带法兰管状铆钉铆接机理研究

本课题是在前一基金项目基础上，对自冲铆接和传统铆接的进一步突破，提出带法兰管状铆钉铆接方法，该方法可以解决普通管状铆钉铆接上下定位不准和铆斜问题，提高铆接强度。着重对带法兰管状铆钉铆接过程进行数值模拟和实验研究，分析铆接过程中铆钉的变形状态、金属流动规律、应力应变规律，得到铆钉材料、铆钉两端倒角、铆钉壁厚、法兰形状、位置及尺寸、上下层板料材料、厚度等工艺参数与铆接剖面形状之间的关系；研究铆接件剖面形状与静强度和疲劳强度之间的关系；采用正交设计和工艺试验相结合的方法，对各种参数进行优化，得到铆接强度最高、剖面形状最佳时的铆接工艺参数，并确定其设计原则，为带法兰管状铆钉铆接的设计与制造提供理论根据。该连接方法可用于汽车、火车、飞机等板料连接中。本课题的完成为难以焊接金属及不同种类金属之间提供一种新的连接方法，对发展和拓宽新的板料连接技术具有重要的学术价值和实践意义。

本项目研究了一种新的机械变形连接方法—带法兰管状铆钉自冲铆接。将带法兰管状铆钉放置在上下两块板料之间，在冲头上施加作用力，铆钉两端同时并分别刺穿上下两层板料，在下模与冲头的共同作用下，带法兰管状铆钉两端在上、下两层金属中张开形成机械互锁机构，避免了铆接过程中上、下定位不准和铆斜的问题。. 利用DEFORM有限元软件建立带法兰管状铆钉自冲铆接有限元模型，对铆接过程进行有限元数值模拟。在有限元分析中，解决网格重划问题，由于铆钉穿刺上、下层板料，选择合理的断裂损伤模型，提高了数值模拟的精度。分析带法兰管状铆钉自冲铆接过程，应力应变变化规律，行程-载荷曲线变化趋势。. 设计加工了各种参数的带法兰管状铆钉，按照正交试验表进行铆接和拉伸试验，研究铆钉各个参数对搭接、对接和十字搭接三种连接方式的铆接件接头静强度的影响。铆接件的参数包括铆钉高度、铆钉端面角度、铆钉内径、法兰形状、铆钉材料和板料材料等。铆钉高度约等于两层板料厚度之和，铆钉端面角度为45°时，铆钉在铆接过程中，能够发生适度扩张变形，接头静强度较高，铆接接头效果较好。. 对螺栓连接件与实心铆钉铆接件进行板料搭接及对接结构拉伸强度测试，结果表明：螺栓连接件的抗剪强度略大于实心铆钉铆接件的抗剪强度，螺栓连接件的抗剥离强度明显大于实心铆钉铆接件的抗剥离强度。. 对于钢板与钢板的连接，电阻点焊接头静强度优于自冲铆接和无铆钉铆接；对于铝板与铝板的连接，自冲铆接接头静强度优于电阻点焊和无铆钉铆接。对于不同连接工艺，钢板与钢板之间的连接强度约是铝板与铝板之间的同种连接的2到4倍。. 对管状铆钉自冲铆接进行了数值模拟和实验研究。研究了管状铆钉高度、铆钉端面角度等参数对铆接件的剖面及强度影响。