半空心铆钉自冲铆接的工艺参数及铆接质量的判定
基于铝合金车身的自冲铆工艺研究
基于铝合金车身的自冲铆工艺研究张建武【摘要】以新能源汽车铝合金车身自冲铆接和自冲铆一粘接复合接头为对象,通过试验分析对比不同剖面尺寸的内锁值以及加粘接剂对自冲铆接接头强度的影响。
试验表明,不加胶的情况下,随着内锁值的增大,接头剪切强度也越大,但是内锁值增加到0.2以上时,强度基本趋于稳定不变;加结构胶的情况下,剪切强度是不加胶的3倍以上,且强度值不受内锁值的变化影响。
加胶之后,接头失效形式稳定为从上部材料脱落。
【期刊名称】《汽车制造业》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】3页(P36-38)【关键词】铝合金车身;接头强度;工艺;自冲铆接;剪切强度;新能源汽车;失效形式;粘接剂【作者】张建武【作者单位】[1]广州汽车集团股份有限公司汽车工程硏究院;【正文语种】中文【中图分类】U27以新能源汽车铝合金车身自冲铆接和自冲铆—粘接复合接头为对象，通过试验分析对比不同剖面尺寸的内锁值以及加粘接剂对自冲铆接接头强度的影响。
试验表明，不加胶的情况下，随着内锁值的增大，接头剪切强度也越大，但是内锁值增加到0.2以上时，强度基本趋于稳定不变；加结构胶的情况下，剪切强度是不加胶的3倍以上，且强度值不受内锁值的变化影响。
加胶之后，接头失效形式稳定为从上部材料脱落。
新能源汽车是汽车制造商当前以及未来发展的重点和主题，而车身传统用钢已不再适用于该主题，必须开发轻质合金和其他先进材料。
当前轻质材料有铝合金、镁合金以及碳纤维材料等。
而铝合金材料的应用，可以大大促进新能源汽车的发展。
但铝材在汽车的应用上面临许多新的技术难题。
自冲铆接是一种冷成形的连接方法，可以将铝合金等材质形成可靠的连接。
然而，当前自冲铆接技术在我国汽车制造业中的研究和应用刚有了初步的进展，影响自冲铆接接头质量的参数众多，但各个参数对接头质量的影响程度有待研究。
对自冲铆接工艺的研究，可以大力促进新能源汽车尤其是车身的优化和减重。
半空心铆接在行业内俗称SPR铆接，是一种机械冷连接，完全不受铝合金材料的化学特性所影响，能够很好地将铝板和铝板、铝板和钢板连接起来。
基于Simufact Forming的半空心铆钉自冲铆接参数对铆接成形的影响研究
doi ：10．16576/j．cnki．1007－4414．2016．01．002基于Simufact Forming 的半空心铆钉自冲铆接参数对铆接成形的影响研究*张雨桐，刘瑞军*（北华大学汽车建筑工程学院，吉林吉林132013）摘要：以1．5mm+1．5mmA6062铝合金为研究对象，结合单一变量设计法进行参数组合，使用Simufact forming 有限元软件对铆接过程进行模拟仿真，主要研究了凹模深度、凹模凸台高度、冲头速度3个工艺参数对半空心铆钉自冲铆接成形的影响，及参数对几何特征量的影响趋势，为半空心铆钉自冲铆接工艺参数进一步优化提供有益的借鉴。
关键词：数值模拟；自冲铆接；Simufact forming ；工艺参数中图分类号：TG938文献标志码：A文章编号：1007－4414（2016）01－0004－04Impact Ｒesearch on Self－Piercing Ｒiveting Parameters of Half－Hollow Ｒivet onＲiveting Forming Based on the Simufact Forming SimulationZHANG Yu－tong ，LIU Ｒui－jun（School of Car Construction Engineering ，Beihua University ，Jilin Jilin 132013，China ）Abstract ：In this thesis ，taking 1．5mm+1．5mm A6062aluminum as the research object ，the single variable design method is used for parametric combination ，and the infinite element software Simufact forming is used to simulate the process of self－piercing riveting．The influences of the three technological parameters which are the depth of the die ，the die projection height and the punch speed on the half－hollow rivets forming are mainly researched ，the effect trend of the parameters on the geomet-ric characteristics is also studied ，thus it would offer some beneficial reference for further process optimization of half－hollow rivets parameters．Key words ：numerical simulation ；self－piercing riveting ；Simufact forming ；process parameters0引言汽车轻量化实现的有效途径之一是在车身上大量使用铝合金轻质材料，而在汽车上应用铝合金会给连接技术带来难题，近年来，一种能够连接有色轻型金属的自冲铆接技术出现在汽车车身制造上，极大的改善了现有的困难，但其应用还受到一些限制，对它的工艺参数及成形规律的研究，将有很大的指导作用。
冷作自冲铆接工艺参数分析
冷作自冲铆接工艺参数分析作者：郭延刚来源：《中国科技博览》2013年第29期摘要：根据冷作自冲铆接原理并结合自冲铆接的工艺性特点对铆接过程中模具设计与参数选择、铆钉尺寸选择和板材尺寸选择等进行了分析，根据铆接测试结果提出了提高铆接质量的合理参数选择。
关键词：铆接冷作自冲工艺参数中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-076-01一.冷作自冲铆接基本原理自冲铆接用于连接两种或两种以上金属板材的冷连接。
特制铆钉在铆接机的作用下穿透顶层板材之后，下部铆模作用于铆钉尾部的中空结构，使得其扩张刺入底层板材，从而形成牢固的铆接点，自冲铆接的特点是铆钉刺入底层板材而并不刺穿，如图一所示。
根据铆钉的特点，自冲铆接可以分为半空心自冲铆接和实心铆钉自冲铆接，其中半空心自冲铆接由于具有良好的工艺性，在实际生产中比其他铆接形式具有优越性，从而得到了广泛的应用。
由上图可以看出，半空心铆钉自冲铆接工艺类似于金属冲压成型原理，特别是对于几种复合结构的板材铆接，其工艺性参数要求较高：铆接模具设计要合理；铆钉的形状、尺寸和材质性能要合理；铆接板材的材质性能和尺寸要合理等。
本文主要对以上三个方面的工艺参数进行分析。
二.冷作自冲铆接主要工艺参数选择根据自冲铆接原理，为了提高铆接质量和铆接后的外观要求，铆接后的铆钉应完全进入铆接板材。
铆钉头部材料应该压齐于上层板料的上表面，铆钉尾部材料应恰好充满于模具型腔。
按照这种设计原则，将会出现模具、板料组合、铆钉的唯一性，即一种铆接模具对应一种铆钉和一种板料组合。
而在实际应用中，为了提高铆接效率，减少铆接工装的更换，往往是用一种模具，同时铆接两种或两种以上不同型号的铆钉，同时铆接不同厚度组合的铆接板料。
针对这种情况，必须对模具的型腔设计进行一定的圆整，使得其满足上述要求。
1.自冲铆钉尺寸的选择原则铆钉的尺寸包括直径和长度。
一般先确定铆钉直径，然后确定铆钉长度。
自冲铆接技术类型
/technology/
上海途博工业技术有限公司技术研究中心自冲铆接技术类型，很多人不知道自从铆接的技术类型，现在一起来看看吧：
1、半空心自冲铆接技术，半空心铆钉的自冲铆接技术如图3所示，压边圈首先向下运动对铆接材料进行预压紧，防止铆接材料在铆钉的作用力下向凹模内流动，而后冲头向下运动推动铆钉刺穿上层材料。
在凹模与冲头的共同作用下铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状以便锁止铆接材料，达到连接目的。
半空心铆接工艺铆接相同金属材料时，较厚的放在下层;铆接两层不同金属材料时，将塑性好的材料放在下层;铆接金属与非金属材料时，将金属材料放在下层。
在汽车车身制造中，考虑到具体的生产环境、自冲铆接工艺的特点、连接强度以及所应用材料的机械性能等要求，又由于实心铆钉的铆接丁艺有很多自身的局限性，所以在汽车轻量化生产中主要应用半空心铆钉的自冲铆接工艺。
2、实心铆钉自冲铆接技术，腰鼓形实心铆钉自冲铆接工艺，如图1所示，冲头推动实心铆钉一起向下运动，铆钉下部的刃口将铆接材料冲掉并从凹模内落下，铆钉到达凹模后停止运动;随着冲头的继续下行，冲头下端面的凸台对被铆接材料加压，迫使其发生塑性变形而向内做径向流动，使其紧紧包住腰鼓形铆钉，从而形成稳定的锁止状态。
这种铆接工艺只能用于塑性金属与金属间的连接。
另一种实心铆钉自冲铆接技术如图2所示，其铆钉形状并非腰鼓形，但铆钉上有一环形凹槽。
当冲头下行至下死点后挤压铆接材料，下层的被铆接材料受挤压产生径向流动将凹槽的凹压边圈槽充满，而铆钉的上端面则产生“镦头”，而将两层材料铆接在一起。
半空心铆钉的用法
半空心铆钉的用法
一、半空心铆钉的用法
半空心铆钉呀，可有趣啦。
（一）在连接薄金属板方面
薄金属板比较脆弱，如果想要把它们连接起来，半空心铆钉就超级有用。
你就把半空心铆钉穿过两块或者多块薄金属板上预先打好的孔，然后呢，在铆钉的另一头，用工具把它的尾部弄变形，就像给它戴了个小帽子一样，这样就能把金属板紧紧地连接在一起啦。
比如说，在一些简易的金属盒子制作中，用半空心铆钉连接，既简单又牢固。
（二）在皮革制品中的使用
嘿，你要是玩过皮革手工制作就知道。
当我们要把两块皮革连接起来的时候，半空心铆钉可就是个小能手。
先在皮革上打好合适的孔，再把铆钉插进去，之后用专门的工具把铆钉的尾部撑开，就像给皮革穿上了个小纽扣一样，特别酷。
像是制作一些个性的皮革包包或者腰带的时候，半空心铆钉能起到很好的装饰和连接作用。
（三）在木工小物件中的用法
木工活儿里也有它的身影哦。
对于一些比较薄的木板连接，如果不想用钉子或者胶水弄得乱糟糟的，半空心铆钉就派上用场啦。
在木板上钻好孔，把铆钉放进去，然后用工具把它固定好，这样就可以把小木板连接得稳稳当当的。
像做个小的木质首饰盒或者小书
架的隔板连接，半空心铆钉都是不错的选择。
半空心铆钉冲头 加工方法
半空心铆钉冲头加工方法我折腾了好久半空心铆钉冲头加工方法，总算找到点门道。
我一开始是瞎摸索，根本不知道从何下手。
我就想着这冲头应该和其它金属加工有点相似吧，就按照普通冲头的加工方法尝试起来。
我先拿了一块合适的钢材，想着得把大致的形状弄出来吧。
我就用切割机开始切，可这一切就出问题了。
我发现切割的尺寸老是掌握不好，不是长了就是短了，就像切菜的时候想切一根均匀的胡萝卜，结果切得歪歪扭扭的。
这才意识到这种粗略的切割不行。
后来我就去求助了一位老师傅。
老师傅告诉我，对于半空心铆钉冲头，切口很重要，得慢慢打磨。
我听取了他的建议，用锉刀慢慢打磨。
但是这个过程真的很考验耐心，稍微不注意，就打磨偏了。
有一次我打磨的时候分神了，结果冲头的一边就有点斜了，报废了一个材料。
这可把我心疼坏了，毕竟材料也不便宜。
我还试过去用机器精准切割，但是机器的参数设置我老是搞不明白。
我在网上找了很多教程，按照教程一步一步来，可是不同的机器可能还有细微的差别。
比如说那转速的设置，教程上说2000转合适，但我试了之后，发现切割出来的冲头表面很粗糙，后来我就一点一点调整，发现1800转左右对我的这台机器来说刚刚好。
再说到冲头的空心部分加工。
我一开始想着直接挖空不就得了，就用钻孔机开始钻。
但这又出现新问题了，钻的时候很容易就把周围的金属弄变形了。
我这才明白要先确定大的形状，然后再小心翼翼地往中间掏空。
而且这个掏空过程最好分多次进行，就像吃馒头不能一口吞，要一小口一小口咬，每次钻一点，再进行打磨调整。
加工半空心铆钉冲头的时候，测量也是关键。
就得时不时地量一量，无论是长度还是直径，就像做衣服的时候要不断量尺寸一样，偏差一点可能整个冲头就不能用了。
我老是忘记测量，导致做了好几个冲头不符合要求，得时刻提醒自己才行。
另外，对于冲头头部的形状塑造，需要更加精细的打磨。
如果想让它更光滑，可以用砂纸慢慢蹭，从粗砂纸到细砂纸一点点来。
我靠着不断的尝试和犯错才学会这些的，希望我的这些经验能给你点帮助。
半空心台阶铆钉标准
半空心台阶铆钉是一种常用的铆接方法，常用于连接金属零件。
其标准包括以下方面:
材料选择:半空心台阶铆钉通常使用钢或铝等金属材料。
铆接参数:包括铆接压力、铆接温度、铆接时间等参数，需要根据金属材料和零件结构进行合理设置。
铆接工具:半空心台阶铆钉需要使用特殊的铆接机具，如铆钉枪、铆钉锤等。
铆接质量检查:需要进行严格的铆接质量检查，确保铆接接头的强度和密封性能。
总之，半空心台阶铆钉是一种重要的铆接方法，需要按照标准进行操作，以保证铆接接头的质量和可靠性。
半空心自冲铆钉
为了满足使用要求，这种自冲铆接工艺仍然需要注意以下基本原则： 1. 确定不对易碎的板材进行铆接，如玻璃板、脆质塑料板等； 2. 底层板材最好为金属，并具有12%以上的延伸率； 3. 当需将不同厚度、强度的板材铆接在一起时，虽然从技术上讲从任一方向均可
实现铆接，但是一般推荐将较薄、强度较低的板材铆接到较厚、强度较高的 板材上； 4. 为取得最佳铆接效果，底层板材的厚度应超过整个板材组厚度的三分之一； 5. 自冲铆接需要从工件的两面同时施压，需要在上下两面都有适宜的空间保证。 6.半空心铆钉的自冲铆接工艺在铆接两层相同金属材料时，较厚的放在下层； 铆接两层不同金属材料时，将塑性好的材料放在下层；铆接金属与非金属材料时， 将金属材料放在下层
二：钢—铝自冲铆接接头成形性能
结论：钢—铝自冲铆接接头在模钉体积比小 于1.04 左右时，无论是沿径向变化凹模尺寸 还是沿轴向变化凹模尺寸，铆接接头底切量 均随模钉体积比的增加而增加；而当模钉体 积比大于1.04 左右时，凹模径向尺寸的增加 仍然有利于底切量的增加；与此相反，接头 的底切量却随着凹模轴向尺寸的增加而有所 减小。
模钉体积比对接头准静态强度的影响：
模钉体积比对铝—铝铆接接头拉伸强度的影响
首先，当模钉体积比小于 1 时，铆钉腿部将要额外承 受向四周排开板料所需的力，这部分力使得板料更加 紧密地包裹铆钉腿部，因此较小的径向尺寸大大增加 了铆钉腿部排开板料的难度，使其拉伸强度大于轴向 变化凹模尺寸时的接头拉伸强度；其次，当模钉体积 比大于1 时，相同模钉体积比下，径向尺寸的增加比 轴向尺寸的增加更有利于获得较大的铝—铝铆接接头 底切量，但是通过对拉伸试验后的接头破坏形貌进行 观察可知，铆钉铆入板料的深度才是决定接头拉伸强 度较为关键的因素，因此，模钉体积比大于1 时轴向 尺寸的增加要比径向尺寸的增加更有利于接头拉伸强 度的提升。
铆钉检验方法及判定标准
铆钉检验方法及判定标准嘿，咱今儿就来聊聊铆钉检验方法及判定标准这档子事儿！你说这铆钉啊，就像咱生活里那些小小的但又至关重要的角色。
它把各种东西紧紧连接在一起，要是它出了啥岔子，那可不得了！那怎么检验铆钉合不合格呢？先看看外观呗！就跟咱看人先看脸一样，铆钉的表面得光滑平整，不能有啥坑坑洼洼的，也不能有裂缝啥的。
你想想，要是一个铆钉长得歪瓜裂枣的，你能放心让它去承担连接的重任吗？那不是开玩笑嘛！这就好比你找对象，总不能找个满脸麻子还邋里邋遢的吧！再量量尺寸。
铆钉的直径、长度啥的都得符合要求啊，不能大了也不能小了。
这就跟你穿鞋子一样，得合脚才行，大了不跟脚，小了挤得难受。
要是铆钉尺寸不对，那安装起来不是松松垮垮就是根本装不进去，这多闹心啊！然后呢，还得检查铆钉的硬度。
这可关系到它的结实程度呢！要是太软了，稍微用点力就变形了，那还能起到啥连接作用？就好比一根面条去当柱子，能撑得住吗？还有啊，看看铆钉的安装情况。
它得安装牢固，不能摇摇晃晃的。
这就好像盖房子，根基不牢，那房子还不得摇摇欲坠啊！那怎么判定铆钉合格不合格呢？这可得好好说道说道。
如果外观有明显缺陷，那肯定不行啊！这就像一个人脸上有个大疤，谁看了都觉得不舒服。
尺寸不对也不行，那就是个“残次品”。
硬度不够更不行，这不是关键时刻掉链子嘛！安装不牢固，那还不如不用铆钉呢！咱举个例子哈，你想想，如果飞机上的铆钉不合格，那在天上飞着飞着突然出问题了，这得多吓人啊！又或者是大桥上的铆钉有问题，那大桥还能稳稳当当的吗？所以说啊，铆钉检验可不能马虎，这关系到好多人的安全和好多东西的正常使用呢！咱平常可能不太注意这些小小的铆钉，但它们真的很重要。
就像生活中的很多小细节一样，不注意看不出来，可一旦出了问题，那可就麻烦大了。
所以啊，大家都得重视起来，别小看了这铆钉检验方法及判定标准。
总之呢，铆钉虽小，责任重大。
咱可得好好把关，让合格的铆钉发挥它们应有的作用，为我们的生活和各种工程保驾护航！这可不是闹着玩的呀！。
SPR自冲铆接技术研究现状及应用前景
SPR自冲铆接技术研究现状及应用前景吴小丹;王敏;孔谅;王大明【摘要】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.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2016(046)004【总页数】6页(P31-36)【关键词】自冲铆接;汽车车身制造;质量评价【作者】吴小丹;王敏;孔谅;王大明【作者单位】上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室,上海200240;上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室,上海200240;上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室,上海200240;上海拖拉机内燃机有限公司,上海200433【正文语种】中文【中图分类】TG938近年来在汽车制造工业中“轻量化”已成为发展的趋势，车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性等方面都有很大的益处。
实现轻量化的关键在于“多材料结构”的设计，即在车身不同的位置使用不同的材料[1]。
铝合金凭借其低密度、高强度、耐蚀性等性能，得到了汽车制造商的青睐，并在车身设计制造中得到了广泛的应用。
铝合金能否快速应用于汽车行业很大程度上取决于铝连接工艺的发展，特别是关于铝钢异种材料的连接工艺。
SPR自冲铆接工艺克服了传统铆接工艺外观差、效率低、工艺复杂等缺点，实现冲、铆一次完成，连接过程不破坏板材的镀层，为汽车车身的连接开辟了新途径[2]。
目前，SPR技术已成为欧美高端车型制造中的关键连接技术之一，并且成熟应用于宝马、奥迪、沃尔沃和美洲虎等汽车的铝钢混合车身连接中，其中美洲虎铝制车身连接中SPR铆钉的使用已达3 000多个。
为了使SPR工艺得到更广泛的应用，在此针对已有的国内外SPR工艺技术的研究现状进行归纳、总结，提出未来SPR工艺研究发展的重点趋势。
基于数值模拟的半空心铆钉自冲铆接工艺研究的开题报告
基于数值模拟的半空心铆钉自冲铆接工艺研究的开题报告一、选题背景及意义铆接是一种传统的机械连接方法，主要用于各种工业设备、汽车、航空航天和建筑工程等领域的组装和修理。
为了提高产品的质量和效率，半空心铆钉自冲铆接工艺已成为铆接中的一种先进技术。
半空心铆钉自冲铆接工艺可以大大优化传统铆接工艺中的一些问题，例如热损伤、粗糙度、表面性能和连接性能等。
同时，该技术可以提高产品的可靠性和寿命，提高使用效率和安全性。
因此，研究半空心铆钉自冲铆接工艺具有重要的实际意义和工业应用价值。
二、研究目的本文旨在开展半空心铆钉自冲铆接工艺的数值模拟研究，探究工艺参数对铆接质量的影响，并分析不同铆接质量下的力学性能和腐蚀性能。
研究结果可为该技术的优化和推广提供有力的理论依据。
三、研究内容1. 研究铆钉、板材和成型模具的材料参数及工艺数据，进行模型建立；2. 建立半空心铆钉自冲铆接的数值模拟模型；3. 分析半空心铆钉自冲铆接工艺参数对铆接质量的影响，包括铆钉直径、板厚、冲孔直径、缺口长度和压缩力等；4. 评估不同铆接质量下的力学性能和腐蚀性能，并与传统铆接工艺进行对比分析；5. 提出优化半空心铆钉自冲铆接工艺的建议。
四、研究方法本研究采用有限元模拟方法对半空心铆钉自冲铆接工艺进行数值模拟研究。
主要步骤包括：建立模型、设置边界条件、选择材料参数、分析工艺参数对质量的影响、评估铆接质量和力学性能、提出工艺优化建议等。
五、预期结果通过数值模拟研究，本文预计得到以下结果：1. 建立半空心铆钉自冲铆接的数值模拟模型；2. 分析不同工艺参数对铆接质量的影响；3. 评估不同铆接质量下的力学性能和腐蚀性能；4. 提出优化半空心铆钉自冲铆接工艺的建议。
六、研究意义本文的主要意义在于：1. 对半空心铆钉自冲铆接工艺进行深入研究，为工程领域提供新的精准铆接解决方案，有助于提高产品质量和使用寿命；2. 进一步完善并推广工艺技术的应用，推动中国金属加工行业的创新发展；3. 为相关企业提供有价值的技术支持，拓展市场竞争优势。
半空心铆钉标准
半空心铆钉标准嘿，朋友们！今天咱来聊聊半空心铆钉这个小家伙。
你可别小瞧它，它就像一个默默工作的小英雄，在很多地方都发挥着大作用呢！半空心铆钉啊，就像是一个小巧玲珑却又无比坚固的连接神器。
想象一下，它就像是一个小魔术贴，把两个东西紧紧地粘在一起，而且还特别牢固，轻易不会松开。
在我们的日常生活中，到处都能看到半空心铆钉的身影。
比如说你每天坐的椅子，说不定就是靠半空心铆钉把各个部件连接起来的呢。
还有那些你经常使用的工具、电器等等，说不定里面都有半空心铆钉在默默奉献着。
它的安装过程也挺有意思的。
就好像是给两个东西举行一个小小的仪式，让它们从此成为一个整体。
工人师傅们拿着工具，小心翼翼地把半空心铆钉放进去，然后一锤子下去，“啪”的一声，就大功告成啦！这声音，听起来是不是特别有成就感？半空心铆钉的种类也是五花八门的。
有大有小，有长有短，就像我们人一样，各有各的特点。
不同的场合需要不同的半空心铆钉，这可真是一门大学问呢！要是选错了，那可就麻烦啦，就好比你穿错了鞋子去跑步，肯定会不舒服的呀。
而且哦，半空心铆钉的质量那可是至关重要的。
要是质量不好，那用不了多久就会出问题，这可不行！就像你买了一双质量差的鞋子，没走几步路就坏了，多闹心啊。
所以在选择半空心铆钉的时候，一定要瞪大双眼，好好挑选，可不能马虎。
咱再说说它的耐用性。
一个好的半空心铆钉，那是能经受住时间考验的。
不管是风吹雨打，还是各种折腾，它都能坚守岗位，不离不弃。
这难道不值得我们为它点个赞吗？你说这半空心铆钉是不是很神奇？它虽然小小的，却有着大大的能量。
它在我们看不到的地方，默默地为我们的生活提供着便利和保障。
所以啊，我们可不能小看了这些小小的零部件。
它们就像是一个个小螺丝钉，虽然不起眼，但却是整个机器能够正常运转的关键。
下次你再看到那些用半空心铆钉连接起来的东西时，不妨多留意一下，感受一下这个小英雄的魅力吧！这就是半空心铆钉，一个看似平凡却又不可或缺的存在！。
自冲铆接工艺的研究及改进措施
【doc】自冲铆接工艺的研究及改进措施自冲铆接工艺的研究及改进措施第21卷第5期2005年10月天津理工大学JOURNALOFTIANJINUNIVERSITYOF~OLOGYV01.21No.5Oct.20o5文章编号:1673—095X(2005)05—0061—04自冲铆接工艺的研究及改进措施李晓静,李双义,张连洪,毕大森,张健(1.天津大学机械工程学院,天津300072;2.天津理工大学材料工程学院,天津300191)摘要:采用3种不同尺寸的半空心铆钉,对4种不同材质,不同厚度的板料进行了自冲铆接试验;提供了铆接过程中的力一行程试验曲线和铆接的单位成形力,并进行了分析;展示出铆接试验结果;在分析影响铆接质量的诸因素的基础上,对铆钉和凹模的设计提出了量化指标和改进方案.关键词:连接工艺;自冲铆接;汽车轻量化中图分类号:TG4文献标识码:AStudyoftechnologyofself-piercingrivetingandimprovedapproachLIXiao—jing,LIShuang—yi,ZHANGLian—hong,BIDa—sen2,ZHANGJian2(1.SchoolofMechanicalEngineering,TiinUniversity,Tiin300072,China;2.SchoolofMaterialEngineering,TianjinUniversityofTechnology,Tiain300 191,China)Abstract:Thispaperdescribesself-piercingrivetingtestscarriedoutwithhalf-hollowrivetSofthreespecificationswithfourkindsofplatesofdifferentmaterialsandthicknesses.l’]aeload—strokecurvesandunitrivetingforceinrivetingwereobtainedandanalyzed.Experimentalresultswerepresented.Onthebasisofanalysingfactorseffecti ngonqualityofriveting,quantizedstandardandbeingimprovedschemesregardingthedesignofrivetsanddiewereprospected.Keywords:joiningtechnology;self-piercingrivetedjoints;lightweightofearbody随着汽车工业的发展,对汽车经济性要求越来越高,从而使汽车制造商更加重视车身总成的轻量化和连接的高质量,并寻求减少车身重量的办法,其中之一就是使用轻型材料,如铝,塑料等原料.迄今为止,点焊(电阻焊)是连接钢板车身结构的主要方法,但是对于黑金属与有色金属的连接,有色金属(如薄铝板)之间的连接,金属与非金属的连接,非金属之间的连接,点焊就很困难或无能为力了_1一.大批量生产的汽车,在车身零件粘接,焊接,铆接等连接中,为了连接不能进行点焊和难于进行点焊的材料,铆接特别是自冲铆接,越来越受到重视和青睐. 但对自冲铆接的研究我国目前尚处于空白.自冲铆接是一个在板料和铆钉之间形成连接而不需要预冲孑L的新工艺.使用的半空心或实心铆钉先作为冲孑L的冲头,而后与被铆接板料一起进行塑性变形以达到连接的目的L2~.自冲铆接有几种工艺类收稿日期:2005—01—10.第一作者:李晓静(1971一),女,硕士.通讯作者:李双义(1945一),男,教授,硕士生导师型E3一,其中,半空心铆钉自冲铆接工艺的铆接过程如下:首先压边圈和凹模用预紧力将板料夹紧,而后半空心铆钉被冲头压下,铆钉充当冲头作用穿透上层板料,同时进入下层板料,随着下层板料流入凹模,铆钉与下层板料一起扩张并产生塑性变形,在两板料问形成一个机械互锁机构,从而完成连接.1半空心铆钉自冲铆接试验1.1试验准备1)铆钉形状和尺寸的确定:参考国外自冲铆钉标准_3_3,作为工艺试验,尽量选择较简单的铆钉外形. 铆钉头部为平顶倒圆台,且所有铆钉头直径相同,以便于试验时定位对中,其形状,尺寸见图1.2)凹模设计尺寸见图2,材质为Crl2,硬度为62[4]. HRC58—3)按照尺寸,对铆钉和模具均采用机加工.?62?天津理工大学第2l卷第5期制作材料:35号钢硬度HHq54—56图l铆钉规格Fig.1Rivetspecifications图2凹模尺寸ng.2Diedlmensiotm4)试验方案的制定:经过对铆钉规格,凹模尺寸和将要进行铆接的材质及料厚等参数的分析,制订了试验方案.铆钉的规格有M1,M2和M33种,铆接板料有4种组合,见表1.原则上铆接较厚的板料需要较大的铆钉尺寸,相应的凹模尺寸也较大,而铆接板料较薄时正好相反.表l试验方案Tab.1Experimentalscheme5)试验模具:试验模具除了凹模外,还有冲头和压边圈,其闭合状态见图3.将冲头固定在上模部分, 凹模固定在下模部分,压边圈固定在下模座上,压边圈的作用一方面压紧板料,避免板料产生翘曲,同时还容纳铆钉,使其放正.使用标准模座,利用导柱导套对中.6)试验装置及数据采集:试验在WE一30型万能试验机上进行.采用自行设计和制作的数据采集系统E5,其中包括通用微机,传感器,信号调理器一A/D转换卡(测试卡)等硬件和测试系统软件组成.传感器输出的电压信号,经信号调理器放大,滤波后,由A/D转换为数字量;经计算机得到试验中载荷数据,并对试验数据自动处理.试验机微机测试系统的原理和组成如图4.图3模具工作部分g.3Diessetupforexperiments信模号数调转理换图4数据采集系统框图Fig.4Dataacquisitingsystemforrivetingload1.2空心铆钉自冲铆接试验1)试验的进行:将试验模具安装在试验机上,确保对中.试验时,先使板料置于压料板的下面,然后施加足够的压边力;选择相应规格的铆钉,平正放人压料板中心孔内;而后运行压力机进行成形,操作中需使滑块的运动速度尽量均匀,直到铆钉上端面与上层铆接板料铆平为止.计算机将数据采集结果显示为”时间——载荷”曲线;事先需人工设定”载荷比例” 及”采样比例”.载荷比例表示曲线纵坐标的比例,一般用预想的最大载荷值进行换算而设定,以保证采集到的曲线不会超出坐标范围.”采样比例”表示曲线的横坐标比例,同样为了便于观测,通过压力机的行程速度来设定合适的采样比例值.以上两个参数值的设定将利用试做确定之.显然,最后所采集到的数据为随着时间变化的载荷值.根据不同的采样比例,每个试验样本最后采集的数据至少为250个.2)数据的整理及曲线绘制:通过观察所采集的试验数据,试验之初由于消除间隙和摩擦等因素所致,有数据的波动,这些波动数据可略去不计.将载荷值开始稳步提高的第一个点作为统计的第一个点.当冲头行至终点时,为最大载荷值,此后所采集载荷数据也略去不计.由此可得到每个试验样本数据的统计数据,称为”有效点”.每个试验样本数据有效点个数不同.然后在有效点的范围内选取一定个数的点进行筛选.为便于比较,每一组试验所选取的数据20【)5年l0月李晓静,等:自冲铆接工艺的研究及改进措施?63? 点个数相同.将筛选后的数据分组编号,并将横坐标的时间数据折合成为行程数值(III1TI).利用MATLAB软件进行数据处理,将同组试验的行程一载荷曲线图列于同一图上以便于比较.由图中可以清晰地看到,在相同的凹模规格,铆钉规格和板料规格下,载荷的变化很有规律.同时可利用此程序得到每种试验的行程一载荷曲线,下面只选取试验方案的第一组试验曲线,见图5.图中的横坐标均为行程(ram),纵坐标均为载荷(kN). Z逗罐9钉’总行程:7inillf.均为1I?n铝+2I?1l铝l///,/2确.’#q图5第1组试验曲线Fig.5Load—strokecurvesofNo.12试验结果及分析2.1铆接力将测试记录的数据整理见表2.表中,铆接的最大单位压力P=P/(~d3/4),d3为铆钉腿外部直径,P为铆钉腿部(并非头部)承受的最大单位铆接力,P为最大铆接力.表2冲裁力和铆接力Tab.2Punchingforceandrivetingforce2.2铆接效果对铆接后试件用线切割沿子午面剖分,其结果见图6至图8.对表1的试验方案逐次观察其铆接效果,由此看出:1)0.4III1TI黄铜+1III1TI铝由于下层板料厚度过薄,而相应所采用的铆钉过长,而将两层板料均穿透, 导致铆接失效.2)1III1TI铝+2III1TI铝及2III1TI铝+2III1TI铝认真观察可发现,虽然铆接上了,铆接后凹模形腔并没有完全被充满;而且,包容变形后铆钉的下层板料的厚度太薄,甚至有的接近被穿透的状态.3)仔细观察图6可发现,在铆钉头部和腿部过渡区,外层金属与铆钉之间存在间隙.图6lInln铝+2Inln铝Fig.61InlnAL+2InlnAL图70.4Inln黄铜+2Inln铝Fig.70.4InlnCu+2InlnAL图82Inln铝+2Inln铝Fig.82InlnAL+2InlnAL2.3试验结果的分析2.3.1关于变形力由试验曲线可明显看出铆接过程有两个阶段:?铆钉穿透上层板料以冲裁为主的阶段;?铆钉进入下层板料并随下层板料一起扩张的扩张阶段.冲裁阶段所需要的力不大,扩张阶段所需成形力显着上升.2.3.2对铆接后形状的分析1)铆钉的长度与板料厚度应有良好的匹配.过长时容易全部穿透,过短时,铆钉和下面板料变形量不足同样使铆接失效.2)铆钉的头部尺寸过大.致使头部进入被铆接板料过多,使铆钉的腿部下移,有可能穿透下层板料, 至少会使下层板料包容变形后铆钉的厚度太薄,影响铆接的连接强度.3)铆钉的腿部尺寸偏小.完好的铆接后的铆钉形状应类似于”倒置高脚杯”,即变形后铆钉的逐渐扩张的侧壁应长一些,而后在最下部分开为八字状,而该结果类似于”倒置高脚碟”形状.4)影响铆接质量的主要因素是:铆钉尺寸,材质(机械性能),凹模的尺寸,形状,被铆接板料的材质(性能),料厚及其组合等.要得到良好的铆接质量, ?64?天津理工大学第2l卷第5期上述各参数之间应有良好的匹配关系.5)铆钉硬度也是一个重要的特征.铆钉必须有足够的硬度来穿透上层板料,同时也要有足够的塑性与底层板料一起向外扩张.若硬度太低,铆钉在冲裁过程中可能被”压塌”而无法进行后续的扩张;若硬度太高,将延迟”扩张阶段”,使底层板料包围铆钉的料厚太小甚至穿透底层板料,或者铆钉尾部在扩张时破裂(为此,我们曾做过多次不同温度的回火试验),或者扩张程度不够而影响铆接的连接质量.被充满.设计凹模时,凹模尺寸应使型腔体积与铆钉的体积相同或略大,铆接终止时使凹模处于”礅满”状态,以避免某些角部出现间隙(欠充满)问题,以确保铆接质量.3.3铆接板料的放置位置铆接两层不同板料时,应将塑性好的材料放在下层;铆接三层以上板料时,应将塑性好的放在中间;铆接相同材料而厚度不同的板料时,应将较厚的板料放在下层,较薄的板料放在上层.3改进措施4结论3.1铆钉的形状针对试验结果及其分析,对铆钉的形状应加以改进,减少头部直径及厚度.头部直径一般比杆直径大2,3nm】,而头部的厚度应在0.5,1n】n1,以铆住上层板料为宜.铆钉腿部长度很重要,它与被铆板料厚度有直接关系,其长度随着被铆接板料厚度的增加而增加.根据对现有的国外铆接图片分析,铆钉总长度应比被铆接板料的总厚度大2—2.5mxn为宜.腿部直径与被铆接板料的总厚度有关,铆钉腿部直径应比被铆接板料的总厚度大1,2nm.在实际生产中铆钉表面要有涂层或镀层,以达到抗腐蚀要求和外观要求.如果铆接板料总厚度为4.5一,本文建议使用图9所示的铆钉尺寸.图9改进后的铆钉尺寸Hg.9Improvedrivetdimensions3.2凹模的尺寸对于凹模的尺寸,已有一些国外文献的报道,本文的图3就是参考国外文献设计的.值得提出的是, 凹模中间的凸台尺寸更为重要些,凹模的口径应是在铆钉腿部直径的基础上,增加下层板料两倍的厚度值.凹模的深度将决定铆接后下面突出高度,应使铆接后的突出高度为1,1.5倍的下层板料的厚度值.若想使铆接后板料均匀地包紧铆钉,凹模型腔应1)通过初步试验证明,半空心自冲铆接工艺是切实可行的.2)由试验得出了半空心铆钉自冲铆接工艺所需要的最大单位铆接力,为自冲铆接机的设计提供了依据.3)半空心铆钉自冲铆接工艺,属于多种复合材料的塑性变形,从工艺原理上并不复杂,类似”钉书机” 的原理;而寻求各种变形材料(包括铆钉和被铆接的多层板料)的性能匹配,形状匹配,尺寸匹配等,尚需要做大量的试验和计算机模拟工作,本文的工作仅是一个初步探索.4)提出了铆钉,凹模尺寸设计的原则,量化指标和改进方案.5)自冲铆接工艺可用于不同材料之间的铆接,是除点焊工艺之外的行之有效的连接方法,在汽车车身轻量化发展中有良好的应用前景.自冲铆钉的制造(如采用冷镦工艺),自冲铆接机的设计和商品化等必须配套,才能真正应用于生产实际中.参考文献:l1LiebrechtF,BraunlingS.Self-piercingrivetedjointsandre—sistancespotweldedjointsinsteelandal~um[J].Intema—tionalBodyEngineeringConferenceDetroit,2002,10:3—5.2JMao~ngFu,MalliekPK.Fatigueofself-piercingrivetedjoints inaluminumalloy6111[J].InternationalJournalofFatigue, 2003.25:183—189.[3]刘瑞军,李双义,张连洪,等.自冲铆接技术在汽车车身轻量化中的应用[J].汽车技术,2004,11:33—36.4MaofengFu,MalliekPK.Effectofprocessvariablesonthe staticandfatiguepmportiesofself-piercingrivetedjointsina—lumimmalloy5754[J.SocietyofAutomotiveEngineers,2001,2:1—13.5李双义,韩熙明,张连洪.材料试验机的微测控系统[J].自动化与仪表,1994,9(5):150—153.。
压接技术和自穿刺铆接
压接技术和自穿刺铆接
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C.PEM 2000系列压力机
2000系列压力机为71.2千牛 /16000磅自动化压力机系统，有三种 类型：手动，自动化，以及电子控制的 TRU-MOTION压力机，现今市场上独 一无二的移动—控制的压力机系统标准 线，2000系统具有从手动到完全自动 化性能及立式集成系统，用于安装自扣 紧固件，2000系列的压力机系统应用 了电子技术中的可编程逻辑控制以及屏
钉之后还要配以适合于客户实际应用情况的铆接设备。选择铆钉时
一般需要考虑下述要点：
典型应用特征
实例
板材类型
铝板，钢板，塑料板或复 合材料
较低硬度材质
冷卷钢板或铝板
中等硬度材质
热卷钢板，挤压板材或铸 造板材
低延伸率材质
中碳钢，有色合金或塑料 板
高延伸率材质
压接技术和H自S穿L刺A铆钢接或DP & TRIP钢
压接技术和自穿刺铆接
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凸焊式压铆螺母WN
焊接式压铆螺母用于焊接在板材上，它也要预先在板材上 开孔以便于定位。 WN（钢）型压铆螺母 WNS（不锈钢）型压铆螺母
压接技术和自穿刺铆接
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压接技术和自穿刺铆接
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• 压铆工具分类
• 便捷式压铆铆接工具 • 模块化压铆铆接设备
- 剪切、剥离和疲劳强度试验； - 标识位置或用于机械停止； - 受力很大的表面； - 后续工艺的需要。
沉头铆钉 铆接点头部一侧非常平整；
半空心铆钉自冲铆接的研究进展
半空心铆钉自冲铆接的研究进展赵新华; 姬琳辉; 孟宪明; 刘凉; 吴昊【期刊名称】《《新技术新工艺》》【年(卷),期】2019(000)010【总页数】6页(P1-6)【关键词】半空心铆钉; 自冲铆接; 铆钉和凹模; 工艺参数; 数值模拟; 质量评价【作者】赵新华; 姬琳辉; 孟宪明; 刘凉; 吴昊【作者单位】天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室机电工程国家级实验教学示范中心天津 300384; 中国汽车技术研究中心有限公司汽车工程研究院天津 300300【正文语种】中文【中图分类】TG938自冲铆接是一种冷成型技术，可以用于连接同种或异种、两层或多层材料。
半空心铆钉在冲头的带动下，刺穿上层板，进入到下层板，在冲头和凹模的共同作用下，与板料一起发生变形并与板料形成自锁结构[1-5]。
与传统的铆接过程不同，半空心铆钉自冲铆接不需要预打孔，铆接周期较短，约为1～4 s。
自冲铆接的工艺过程包括4个阶段[6-11]，具体如图1所示。
图1 自冲铆接的工艺过程自冲铆接越来越多地被应用于轻量化材料的连接，与连接的强度和可靠性有着必然的联系。
通过对比点焊、冲压、传统铆接和自冲铆接等连接方式的接头的力学性能，得出自冲铆接头的疲劳寿命比点焊长1倍[12]；薄铝板的自冲铆接头强度优于电阻点焊[13]；铝板-铝板的连接，采用自冲铆连接的接头具有最大失效载荷和位移[14]。
许竞楠等[15]得出自冲铆接头的抗剪切强度高于冲压连接的原因与晶粒的组织有关。
由铆接的工艺过程可知，铆钉、凹模、板料、压边圈和冲头的参数直接决定了自冲铆接的质量。
因此，国内外学者对自冲铆接的工艺参数与接头质量的关系做了大量的研究，研究内容主要分为如下4个方面：铆钉尺寸和凹模尺寸、铆接核心参数优化、铆接过程的数值模拟、铆接接头的质量评价。
1 铆钉尺寸和凹模尺寸铆钉尺寸和凹模尺寸作为最主要的参数之一，引起了大量学者的关注。
1.1 铆钉尺寸万淑敏提出选择铆钉尺寸的原则，并提出了设计铆钉结构7个参数的方法和原则。