AA5052自冲铆接头成形质量及其静力学性能研究

通过改变整形力、刺穿力及行程研究铆接工艺参数对AA5052自冲铆接头性能的影响,进而探究接头成形质量及其对接头静力学性能的影响。结果表明:接头失效模式均为下板与铆钉分离,这是由于在拉伸-剪切试验过程中,位于下板内部的机械内锁遭到破坏,铆钉从下板拉出。在一定范围内,随着整形力的增加钉头高度逐渐减小,接头表面越平整,内锁长度却逐渐增加;随着刺穿力的增加,钉脚张开度减小,但内锁长度却逐渐增加,可形成较好内锁值;随着行程增大,钉脚张开度随之增大,内锁长度也会增加,接头可形成较好的机械内锁且具有较好的密封抗蚀能力。整形力对AA5052自冲铆接头静力学性能影响最低,刺穿力和行程均对试件的拉伸载荷和能量吸收能力有显著影响。     

铆向对双铆钉自冲铆接头拉伸及剥离性能的影响

为了探究铆向对自冲铆接头力学性能的影响,制备了不同铆向组合的双铆钉自冲铆接头。在拉伸-剪切试验后,观察了各组接头的宏观失效形式并分析其失效机理。同时运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行了研究,对接头的能量吸收值进行了计算。结果表明:铆接方向影响接头的失效形式及变形程度,影响接头的力学性能。铆向相反的单搭双铆钉接头具有更优的承载能力,其失效位移为9.2 mm,比同向单搭接头组增大了16.5%。铆向相同的双铆钉T型接头静失效载荷略大于铆向相反的接头组,铆向对剥离测试中接头的失效位移影响不大。铆向相反的单搭双铆钉接头能量吸收均值较铆向相同的单搭双铆钉接头提升16.1%;铆向相同的双铆钉T型接头能量吸收均值达57.1 J,比铆向相反的T型接头提升2.9%。     

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。     

酸性腐蚀环境下铝合金自冲铆接头的静力学性能研究

以0. 02 mol·L~(-1)的Na HSO3溶液作为酸性腐蚀液对5052铝合金(AA5052)自冲铆试件进行干湿周浸腐蚀实验,通过失重法、静力学测试和电镜扫描(SEM)研究酸性腐蚀环境对AA5052自冲铆接头静力学性能的影响,并从宏观与微观两个方面分析接头失效的机理。腐蚀实验结果显示,随着腐蚀周期的延长,腐蚀产物不断增多,试件失重量增大,腐蚀速率减小,试件表面出现凹坑与凸起,数量不断增加,程度持续加剧;静力学测试中,接头失效形式未发生显著变化,静力学强度呈下降趋势,能量吸收值呈先上升后下降趋势; SEM实验分析得出,板材接触区腐蚀产物增多,上板断裂部位组织呈抛物线状韧窝特征,破坏路径由接头中心向两侧边扩展。由于腐蚀产物的存在,下板铆孔区域损伤严重。     

钢/铝异种板自冲铆接头的腐蚀性能研究

为了分析钢/铝异质板自冲铆接头的腐蚀性能,对该接头进行了不同时间的盐溶液周浸腐蚀试验。试验后对试样进行了称量和拉伸,并进行了下板失效部位的断口分析。结果表明:腐蚀试验后试件的质量明显减小;除腐蚀0、15 d的个别接头的下板未被撕裂外,其余接头均为下板撕裂,铆钉与下板分离,且随腐蚀时间增加,撕裂更加明显;拉伸失效载荷均值和能量吸收值均先上升后下降的变化;0 d时下板拉脱断口处出现明显刮痕,腐蚀后的撕裂断口处有大量韧窝,随着腐蚀时间的延长,韧窝中夹杂物增多。     

铆接方式对AA5052铝合金自冲铆接头静力学性能的影响

为探究铆接方式对AA5052铝合金自冲铆接头静力学性能的影响,制备单向铆接方式(ZAA),双向铆接方式(ZAB和ZBA)3种接头,对其进行拉伸-剪切试验,分析接头的失效形式及宏观失效机理,研究接头的静失效载荷、能量吸收能力及刚度变化。结果表明:双向铆接方式相对于单向铆接方式可有效防止试件发生翘曲,且双铆钉拉伸失效形式均为板材断裂失效,ZBA组板材断裂部位为铆钉头接触处,ZAB组板材失效部位为铆钉管腿接触处,ZAA组板材失效部位则有铆钉头接触处和铆钉管腿接触处;ZAB组的失效载荷值最小,为7 051.7 N,小于ZAA组的7 154.7 N和ZBA组的7 228.0N,而ZAB组相对于其他组具有更好的能量吸收能力;双向铆接方式可有效提高接头刚度,但会使接头应力分布更趋复杂化。     

SPCC冷轧钢胶接点焊的力学性能分析及数值模拟

针对1.5 mm厚的SPCC冷轧钢薄板,以焊接时间、焊接电流和电极压力为变量进行胶接点焊和点焊正交试验,开展拉剪试验获得两种接头的失效载荷;建立点焊和胶接点焊仿真模型,分析熔核过程温度场的演变特征。结果表明:胶焊和点焊接头的最大平均失效载荷分别为11 071、10 180 N;胶层的存在增大胶焊过程中熔核区电阻热的输入,胶焊接头高温熔核区的维持时间较点焊熔核区维持时间更长;在搭接区内存在未发生气化的胶层,对热量向外扩散造成阻碍,导致搭接边缘产生较大的翘曲。     

钛铝合金板材压印成形及接头力学性能实验研究

对钛合金(TA1)和铝合金(Al5052)板材组合进行压印连接的可行性进行了研究,发现压印连接可以有效地实现TA1-TA1组合和Al5052-TA1组合的连接。对所获得的接头进行准静态力学性能测试,并运用扫描电子显微镜对接头拉伸断口进行微观分析。结果表明,压印连接时,钛合金和铝合金的组合能够获得成形性较好的压印接头,TA1-TA1接头的最大载荷和失效位移较Al5052-TA1接头提高了303.8%和49.4%,这两种接头静态失效形式相似,为上板颈部材料首先被破坏,产生裂纹,之后裂纹沿周向逐渐扩展,最终导致整个压印接头断裂。由微观断口可以判断TAl-TA1接头断口处呈现准解理和韧窝形貌,即同时具有韧性断裂和脆性断裂的特征;Al5052-TA1接头断口处呈现直径和深度较大的拉长韧窝,即为韧性断裂。     

铝合金自冲铆工艺参数的多元非线性回归模型

建立有效、可靠的自冲铆工艺及力学性能预测模型是其工业应用推广过程中亟待解决的一个重要问题。选取AA5182、AA5052和AL1420三种铝合金薄板材料,基于Box-Behnken Design(BBD)响应面法开展了铝合金自冲铆连接试验研究。以板厚、板材硬度和铆钉硬度为三参数输入条件,以冲头行程、最大冲压力和失效载荷为输出响应值,建立影响因素与响应值之间的回归模型,探究多种输入参数对响应值的影响规律。试验结果表明:依据回归模型得到的工艺和强度理论预测值与试验值之间的误差在8%以内,建立的回归模型具有较高的工程应用可靠性。通过三维响应面和等高线分析表明,板厚和铆钉硬度的交互作用对最大冲压力和失效载荷的影响最大,冲头行程主要受板材硬度和铆钉硬度的交互影响。     

基于响应面法的自冲铆-粘接复合接头强度预测

为建立可快速预测铆接参数对自冲铆-粘接复合接头力学性能影响的模型,基于响应面法对AA5182、AA5052和AL1420三种铝合金板材开展了自冲铆-粘接复合连接工艺实验研究。以板材硬度、胶层厚度及刺穿压强为自变量,失效载荷值和能量吸收值为响应值,建立各因素与优化目标的响应面回归模型,并通过实验验证模型的可靠性。研究结果表明：该回归模型预测结果值与实验结果误差小于10%,即模型显著性较高,可用来预测自冲铆-粘接复合接头的静力学性能。在单因素作用下,失效载荷值受各因素影响顺序为：板材硬度>刺穿压强>胶层厚度,各因素对能量吸收值影响情况为：板材硬度>胶层厚度>刺穿压强。板材硬度对失效载荷值与能量吸收值的影响最为显著,并且随板材硬度的增加,两者皆呈先增加后减小的变化趋势。在交互作用下,板材硬度和胶层厚度对失效载荷值影响最大,刺穿压强与胶层厚度对能量吸收值影响最显著。通过对模型预测结果分析可得：在确保接头质量的情况下,适当增大刺穿压强可有效提高接头能量吸收值。使用粘接剂时,胶层厚度须控制在0.5～0.9 mm才能与其余两因素相互配合,达到最好的铆接效果。