时的接头最大拉伸载荷比复合板在下层时高48%;然后针对复合板为上层试件的搭接顺序,研究了铆钉下压力对接头性能的影响,并从接头单向拉伸强度和接头断裂模式两个方面对不同铆钉下压力所得接头的载荷-位移曲线进行分析,揭示了铆钉下压力对接头性能的影响及机理,即下压力主要通过改变复合板的破坏程度及铆钉在下板的扩张量来影响接头的力学性能。     

铸造铝合金镦粗挤压铆接接头失效形式和强度的分析

镦粗挤压铆接是针对铸造件的连接提出的一种铆接技术,从失效形式和强度两个方面对镦粗挤压铆接得到的接头性能进行分析,通过改变冲头直径和深度,采用正交试验,得到不同的试验组合。基于体积不变原理,计算出各个试验组合下需要的铆钉高度,进行镦粗挤压铆接试验,对铆接得到的试件进行剪切和拉伸试验。根据试验结果,分析接头的失效形式,并且绘制出接头的失效极限图,最后分析了冲头尺寸对接头抗剪强度和抗拉强度的影响。研究结果表明：采用镦粗挤压铆接方法得到的接头,其抗剪强度高于抗拉强度;剪切载荷下,接头只发生根部剪断失效;拉伸载荷下,接头发生头部剥离、头部剪断和铆钉根部拉断失效。     

基于Kriging模型的钢铝异质板料无铆钉铆接结构工艺参数优化

针对钢铝异质板料无铆钉铆接成形接头力学性能差的问题,对铆接过程的结构工艺参数优化开展研究.以提高接头的最大抗拉力和抗剪力为目标,首先,建立了无铆钉铆接成形过程数值仿真模型,通过对比接头截面关键尺寸,验证了数值模型的可靠性;其次,对主要结构工艺参数进行拉丁超立方抽样试验,获取代表性样本点集及其数值仿真结果;随后,利用Kr...