无铆钉铆接工艺参数模拟及分析（一）

随着机械工业的发展，机械产品的劳动生产效率及经济性得到越来越高的关注，机械产品也要求可靠及生产的高效、快捷、可实现自动化等等。板料连接也不例外，实现机械化、自动化也很有现实及长远意义。无铆钉铆接与普通铆接相比有不需要预钻孔和方便快捷的优点[1]-[10]。图（1）为钢板间无铆钉铆接试验得到的铆接剖面图。

图1 无铆钉铆接剖面图

无铆钉铆接的原理为：被连接的上板料、下板料放在凹模上，由压板（压边圈）压紧。凸模向下运动压入上、下板料中， 持续向下压入使材料充满凹模的型腔， 并且使两连接板料之间形成相互嵌合的结构关系，从而达到机械互锁连接的目的[7]。

1 凹模深度的影响

对凸台高度分别为h=1.45mm和h=1.75mm两种凹模如图2所示，进行铆接2mm钢（AISI-1015）+2mm钢（AISI-1015）铆接过程模拟，模拟结果和行程-载荷曲线分别见图3、4所示。无铆钉铆接的实际应用时对无铆钉铆接铆接的工艺性及铆接接头性能的评估，目前主要依靠观察无铆钉铆接接头的颈部厚度、接头镶嵌量等工艺参数和分析铆接的载荷-行程曲线（此可以评估无铆钉铆接的工艺性）来进行，所以分析凹模深度对接头性能的影响从这三方面去考虑。

图2 两种不同程度的凹模

图3 不同凹模深度模拟结果

图4 不同凹模高度t的凸模行程-载荷曲线

从图3可以看出，凹模深度的减小有利于铆接接头颈部厚度的增加，这就有利于铆接接头抗剪切能力的提高，但是在凹模深度减小的同时上板料、下板料间的镶嵌量也减小了，这就很容易导致铆接接头的抗轴向拉脱能力和抗剥离能力的下降，上板料嵌入下板料的镶嵌量是无铆钉铆接铆接接头制锁能力的一个重要标志。要以铆接接点的受载具体情况为重要考虑因素来考虑、权衡凹模深度的大小。从图3（a）、4（a）可以看出在凹模的深度较浅时，由于下板料较先接触到凹模的底部，故模具受到的力较快出现较大的值。如果在凹模深浅不一样且凸模的行程一样时，凹模浅的铆接会较快充满凹模，这样在铆接终了时刻，模具的受力会较大。且如果行程一致，较深的凹模可能未充满，那么模具的终了时刻受力将较小。那么为了较深的凹模能被充满，要求采用深凹模时的凸模的行程要大一些。综上可知，凹模深度适当增大时，凹模底角部的环形凹槽的凹入的体积量一般会较大，有利于上板料嵌入下板料的嵌入量增大。凹模浅一点的话铆接点颈部厚度较大，而镶嵌量不足，凹模深了的话铆接点颈部厚度较小，甚至在铆接点颈部断裂，适当的凹模深度可以提高镶嵌量（因为有利于板料金属充分流动），而且不会导致铆接接头颈部过薄。铆接接头颈部厚度和镶嵌量越大，铆接接头的质量越好，但往往两个值都增大是较困难的，设计凹模时要根据铆接接点的工作载荷情况来综合考虑，要同时兼顾铆接接点的颈部厚度和铆接接点的镶嵌量来设计凹模深度，以达到铆接接点综合力学性能的提高。

2 板料的影响

无铆钉铆接既可以连接钢板，也可以连接铝板，以及其它金属板料，如铜板。上、下板料的材料对铆接接头的综合力学性能有很大的影响。在模拟中，图5（a）钢板的连接中上、下板料为厚度为2mm的AISI-1025，图（b）铝板连接板料为厚度为2mm，上、下板料为AL-1100。模拟铆接的结果如图5所示。

图5 不同铆钉材料的模拟结果

未完待续…..

详情www.rivetgun.net电话15021717176徐先生

参考文献

[1] 匡锡红.一种新型板件冲压连接技术及应用.雷达与对抗[J]，2001.Vol 3：72-76.

[2] M. Carboni ， S. Beretta， M. Monno ，Fatigue behaviour of tensile-shear loaded clinched joints[j]. Engineering Fracture Mechanics ;2006.Vol73：178–190

[3] TOX Co. TOX板件冲压连接技术[J]，MC现代零部件，2006 Vol 9：70-71

[4] K. Taube.Carbon-based coatings for dry sheet-metal working[J]. Surface and Coatings Technology 1998 Vol 98：976-984

[5] 王劲青，魏兵，王为，夏明安，薄板冲压无铆钉连接技术[J].湖北工学院学报，2003.10 Vol 18（5）1-2

[6] 夏华，陈善民，黄虹，胡亚民，李新龙，铆接新技术及其现状[J].现代制造工程，2004 Vol1：101-103

[7] 黄志超.板料连接技术进展[J].锻压技术，2006（4），119-122

[8] 黄志超，占金青，陈伟.半空心铆钉自冲铆接工艺过程的数值模拟[J].锻压技术，2007，Vol.32： 54-57

[9] 刘亚丽。无铆钉连接技术研究及有限元模拟[D]：[硕士学位论文].南京：南京航空航天大学机电学院，2005.

[10] Fu. Maofeng， P. K. Mallick. Effect of process variables on the static and fatigue properties of self-piercing riveted joints in aluminum alloy 5754 [C]. SAE Technical Paper Series， 2001： 825-838.

来源：铆接交流社区