自沖鉚接技術(shù)昆明理工大學(xué)制造技術(shù)研究所何XX教授思考題一.論述自沖鉚接技術(shù)在綠色設(shè)計(jì)制造中的重要作用，舉

例說(shuō)明自沖鉚接的應(yīng)用領(lǐng)域。二.簡(jiǎn)述自沖鉚接的工藝過(guò)程。三.簡(jiǎn)述自沖鉚接的在線監(jiān)控過(guò)程及質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)。2.1：自沖鉚接原理2.2：自沖鉚接設(shè)備2.3：自沖鉚接質(zhì)量在線監(jiān)控2.4：自沖鉚接過(guò)程數(shù)值模擬2.5：自沖鉚接頭靜力學(xué)性能2.6：自沖鉚接微振疲勞性能2.7：自沖鉚接頭動(dòng)態(tài)性能

2.1.1：自沖鉚接分類

自沖鉚接實(shí)心鉚釘連接腰鼓形鉚釘連接圓柱形鉚釘連接半空心鉚釘連接

2.1.2：半空心鉚釘自沖鉚接的成形過(guò)程用四個(gè)階段來(lái)描述：①夾緊：平頭沖壓機(jī)壓緊鉚釘?shù)缴习灞砻?，使板材貼緊模具；②刺穿：沖壓機(jī)推動(dòng)鉚釘刺穿上板并進(jìn)入底板；③擴(kuò)張：底層板材材料流入模具且鉚釘管腿張開，在基板中形成一個(gè)機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)④釋放：當(dāng)沖壓機(jī)達(dá)到預(yù)定沖壓力值時(shí)，停止并返回。

昆明理工大學(xué)創(chuàng)新制造技術(shù)研究所電動(dòng)伺服自沖鉚接系統(tǒng)（德國(guó)制造）

2.3:自沖鉚接過(guò)程質(zhì)量在線監(jiān)控2.3.1：自沖鉚接過(guò)程質(zhì)量在線監(jiān)控原理

自沖鉚接過(guò)程質(zhì)量在線監(jiān)控通過(guò)下圖所示載荷位移曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3.2.2：自沖鉚接過(guò)程質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)時(shí)顯示連接過(guò)程-力、位移曲線實(shí)時(shí)顯示可以程序化定制的曲線3G硬盤存儲(chǔ)器以太網(wǎng)接口

MSWindows系統(tǒng)

2.3.3：自沖鉚接過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)(釘頭高度、殘余底厚、釘腳張開度)

圖示自沖鉚連接過(guò)程數(shù)值模擬

2.4.2:自沖鉚接過(guò)程材料變形流向分析

分析自沖鉚4個(gè)階段的位移流向過(guò)程，見圖所示。第一個(gè)階段，鉚釘未與板材發(fā)生作用，板材在自由狀態(tài)下維持原態(tài)，沒有發(fā)生流動(dòng)。第二個(gè)階段，鉚釘刺入上板，上板中與鉚釘接觸的部位材料的流向趨于裂口兩側(cè)，隨著遠(yuǎn)離裂口的部位，流動(dòng)趨于減小。并且壓邊圈和下板之間的上板材中出現(xiàn)漩渦狀的流動(dòng)，是鉚釘和下板相反狀態(tài)力作用的結(jié)果；同時(shí)受到上板的壓力，下板雖未接觸到鉚釘，但是材料也發(fā)生流動(dòng)，流向類似于上板中的情況，在壓邊圈附近由于壓邊圈的反作用力，出現(xiàn)弧形流動(dòng)。第三個(gè)階段，此時(shí)上板被刺穿，鉚釘接觸到下板。上板斷裂處及下板與鉚釘接觸的部位流動(dòng)幅度增強(qiáng)，下板中心部位也開始發(fā)生流動(dòng)，流向趨于充滿凹模，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趨勢(shì)。

第四個(gè)階段，鉚接成形，鉚釘腿周邊的板材材料沿著鉚釘行程的方向流動(dòng)，同時(shí)下板與鉚釘尾部接觸的部位材料流向趨于水平，此部位的兩側(cè)下板材料流向明顯，并且上下板接觸部位的中心位置的流向也趨于變形方向。通過(guò)以上分析，可以發(fā)現(xiàn)在整個(gè)自沖鉚過(guò)程中在上下板中材料內(nèi)部發(fā)生流動(dòng)，遠(yuǎn)離變形部位的流動(dòng)逐漸減弱甚至沒有發(fā)生，其流向取決于受到的外部載荷，正是這些材料內(nèi)部的流動(dòng)才實(shí)現(xiàn)了整個(gè)接頭宏觀的塑性變形。并且最終成形接頭材料流動(dòng)最厲害的是鉚釘頭與上板接觸部位和鉚釘管腿與下板接觸部位，可見這兩處為接頭危險(xiǎn)部位。

自沖鉚接頭截面微觀結(jié)構(gòu)

(a)平底凹模模型(b)凸臺(tái)凹模模型兩層板材自沖鉚接數(shù)值模擬（S為沖頭行程）

(i)凸臺(tái)凹模完成效果圖(j)平底凹模完成效果圖圖示數(shù)值模擬中鉚接成形過(guò)程及完成效果圖

（1）

（2）

2.4.4：自沖鉚接過(guò)程數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較

三層板料自沖鉚接數(shù)值模擬

圖示

t=0與t=-0.4mm<0的兩種凹模

圖示

不同凹模的模擬結(jié)果（1+1+1.5mmAl-5454板材組合）

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

三層板料半空心鉚釘自沖鉚接的模擬過(guò)程

2.5：自沖鉚接頭靜力學(xué)性能2.5.1：自沖鉚接頭靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)

MTS實(shí)驗(yàn)機(jī)與溫控箱

失效自沖鉚接頭試件

自沖鉚接頭試件載荷-位移曲線及概率分布分析

2.5.2：自沖鉚接頭靜力失效數(shù)值模擬

圖示

自沖鉚結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力云圖和等效應(yīng)力云圖局部放大圖

預(yù)測(cè)SPR接頭失效形式及拉剪強(qiáng)度的有限元方法流程圖

1+1mmSPR接頭

拉伸剪切模擬與實(shí)驗(yàn)載荷數(shù)據(jù)對(duì)比

1+1mm剝離模擬與實(shí)驗(yàn)載荷數(shù)據(jù)對(duì)比

2.6：自沖鉚接頭疲勞性能2.6.1：自沖鉚接頭疲勞實(shí)驗(yàn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備

自沖鉚接頭50%、95%存活性的S-N曲線

疲勞失效自沖鉚接頭鉚釘氧化碎屑元素分析

2.7：自沖鉚接頭動(dòng)態(tài)性能2.7.1：自沖鉚接頭動(dòng)態(tài)性能數(shù)值模擬

自沖鉚接頭自由振動(dòng)動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)框圖

自沖鉚接頭受迫振動(dòng)動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)