实心铆钉自冲铆接数值模拟及参数优化

采用DEFORM-2D有限元分析软件对实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中板料断裂损伤的分布以及发展趋势,实验证明:数值模拟的剖面形状与实物剖面形状一致.通过数值模拟得出的应力分布规律,优化了实心铆钉几何形状,在铆钉的头部铆钉杆采用过渡圆角,使得应力分布合理;优化压边力、间隙、凹模圆角,可以有效提高铆接质量和外观.     

铸铝自冲铆接接头裂纹扩展行为研究及仿真预测北大核心CSCD

为了研究铸铝在自冲铆接工艺中的裂纹扩展行为,以5754铝板和Aural2铸铝为搭接组合的自冲铆接接头为研究对象,通过中断试验近似还原了接头剖面裂纹产生的位置和裂纹形貌,讨论了自冲铆接过程中接头内部铸铝材料的裂纹扩展机制,并进行了仿真分析,开展了几何形貌和裂纹预测。结果表明,铸铝自冲铆接接头裂纹产生的位置主要有两处:一处位于自冲铆接接头底面与模具接触一侧,裂纹在铆钉刚接触下板时产生,随着铆钉压入而增多;另一处位于铆钉钉腿与上下板形成互锁处的下板铸铝材料上,裂纹在形成互锁过程中产生,随着铆钉下压不断增长。建立的基于GISSMO损伤失效的铆接仿真模型,仿真结果的形貌轮廓与试验剖面的几何形貌一致,单元损伤与接头裂纹一致,可以对接头剖面几何形貌和裂纹位置进行准确预测。     

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.     

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。     

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。     

TA1钛合金自冲铆接与点焊连接抗拉剪性能的对比

采用自冲铆接(SPR)和电阻点焊对厚度为1.5 mm的钛合金板材进行了连接试验。通过剖面直观检测法分析了自冲铆接头成形质量并获得板材的最优铆接参数;利用超声波C扫描法对点焊接头进行了超声成像检测,获得其熔核直径;对试件进行拉伸-剪切试验并比较了两种接头的静力学性能。结果表明:自冲铆连接工艺可以在不预先热处理条件下对钛合金同种板材进行有效连接;在点焊接头的熔核直径与铆钉钉腿直径接近的条件下,点焊接头比自冲铆接头的静失效载荷高,点焊接头的能量吸收能力更强,适用于对缓冲吸震性能要求较高的结构。     

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。     

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.     

无铆钉自冲铆接有限元简化模型建模方法研究

无铆钉自冲铆接被广泛用于异种材料的连接,其失效形式对整车的碰撞性能至关重要。本文对钢铝异种材料无铆钉自冲铆接接头简化有限元模型的建模方法进行了一定的研究。在准静态条件下,分别采用梁单元、实体单元和约束单元(SPR2模型)作为铆接简化有限元模型,进行十字拉伸和搭接剪切试验的仿真分析。结果表明:在十字拉伸工况下,SPR2模型结果的载荷值相比试验稍偏弱,但整体与试验值较符合;在搭接剪切工况下,梁单元无法模拟韧性失效模式,实体单元和SPR2模型均能模拟出韧性失效模式。考虑到实体单元建模复杂,SPR2模型作为铆接简化有限元模型较为理想。在动态加载试验中,对SPR2模型展开进一步研究。SPR2模型在动态十字拉伸试验中跟静态一样可以准确模拟出失效点,同时在动态搭接剪切试验中对失效点的预测比静态更为准确。     

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。     

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.     

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,说明单隐藏层神经网络的拟合效果较好。以增大铆接接头内锁值和减小头部高度为目标,建立了参数的优化模型。分析了惯性权重对粒子群算法的影响,提出了多子群粒子群算法的模型求解方法。经实验验证,优化后铆接接头的内锁值均值提高了15.86%,头部高度均值减小了15.38%,说明经过工艺优化可以有效地提高铆接接头的质量。     

Numerical modeling of self-pierce riveting—From riveting process modeling down to structural analysis

Self-pierce riveting (SPR) is becoming increasingly used in the automotive industry as a way to join materials of different nature. In this paper we focus on the numerical modeling of the SPR process and to the final assembly mechanical strength. The simulation of such a joining process requires contact between deformable bodies, plastic deformation, damage and fracture. The Forge2005^® finite element software enables to model large deformation of elastic–plastic materials for 2D and 3D configurations. A Lemaitre coupled damage model has been implemented to deal with damage during the process and fracture is modeled using the “kill element” technique. After a 2D simulation of the riveting process, it is possible to export the mechanical fields onto a 3D mesh and then to perform a 3D shearing test on the riveted structure. We can check the influence of the transfer of important mechanical fields, such as residual stresses or damage, on the final mechanical strength of the riveted specimen. The mechanical history of the rivet/sheet assembly undergone during the riveting process plays a significant role in the numerical prediction of the final strength of the assembly.     

铝钢点焊铆接复合连接技术

提出了一种点焊与铆接复合进行铝钢连接的技术,即在待焊试样区域预制工艺孔,将铆钉铆入孔中,利用铆接力实现试样的预连接.然后使用点焊机在铆接位置进行点焊,实现铆接与点焊的复合连接,称为"点铆焊".文中分析了该方法的力学性能、微观组织、断裂模式,并同纯点焊与纯铆接进行了比较.结果表明,点铆焊的抗拉强度比纯点焊提高了23.8%,比纯铆接提高了28.7%,失效前吸收功比纯点焊提高211%,比纯铆接提高67%.虽然在点铆焊过程中也会产生脆性金属间化合物,但这些区域并不是主要的承载部位,点铆焊为塑性断裂模式.     

碳纤维-铝合金电磁铆接与准静态压铆对比

为了探究电磁铆接技术在碳纤维复合材料上的可行性,采用碳纤维-铝合金结构为研究对象。探究了碳纤维-铝合金电磁铆接接头的干涉量及剪切、拉脱性能,并与传统准静态压铆技术进行了对比。结果表明:无论是Φ4 mm铆钉,还是Φ6 mm铆钉,电磁铆接结构相对干涉量不仅均匀性更好,而且平均值更高,分别从4.96%提升到5.20%,6.85%提升到7.85%;电磁铆接接头剪切性能有较大提高,对于Φ4 mm铆钉和Φ6 mm铆钉,电磁铆接最大剪切力相比准静态压铆分别提高了19.7%和5.2%;电磁铆接接头拉脱性能有较小提高,对于Φ4 mm铆钉和Φ6 mm铆钉,电磁铆接最大拉脱力相比准静态压铆提高了3.9%和6.6%。结果说明电磁铆接技术更适合复合材料的连接。     

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%。     

摇臂精密冲铆成形装置研究

为解决复杂结构摇臂铆接过程中销轴增粗变形技术问题,优化设计了一种分瓣式凹模结构冲铆精密成形模具,并通过铆接力的计算分析,优化设计了销轴结构.借助Deform-3D工具对摇臂销轴冲铆过程进行仿真分析.最后,通过对比试验验证了模具结构的合理性.本方案有效地控制了摇臂销轴在冲铆时镦粗变形量,满足摇臂铆接后销轴直径工艺设计要求...     

磁铁铆具结构及设计

通过对磁铁工艺性分析,设计了合理的磁铁铆具,介绍了磁铁铆具结构、铆具工作过程及设计注意事项,说明了主要结构件设计思路及工作原理。该铆具结构稳定、可靠,制作成本低,使用方便,寿命长,铆压的磁铁质量好。     

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.