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。     

航空铝合金自冲铆接接头微观失效研究

采用自冲铆接技术实现了2A12和6061航空铝合金薄板材料的有效连接,通过进行拉伸-剪切测试,从宏观层面分析了接头静失效形式,从微观层面研究了接头拉脱失效和基板断裂失效机理。结果表明：航空铝合金自冲铆接接头的主要静失效形式为拉脱失效,并有接头伴随纽扣脱落现象,同时有上板断裂和下板断裂的失效形式出现。对拉脱失效机理进行分析,从宏观上发现接头有明显的刮蹭和大幅的塑性形变;从微观上发现,上板的断裂失效机理为沿晶断裂和局部显微孔洞聚集,下板的断裂失效机理为板材上下边缘区域以剪切断裂为主、靠近试样厚度中心区域以微孔洞聚集型正断为主。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

不同结构形式的航空铝合金自冲铆接接头的静失效行为

采用自冲铆接技术制备了5052铝合金在凸底和平底两种模具下的铆接结构。通过改变板材的搭接形式,开展了自冲铆接接头在拉伸-剪切和剥离载荷作用下的力学响应及失效行为分析。结果表明：薄板作为上板铆接可以承受更高的剪切载荷并可增大失效位移。当板厚相同时,平底模具接头的抗剪切能力和抗剥离能力优于凸底模具接头。从宏观角度,凸底模具接头的失效形式主要为纽帽粘附铆钉底部从下板拔出失效,同时有上板断裂失效形式出现;平底模具接头的失效形式为拉脱失效以及上板轻微撕裂而导致的铆钉嵌入下板失效。从微观角度,平底模具剥离接头以上板在铆口的剪切断裂为主要失效原因;对于薄板作为上板的凸底模具单搭接头,失效机理为上板的微孔聚集型韧性断裂;其余因铆钉拔出而失效的接头,其下板铆口处呈现显著的刮擦形貌。     

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。     

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...     

自然时效对5A06铝合金自冲铆接接头性能的影响

为了研究自然时效对自冲铆接接头的影响,采用5A06铝合金进行自冲铆接,通过拉伸试验,从宏观层面研究自然时效对于5A06铝合金自冲铆接接头性能的影响,从微观层面分析了接头拉脱失效的形式和机理。结果表明:经过一年的自然时效,接头特有的机械内锁结构由于其应力的释放,畸变程度降低,接头的平均峰值载荷下降了15.28%、平均失效位移上升了58.37%、平均能量吸收提升了55.92%。接头不同应力集中处的应力释放不均匀,上、下板应力的集中释放速率不一致,导致两组试验主要失效的部位不同。在经过一年自然时效处理后,接头失效点处的韧窝分布更加密集,形状更大且更深,接头的脆性降低,塑性增加。     

SPR自冲铆接技术研究现状及应用前景

SPR(Self-Piercing Riveting)自冲铆接技术作为一种新型连接工艺,广泛应用于汽车车身制造中。阐明SPR工艺研究的难点和铆接的变形过程,归纳总结国内外关于SPR的相关研究现状,探讨接头质量的评价指标及方法,探究未来SPR工艺研究的方向和研究重点,并列举SPR工艺在汽车工业与其他领域中的应用。     

铆钉高度对树脂基复合材料与铝合金自冲铆接接头抗拉强度的影响及失效分析

为探究铆钉高度对碳/玻璃纤维树脂基复合材料(CFRP/GFRP)与AA5754铝合金自冲铆接接头抗拉强度的影响,采用铆钉高度分别为7、8和9 mm的AA5754铝合金自冲铆接接头进行拉伸-剪切试验,观察其成形截面和失效模式.结果表明:铆钉高度越高,AA5754铝合金自冲铆接接头的成形截面越好;铆钉高度会对CFRP-AA...     

铝合金自冲铆接头静力学性能及失效机理分析

选择不同结构的自冲铆接头,进行静力学测试获得其静力学性能. 采用学生氏t分布对试验数据进行统计分析,以检验数据有效性. 选择宽板接头失效断口进行扫描电子显微(SEM)观察,从而研究接头失效机理. 结果表明,板材宽度和铆钉数量的增加均可有效增强接头静力学性能,其中铆钉数量的影响程度更为突出. 接头宏观静态失效模式均为下板脱离,板材宽度和铆钉数量会影响基板变形程度. SEM分析表明,上板主要承受拉伸,断裂部位呈现韧窝结构,最终影响接头失效位移. 下板承受拉伸和压缩,其变形特征对强度和位移均有影响.     

7075铝合金预加热处理对自冲铆接质量的提升

针对7075铝合金延展率低从而造成SPR(Self-Piercing Riveting)自冲铆接过程中出现裂纹的问题,提出了对7075铝合金板材进行预加热处理的方法,使用厚度为2 mm的7075铝合金板件作为下层板与厚度为1.2 mm的RC5754铝合金板件作为上层板进行SPR铆接,对比7075铝板预加热处理前后的SPR铆接质量,并且对预加热处理前后的7075铝合金板件进行拉伸比较实验。实验结果表明:通过预加热处理,7075铝合金延展率得到提升。通过预加热处理,7075铝合金在SPR铆接过程中出现裂纹的问题得到了解决。     

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。