自冲铆接新技术

自冲铆接技术昆明理工大学制造技术研究所何XX教授思考题一.论述自冲铆接技术在绿色设计制造中的重要作用，举

例说明自冲铆接的应用领域。二.简述自冲铆接的工艺过程。三.简述自冲铆接的在线监控过程及质量判定标准。2.1：自冲铆接原理2.2：自冲铆接设备2.3：自冲铆接质量在线监控2.4：自冲铆接过程数值模拟2.5：自冲铆接头静力学性能2.6：自冲铆接微振疲劳性能2.7：自冲铆接头动态性能

2.1.1：自冲铆接分类

自冲铆接实心铆钉连接腰鼓形铆钉连接圆柱形铆钉连接半空心铆钉连接

2.1.2：半空心铆钉自冲铆接的成形过程用四个阶段来描述：①夹紧：平头冲压机压紧铆钉到上板表面，使板材贴紧模具；②刺穿：冲压机推动铆钉刺穿上板并进入底板；③扩张：底层板材材料流入模具且铆钉管腿张开，在基板中形成一个机械互锁结构④释放：当冲压机达到预定冲压力值时，停止并返回。

昆明理工大学创新制造技术研究所电动伺服自冲铆接系统（德国制造）

2.3:自冲铆接过程质量在线监控2.3.1：自冲铆接过程质量在线监控原理

自冲铆接过程质量在线监控通过下图所示载荷位移曲线来实现。

2.3.2.2：自冲铆接过程质量在线监控系统

实时显示连接过程-力、位移曲线实时显示可以程序化定制的曲线3G硬盘存储器以太网接口

MSWindows系统

2.3.3：自冲铆接过程质量指标(钉头高度、残余底厚、钉脚张开度)

图示自冲铆连接过程数值模拟

2.4.2:自冲铆接过程材料变形流向分析

分析自冲铆4个阶段的位移流向过程，见图所示。第一个阶段，铆钉未与板材发生作用，板材在自由状态下维持原态，没有发生流动。第二个阶段，铆钉刺入上板，上板中与铆钉接触的部位材料的流向趋于裂口两侧，随着远离裂口的部位，流动趋于减小。并且压边圈和下板之间的上板材中出现漩涡状的流动，是铆钉和下板相反状态力作用的结果；同时受到上板的压力，下板虽未接触到铆钉，但是材料也发生流动，流向类似于上板中的情况，在压边圈附近由于压边圈的反作用力，出现弧形流动。第三个阶段，此时上板被刺穿，铆钉接触到下板。上板断裂处及下板与铆钉接触的部位流动幅度增强，下板中心部位也开始发生流动，流向趋于充满凹模，靠近凹模附近的下板由于凹模的反作用力材料流向有上升的趋势。

第四个阶段，铆接成形，铆钉腿周边的板材材料沿着铆钉行程的方向流动，同时下板与铆钉尾部接触的部位材料流向趋于水平，此部位的两侧下板材料流向明显，并且上下板接触部位的中心位置的流向也趋于变形方向。通过以上分析，可以发现在整个自冲铆过程中在上下板中材料内部发生流动，远离变形部位的流动逐渐减弱甚至没有发生，其流向取决于受到的外部载荷，正是这些材料内部的流动才实现了整个接头宏观的塑性变形。并且最终成形接头材料流动最厉害的是铆钉头与上板接触部位和铆钉管腿与下板接触部位，可见这两处为接头危险部位。

自冲铆接头截面微观结构

(a)平底凹模模型(b)凸台凹模模型两层板材自冲铆接数值模拟（S为冲头行程）

(i)凸台凹模完成效果图(j)平底凹模完成效果图图示数值模拟中铆接成形过程及完成效果图

（1）

（2）

2.4.4：自冲铆接过程数值模拟与实验结果的比较

三层板料自冲铆接数值模拟

图示

t=0与t=-0.4mm<0的两种凹模

图示

不同凹模的模拟结果（1+1+1.5mmAl-5454板材组合）

(a)s=0.96mm(b)s=2.16mm(c)s=4.2mm(d)s=6mm图示

三层板料半空心铆钉自冲铆接的模拟过程

2.5：自冲铆接头静力学性能2.5.1：自冲铆接头静力学实验

MTS实验机与温控箱

失效自冲铆接头试件

自冲铆接头试件载荷-位移曲线及概率分布分析

2.5.2：自冲铆接头静力失效数值模拟

图示

自冲铆结构等效应力云图和等效应力云图局部放大图

预测SPR接头失效形式及拉剪强度的有限元方法流程图

1+1mmSPR接头

拉伸剪切模拟与实验载荷数据对比

1+1mm剥离模拟与实验载荷数据对比

2.6：自冲铆接头疲劳性能2.6.1：自冲铆接头疲劳实验疲劳试验设备

自冲铆接头50%、95%存活性的S-N曲线

疲劳失效自冲铆接头铆钉氧化碎屑元素分析

2.7：自冲铆接头动态性能2.7.1：自冲铆接头动态性能数值模拟

自冲铆接头自由振动动态性能试验框图

自冲铆接头受迫振动动态性能试验