“三明治”结构自冲铆—粘接复合接头安全寿命预测
发布时间：2021-12-08 21:48
自冲铆是一种符合绿色制造理念的薄板材料连接新技术,其主要应用于汽车制造和航空航天等领域。铝合金作为一种新型轻合金材料,由于强度高密度小被广泛应用在现代工业中。在工程实际应用中,“三明治”结构被越来越多地运用,是由于其可以有效改善连接件的阻尼,吸能和绝缘等机械性能,而泡沫金属正是一种常用的孔隙结构夹层,作为“三明治”结构使用时将使零件和工程主体具有更好的力学,声学性能和安全优势。此外,粘接作为一种常用的连接方法,可以通过复合连接的方式有效提高自冲铆接头的静强度。本文采用自冲铆接与自冲铆-粘接复合连接技术对泡沫金属夹层“三明治”结构板材进行连接,研究接头的成形质量,静力学性能以及疲劳性能。同时本文基于机械小零件疲劳理论,对自冲铆接头进行安全寿命预测,绘制出接头的p-S-N曲线。论文的主要工作概括如下:（1）进行接头可行性试验及成形分析。在探索接头最优铆接参数的过程中,分析铆钉与板材间的相互作用及变形情况,并使用最优铆接参数进行批量铆接。通过观察接头的子午面对成形质量进行评估,分析泡沫金属夹层及胶层对成形质量的影响。（2）分别对单搭和十字两种搭接形式的自冲铆接头和自冲铆-粘接复合接头进行静力...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自冲铆接四个关键成型阶段Fig.1.1FourimportantprocessingstatesofSPR
第一章绪论5(3)整形：铆钉脚在下板内由于下模的阻碍作用发生弯曲变形，与板材形成机械内锁结构；(4)释放：保压过程使铆钉与板材成形完整并固定，冲头在保压结束后返回初始位置。(a)半空心自冲铆钉(b)下模具(c)冲头图1.2自冲铆接工具Fig.1.2SPRtools自冲铆接设备工具包含铆钉，下模具和冲头，如图1.2所示。本文使用的铆钉为半空心自冲铆钉，铆钉可根据其硬度，长度的不同分为几类，使用时应选取与被连接板材相匹配的铆钉，确定铆钉种类以后，根据铆钉头的几何尺寸，选择对应的冲头。下模具通常可分为平底凹模(平模)和带凸起的凹模(凸模)，当被连接材料的强度较高，或铆接后需进行其他操作，不允许接头下底不平整时通常选用平模，当被连接材料的硬度较低时一般选用凸模，可有助于铆钉脚成形。本文所用自冲铆接设备为德国Bllhoff公司制造的电液伺服自冲铆接设备(RIVSETVARIO-FC(MTF))，如图1.3所示。1.3.2自冲铆接技术优点自冲铆接头因具有良好的腐蚀性能和疲劳性能，在制造业中得以广泛应用。此外自冲铆连接技术操作简洁、省时高效，成本低廉，相比传统的材料连接技术，自冲铆接具有以下优点[51-53]：(1)与传统铆接技术相比，无需对被连接板材进行表面预处理，无需预钻孔，实现了铆接工艺流程的一体化；
昆明理工大学硕士学位论文6图1.3Bllhoff公司制作的自冲铆接设备Fig.1.3SPRequipmentfromBllhoffcompany(2)铆接过程无污染物产生，加工成本低廉，属于冷成型连接工艺，不产生火花等危险飞溅物，复合绿色设计制造理念；(3)自冲铆连接工艺不涉及冶金过程，接头可控性强，铆接过程中可运用在线监控系统对其实施全程监控，一方面保证了每个接头的成形误差在允许公差带范围内，另一方面实现了对铆接过程的无损检测；(4)设备维护成本低且不易损坏，设备中直接接触板材的部件其使用寿命可长达20万次，可实现在生产过程中对板材进行大批量铆接，节省了机器检修更换的时间和经济成本；(5)自冲铆接技术易实现自动化，生产效率高，铆接速度快，适用于工业中批量制造产品；(6)自冲铆接头具有良好的静强度及疲劳强度，接头密封性好，耐腐蚀性强。1.3.3自冲铆接质量评价体系由于自冲铆接的工艺一体化特性，对接头进行质量评价可以分别从三个阶段进行：工艺准备阶段，加工阶段，成形完成阶段。在工艺准备阶段，可根据被连接材料的物体性质及其特殊性能，选取相对应的工具，包括冲头，下模，铆钉的几何参数及硬度。确定最佳组合后，根据经验设置铆接参数，即铆接速度，冲头行程，预压紧压强，刺穿压强，整形压强等。自冲铆接工艺中铆钉的长度应大致等于板材总厚度加2mm。铆钉长度过长容易导致铆钉下行过程刺穿下板，使接头失效；长度过短易造成铆钉脚弯曲程度不足，与板材勾连区域太小，铆钉易脱出，属于不合格品。铆钉的硬度主要分为H4(HRC40-44)和H6(HRC46-50)两种，若铆钉硬度过低，在铆钉刺穿上板在下板
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金-泡沫铜“三明治”结构自冲铆接可连接性研究[J]. 刘洋,何晓聪,邓聪. 力学季刊. 2017(04)
[2]异种金属材料自冲铆接头位置对疲劳强度的影响[J]. 黄志超,黄秋雯,李绍杰,宋天赐. 锻压技术. 2017(09)
[3]习近平对河北塞罕坝林场建设者感人事迹作出重要指示强调 持之以恒推进生态文明建设 努力形成人与自然和谐发展新格局[J]. 党建. 2017(09)
[4]自冲铆接技术在汽车上的应用[J]. 王兰,范青山,王学敏. 汽车与配件. 2017(20)
[5]1420铝锂合金自冲铆连接研究[J]. 张先炼,何晓聪,程强,卢毅. 热加工工艺. 2016(13)
[6]半空心铆钉自冲铆接的研究进展[J]. 张学奇,董万鹏. 热加工工艺. 2016(09)
[7]SPR自冲铆接技术研究现状及应用前景[J]. 吴小丹,王敏,孔谅,王大明. 电焊机. 2016(04)
[8]电动汽车车身轻量化设计[J]. 单承标. 时代汽车. 2016(Z1)
[9]新型泡沫铝复合结构的三点弯曲性能（英文）[J]. 王宁珍,陈祥,李奡,李言祥,张华伟,刘源. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(02)
[10]结构胶对铝钢异种金属自冲铆接工艺影响研究[J]. 周江奇,潘海涛,楼铭,杨舟,李永兵. 汽车工程学报. 2015(05)
硕士论文
[1]航空轻合金薄板自冲铆接微动疲劳机理研究[D]. 张先炼.昆明理工大学 2017
[2]钛合金自冲铆接头拉伸与疲劳性能及其失效机理研究[D]. 卢毅.昆明理工大学 2016
[3]纯电动汽车车身轻量化的设计与研究[D]. 董全省.武汉理工大学 2013
[4]板料自冲铆接试验研究及数值模拟[D]. 李永利.内蒙古工业大学 2009
[5]泡沫金属的基本力学性质及本构关系[D]. 甘秋兰.湘潭大学 2004
本文编号：3529298
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自冲铆接四个关键成型阶段Fig.1.1FourimportantprocessingstatesofSPR
第一章绪论5(3)整形：铆钉脚在下板内由于下模的阻碍作用发生弯曲变形，与板材形成机械内锁结构；(4)释放：保压过程使铆钉与板材成形完整并固定，冲头在保压结束后返回初始位置。(a)半空心自冲铆钉(b)下模具(c)冲头图1.2自冲铆接工具Fig.1.2SPRtools自冲铆接设备工具包含铆钉，下模具和冲头，如图1.2所示。本文使用的铆钉为半空心自冲铆钉，铆钉可根据其硬度，长度的不同分为几类，使用时应选取与被连接板材相匹配的铆钉，确定铆钉种类以后，根据铆钉头的几何尺寸，选择对应的冲头。下模具通常可分为平底凹模(平模)和带凸起的凹模(凸模)，当被连接材料的强度较高，或铆接后需进行其他操作，不允许接头下底不平整时通常选用平模，当被连接材料的硬度较低时一般选用凸模，可有助于铆钉脚成形。本文所用自冲铆接设备为德国Bllhoff公司制造的电液伺服自冲铆接设备(RIVSETVARIO-FC(MTF))，如图1.3所示。1.3.2自冲铆接技术优点自冲铆接头因具有良好的腐蚀性能和疲劳性能，在制造业中得以广泛应用。此外自冲铆连接技术操作简洁、省时高效，成本低廉，相比传统的材料连接技术，自冲铆接具有以下优点[51-53]：(1)与传统铆接技术相比，无需对被连接板材进行表面预处理，无需预钻孔，实现了铆接工艺流程的一体化；
昆明理工大学硕士学位论文6图1.3Bllhoff公司制作的自冲铆接设备Fig.1.3SPRequipmentfromBllhoffcompany(2)铆接过程无污染物产生，加工成本低廉，属于冷成型连接工艺，不产生火花等危险飞溅物，复合绿色设计制造理念；(3)自冲铆连接工艺不涉及冶金过程，接头可控性强，铆接过程中可运用在线监控系统对其实施全程监控，一方面保证了每个接头的成形误差在允许公差带范围内，另一方面实现了对铆接过程的无损检测；(4)设备维护成本低且不易损坏，设备中直接接触板材的部件其使用寿命可长达20万次，可实现在生产过程中对板材进行大批量铆接，节省了机器检修更换的时间和经济成本；(5)自冲铆接技术易实现自动化，生产效率高，铆接速度快，适用于工业中批量制造产品；(6)自冲铆接头具有良好的静强度及疲劳强度，接头密封性好，耐腐蚀性强。1.3.3自冲铆接质量评价体系由于自冲铆接的工艺一体化特性，对接头进行质量评价可以分别从三个阶段进行：工艺准备阶段，加工阶段，成形完成阶段。在工艺准备阶段，可根据被连接材料的物体性质及其特殊性能，选取相对应的工具，包括冲头，下模，铆钉的几何参数及硬度。确定最佳组合后，根据经验设置铆接参数，即铆接速度，冲头行程，预压紧压强，刺穿压强，整形压强等。自冲铆接工艺中铆钉的长度应大致等于板材总厚度加2mm。铆钉长度过长容易导致铆钉下行过程刺穿下板，使接头失效；长度过短易造成铆钉脚弯曲程度不足，与板材勾连区域太小，铆钉易脱出，属于不合格品。铆钉的硬度主要分为H4(HRC40-44)和H6(HRC46-50)两种，若铆钉硬度过低，在铆钉刺穿上板在下板
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金-泡沫铜“三明治”结构自冲铆接可连接性研究[J]. 刘洋,何晓聪,邓聪. 力学季刊. 2017(04)
[2]异种金属材料自冲铆接头位置对疲劳强度的影响[J]. 黄志超,黄秋雯,李绍杰,宋天赐. 锻压技术. 2017(09)
[3]习近平对河北塞罕坝林场建设者感人事迹作出重要指示强调 持之以恒推进生态文明建设 努力形成人与自然和谐发展新格局[J]. 党建. 2017(09)
[4]自冲铆接技术在汽车上的应用[J]. 王兰,范青山,王学敏. 汽车与配件. 2017(20)
[5]1420铝锂合金自冲铆连接研究[J]. 张先炼,何晓聪,程强,卢毅. 热加工工艺. 2016(13)
[6]半空心铆钉自冲铆接的研究进展[J]. 张学奇,董万鹏. 热加工工艺. 2016(09)
[7]SPR自冲铆接技术研究现状及应用前景[J]. 吴小丹,王敏,孔谅,王大明. 电焊机. 2016(04)
[8]电动汽车车身轻量化设计[J]. 单承标. 时代汽车. 2016(Z1)
[9]新型泡沫铝复合结构的三点弯曲性能（英文）[J]. 王宁珍,陈祥,李奡,李言祥,张华伟,刘源. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(02)
[10]结构胶对铝钢异种金属自冲铆接工艺影响研究[J]. 周江奇,潘海涛,楼铭,杨舟,李永兵. 汽车工程学报. 2015(05)
硕士论文
[1]航空轻合金薄板自冲铆接微动疲劳机理研究[D]. 张先炼.昆明理工大学 2017
[2]钛合金自冲铆接头拉伸与疲劳性能及其失效机理研究[D]. 卢毅.昆明理工大学 2016
[3]纯电动汽车车身轻量化的设计与研究[D]. 董全省.武汉理工大学 2013
[4]板料自冲铆接试验研究及数值模拟[D]. 李永利.内蒙古工业大学 2009
[5]泡沫金属的基本力学性质及本构关系[D]. 甘秋兰.湘潭大学 2004
本文编号：3529298
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3529298.html
