自冲铆接接头剖面位置对测量互锁值的影响研究.docx

1、TECHNOLOGIES自冲枷接接头剖面位置对测量互锁值的影响研究杨海单丰武队李慎国，2王付才”胡杰1.2聂小勇蔡涛（1.江西江铃集团新能源汽车有限公司，南昌330000；2.南昌市车用轻量化材料应用工程技术研究中心，南昌330000）摘要：通过建立数学模型和实验验证相结合对自冲抑接（SPR）接头剖面位置对测量互锁值的影响进行了研究。结果表明，当剖面为SPR接头的中心面时，测量得到的互锁值最小，当剖面位置离中心面距离变大，测量得到的互锁值也随之变大。同时通过建立SPR接头剖面位置与互锁值关系的数学模型，用于计算不同剖面位置时对应的中心面的互锁值，从而判定SPR接头剖面测量互锁值是否满足质量标准

2、。关键词：自冲钾接剖面位置互锁值中图分类号：TG938文献标识码：BDOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20190233-XZL.-11刖者自冲钾接（SPR）是目前汽车车身钢/铝和铝/铝等金属材料连接的主要方法“f，如SPR在凯迪拉克CT6、奥迪A8、t嫁）XJ、ES8、Aion等车型上有着大量的应用，而车身质量和安全与SPR接头质量密切相关阿。一些相关研究采用无损检测手段（如超声波、在线无损检测）对接头质量进行评价，取得了部分进展但准确度不高旦质量指标量化较为困难"'所以目前剖面金相评价依然是评价SPR接头质量的最准确的重要方法s气金相评价主要包含3

3、个部分。a. 头高，即卸钉头部与板材上表面高度差；作者简介：物海（I986-）,男，工程师，硕士学位，研究方向为汽车轻量化。通讯作者：忡.武（1975），男，鹏级高级工程航硕:律位，研究方向为新能源整车技术。b. 剩余材料厚度，即枷钉或上层板材距离底板下表面的最小距离，该值若过小则有刺穿风险从而影响接头腐蚀性能：C.互锁值，即枷钉角与被刺穿板形成互锁后与上、下层板交点的水平距离。其中互锁值最为重要，与接头力学性能密切相关凹，而接头在切割剖面过程中很难保证测量面是直径所在的中心面，因此存在定程度的偏离，这种偏离会影响测量互锁值的大小以及SPR接头质量是否合格的判断，而偏离大小与测量互锁值之间的关

4、系，目前无人研究。一般要求SPR的中心面左/右互锁值（LL,LR）均大于0.15mm*但SPR接头在切割剖面过程中很难保证是中心面位置，偏离中心面的距离与剖面左/右互锁值（II,LR）测量结果的关系模型以及如何通过偏离中心面的剖面互锁值进行计算从而转换得到中心面的互锁值,这些问题目前都亟待解决以保障SPR接头剖而测量互锁值判定的准确性。本文将建立数学模TECHNOLOGIES型揭示SPR接头剖面位置偏离中心面程度与测量互锁值的关系，并通过实验进行验证。2实验方法采用Turker卸枪设备(图la)及M260028枷模和C5.3X5H2钊侔J,对1.0mm厚度的HC340/590DP高强钢和1.2

5、mm厚度的5052H32铝合金进行SPR钾接试验，并对枷接接头中心面划线，在距离中心而约2mm位置用切割机(图lb)进行切割得到接头剖面，然后用金相剖磨机(图lc)抛磨得到距离中心面不同距离的剖面，通过体视显微镜(图Id)测量得到上述不同剖面与锁值；建立数学模型得到互锁值随中心剖面位置变化的方程，并对比实测值与计算值。A点球面方程如下。x2+y2=R',所以有=辰2(1)A人人A|AA式中，川为A点与yoz面的距离；y.为A点与xoz面的距离；R为在中心面位置时A点与.sz面的距离；B点球面方程如下。灼+y；+K=足，所以有为"z：(2)式中，办为交点Z?与yoz面的距离；)

6、场为交点、。与wz面的距离；亦为交点Z?与my面的距离；&为中心面位置.时交点8与坐标轴原点的距离：不同的剖面位置对应x值不同，.以和麻相同，令府款rs对于同一SPR接头不同剖面位置zb为固定值的计算如下。r2=R'-z2(3)HB00金相剖面机0体式显微镜图1自冲伽接实验及表征设备式中，儿为中心面位置时交点B与wz面的距离；由公式(1)、(2)、(3)计算如下/=y2=r2-x2(4)AADBR0当Xo=0时,Na=R：)户80距离中心面距离为Ab的剖面测量互锁值计算如下。-y«=J氏-局-J跖x*z'h=jR-x，-J己-Xq(5)(6)3数学模型的建立假

7、设钾钉穿刺过程不存在倾斜，左右互锁对称。图2所示为SPR接头的中心位置剖而图，在图中建立三维坐标系，中心剖面为)，海平而，钥钉的中轴线为怎机or轴为不同剖面位置方向，B点、为枷钉与上、下层板的交点，A点为抑钉角嵌入底层板距离sz平面的最远点，A点在0)，轴上。AB线在为，平面上的投影长度为互锁值，建立不同的剖面位置A、B点在该坐标系下球面方程。4结果与讨论公式(5)中互锁值为爪的函数，令互锁值为/U0，计算如下。/(x?=对公式(6)两边求导如卜LTESTTECHNOLOGIES2020年第3期70I汽车工艺与材料AT&MTESTTECHNOLOGIES由于几“）>0,所以/?a

8、>r«:当r“=0时，/'（-%）=0：当勘>0时，f（xn）>0o所以当炉0时,_/（）值最小；当壬20时顼而）单调递增。所以从公式推导计算结果可以看出，当剖面位置距离中心面位置越大，得到的互锁值越大。下面通过实验对上述理论推导的结果进行验证。对1.0mm厚度的HC340/590DP高强钢和1.2mm厚度的5052H32铝合金进行SPR抑接试验，不同位置的剖而图如图3所示，测量互锁值取左互锁值和右互锁值的平均值，即（R+P,）/2。从中心而开始到距离中心面2mm每间隔0.5nim制备SPR接头剖面试样进行互锁值测量，结果分别为中心面时测量互锁值是0.72m

9、m,距离中心面为0.5mm时测量互锁值是0.785mm,距离中心面为1mm时测量互锁值是0.77mm,距离中心面为1.5mm时测量互锁值是0.89mm,距离中心面为2mm时测量互锁值是0.96mnic不难发现距离中心面越远，通过实验测量不同剖面得到的测量互锁值越大。距离中心面1.5min图3SPR接头剖面测匿互锁值随中心面距离的变化距离中心面2mm根据1.0mm厚度的HC340/590DP高强钢和1.2mm厚度的5052H32铝合金SPR接头中心而剖而测量结果，如图4所示，可得*3.595,=（R/2）'=2.848,；代入公式（5）得到互锁值如下。（a）中心面0距离中心面0.5mm0

10、距离中心面IyA-.Vff=A-XA（）=3.59宁-2.848-_r|0<i将公式（8）用Origin作图，并结合图3所测的实验数据，得到理论计算曲线与实测数据的对比结果如图5所示，不难发现理论计算值与实验实测值吻合度较好，从而证明了数学模型的准确性，另外也可看出当剖面位置离中心面距离越大，剖面测量得到的互锁值越大，该结果与公式（6）求导得到的理论分析结果也是一致的。同时我们发现当剖面位置距离中心面位置1mm以内时，不同剖面位置的测量互锁值变化小于10%，变化较小，在实际生产时对该剖面位置互锁值指标进行质量判定时可直接判定不用转换到中心面进行判定。另外通过公式（4）可以变换得到如下公式

11、。铲>。礼EmmTESTTECHNOLOGIES所以对于不同剖面位置，通过测量片、W、X<I可得到中心面位置时的测量互锁值，从而可用于判定SPR接头剖面质量是否满足标准要求，中心面的互锁值如下公式(10)所示OTESTTECHNOLOGIES兄=1兄+*5Jyi+烂（io）图4spr接头中心剖面测量互锁值部面位置距离中心面的fefi/mm图5SRP接头中心剖面测低互锁值随剖面位置的变化5结论通过建立数学模型和实验验证相结合，对SPR接头剖面位置对于剖面测量互锁值的影响进行了研究，结果如下。a. 当剖面为SPR接头的中心面时，剖面测量得到的互锁值最小。b. 当剖面位置离中心面距离变大

12、，剖面测量得到的互锁值随之变大。c. 通过建立SPR接头剖面位置与互锁值的数学模型，可用于计算不同剖面位置时对应的中心面的互锁值，从而判定SPR接头测量互锁值是否满足质量标准要求。参考文献：IDezhiLi.AndreasChrysanthou,ImranPatel,etal.Selfpiercingriveting-areview|M|.InternationalJournalofAd-vancedManufacturingTechnology2017.21黄志超，赖家美,张永超，等.自冲钾接技术M.江西：江西高校出版社,2017.3解宇，谭继锦,程文文，等半空心自冲伽接模具工艺参数优化研究

13、J.汽车工艺与材料,2019(8):1-5.41马运五.楼铭，李永兵.铝合金高强钢自冲枷接工艺仿真研究J|.汽车工艺与材料,2017,8:11-19.5 张林阳.全铝及钢-铝混合车身轻量化连接技术J.汽车工艺与材料,2018(7)：1-8.6 R.Porcaro.MLangseth.A.G.Hanssen.etal.Crashworthi-nessofself-piercingrivetedconnectionsfJ.InternationalJournalofImpactEngineering,2008.35(11):1251-1266.7 ZhiqiangXie,WcimingYan,Ch

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15、echanicalpropertiesandmicrotopographyofelectromagneticself-piercingrivetedjointswithcarbonfi-berreinforcedplastics/aluminumalloy5()52|J,Archivesofcivilandmechanicalengineering2019(19):240-250.(9 余康,刑保英，何晓聪,等.AA5052自冲钥接头成形质量及其静力学性能研充U1.塑性工程学报,2018(25):143-147.(10 金鑫，李永兵，楼铭，等.基于正交试验的铝合金一高强钢异种金属自冲钾接工艺优化JL汽车工程学报，2011(1):185-191.(11 杜坤，刘峰，吴卫根，等.铝合金