自沖鉚接接頭剖面位置對測量互鎖值的影響研究.docxVIP

1、TECHNOLOGIES自沖枷接接頭剖面位置對測量互鎖值的影響研究楊海單豐武隊李慎國，2王付才”胡杰1.2聶小勇蔡濤（1.江西江鈴集團新能源汽車有限公司，南昌330000；2.南昌市車用輕量化材料應用工程技術(shù)研究中心，南昌330000）摘要：通過建立數(shù)學模型和實驗驗證相結(jié)合對自沖抑接（SPR）接頭剖面位置對測量互鎖值的影響進行了研究。結(jié)果表明，當剖面為SPR接頭的中心面時，測量得到的互鎖值最小，當剖面位置離中心面距離變大，測量得到的互鎖值也隨之變大。同時通過建立SPR接頭剖面位置與互鎖值關(guān)系的數(shù)學模型，用于計算不同剖面位置時對應的中心面的互鎖值，從而判定SPR接頭剖面測量互鎖值是否滿足質(zhì)量標準

2、。關(guān)鍵詞：自沖鉀接剖面位置互鎖值中圖分類號：TG938文獻標識碼：BDOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20190233-XZL.-11刖者自沖鉀接（SPR）是目前汽車車身鋼/鋁和鋁/鋁等金屬材料連接的主要方法“f，如SPR在凱迪拉克CT6、奧迪A8、t嫁）XJ、ES8、Aion等車型上有著大量的應用，而車身質(zhì)量和安全與SPR接頭質(zhì)量密切相關(guān)阿。一些相關(guān)研究采用無損檢測手段（如超聲波、在線無損檢測）對接頭質(zhì)量進行評價，取得了部分進展但準確度不高旦質(zhì)量指標量化較為困難"'所以目前剖面金相評價依然是評價SPR接頭質(zhì)量的最準確的重要方法s氣金相評價主要包含3

3、個部分。a. 頭高，即卸釘頭部與板材上表面高度差；作者簡介：物海（I986-）,男，工程師，碩士學位，研究方向為汽車輕量化。通訊作者：忡.武（1975），男，鵬級高級工程航碩:律位，研究方向為新能源整車技術(shù)。b. 剩余材料厚度，即枷釘或上層板材距離底板下表面的最小距離，該值若過小則有刺穿風險從而影響接頭腐蝕性能：C.互鎖值，即枷釘角與被刺穿板形成互鎖后與上、下層板交點的水平距離。其中互鎖值最為重要，與接頭力學性能密切相關(guān)凹，而接頭在切割剖面過程中很難保證測量面是直徑所在的中心面，因此存在定程度的偏離，這種偏離會影響測量互鎖值的大小以及SPR接頭質(zhì)量是否合格的判斷，而偏離大小與測量互鎖值之間的關(guān)

4、系，目前無人研究。一般要求SPR的中心面左/右互鎖值（LL,LR）均大于0.15mm*但SPR接頭在切割剖面過程中很難保證是中心面位置，偏離中心面的距離與剖面左/右互鎖值（II,LR）測量結(jié)果的關(guān)系模型以及如何通過偏離中心面的剖面互鎖值進行計算從而轉(zhuǎn)換得到中心面的互鎖值,這些問題目前都亟待解決以保障SPR接頭剖而測量互鎖值判定的準確性。本文將建立數(shù)學模TECHNOLOGIES型揭示SPR接頭剖面位置偏離中心面程度與測量互鎖值的關(guān)系，并通過實驗進行驗證。2實驗方法采用Turker卸槍設(shè)備(圖la)及M260028枷模和C5.3X5H2釗侔J,對1.0mm厚度的HC340/590DP高強鋼和1.2

5、mm厚度的5052H32鋁合金進行SPR鉀接試驗，并對枷接接頭中心面劃線，在距離中心而約2mm位置用切割機(圖lb)進行切割得到接頭剖面，然后用金相剖磨機(圖lc)拋磨得到距離中心面不同距離的剖面，通過體視顯微鏡(圖Id)測量得到上述不同剖面與鎖值；建立數(shù)學模型得到互鎖值隨中心剖面位置變化的方程，并對比實測值與計算值。A點球面方程如下。x2+y2=R',所以有=辰2(1)A人人A|AA式中，川為A點與yoz面的距離；y.為A點與xoz面的距離；R為在中心面位置時A點與.sz面的距離；B點球面方程如下。灼+y；+K=足，所以有為"z：(2)式中，辦為交點Z?與yoz面的距離；)

6、場為交點、。與wz面的距離；亦為交點Z?與my面的距離；&為中心面位置.時交點8與坐標軸原點的距離：不同的剖面位置對應x值不同，.以和麻相同，令府款rs對于同一SPR接頭不同剖面位置zb為固定值的計算如下。r2=R'-z2(3)HB00金相剖面機0體式顯微鏡圖1自沖伽接實驗及表征設(shè)備式中，兒為中心面位置時交點B與wz面的距離；由公式(1)、(2)、(3)計算如下/=y2=r2-x2(4)AADBR0當Xo=0時,Na=R：)戶80距離中心面距離為Ab的剖面測量互鎖值計算如下。-y«=J氏-局-J跖x*z'h=jR-x，-J己-Xq(5)(6)3數(shù)學模型的建立假

7、設(shè)鉀釘穿刺過程不存在傾斜，左右互鎖對稱。圖2所示為SPR接頭的中心位置剖而圖，在圖中建立三維坐標系，中心剖面為)，海平而，鑰釘?shù)闹休S線為怎機or軸為不同剖面位置方向，B點、為枷釘與上、下層板的交點，A點為抑釘角嵌入底層板距離sz平面的最遠點，A點在0)，軸上。AB線在為，平面上的投影長度為互鎖值，建立不同的剖面位置A、B點在該坐標系下球面方程。4結(jié)果與討論公式(5)中互鎖值為爪的函數(shù)，令互鎖值為/U0，計算如下。/(x?=對公式(6)兩邊求導如卜LTESTTECHNOLOGIES2020年第3期70I汽車工藝與材料AT&MTESTTECHNOLOGIES由于幾“）>0,所以/?a

8、>r«:當r“=0時，/'（-%）=0：當勘>0時，f（xn）>0o所以當爐0時,_/（）值最??；當壬20時頊而）單調(diào)遞增。所以從公式推導計算結(jié)果可以看出，當剖面位置距離中心面位置越大，得到的互鎖值越大。下面通過實驗對上述理論推導的結(jié)果進行驗證。對1.0mm厚度的HC340/590DP高強鋼和1.2mm厚度的5052H32鋁合金進行SPR抑接試驗，不同位置的剖而圖如圖3所示，測量互鎖值取左互鎖值和右互鎖值的平均值，即（R+P,）/2。從中心而開始到距離中心面2mm每間隔0.5nim制備SPR接頭剖面試樣進行互鎖值測量，結(jié)果分別為中心面時測量互鎖值是0.72m

9、m,距離中心面為0.5mm時測量互鎖值是0.785mm,距離中心面為1mm時測量互鎖值是0.77mm,距離中心面為1.5mm時測量互鎖值是0.89mm,距離中心面為2mm時測量互鎖值是0.96mnic不難發(fā)現(xiàn)距離中心面越遠，通過實驗測量不同剖面得到的測量互鎖值越大。距離中心面1.5min圖3SPR接頭剖面測匿互鎖值隨中心面距離的變化距離中心面2mm根據(jù)1.0mm厚度的HC340/590DP高強鋼和1.2mm厚度的5052H32鋁合金SPR接頭中心而剖而測量結(jié)果，如圖4所示，可得*3.595,=（R/2）'=2.848,；代入公式（5）得到互鎖值如下。（a）中心面0距離中心面0.5mm0

10、距離中心面IyA-.Vff=A-XA（）=3.59寧-2.848-_r|0<i將公式（8）用Origin作圖，并結(jié)合圖3所測的實驗數(shù)據(jù)，得到理論計算曲線與實測數(shù)據(jù)的對比結(jié)果如圖5所示，不難發(fā)現(xiàn)理論計算值與實驗實測值吻合度較好，從而證明了數(shù)學模型的準確性，另外也可看出當剖面位置離中心面距離越大，剖面測量得到的互鎖值越大，該結(jié)果與公式（6）求導得到的理論分析結(jié)果也是一致的。同時我們發(fā)現(xiàn)當剖面位置距離中心面位置1mm以內(nèi)時，不同剖面位置的測量互鎖值變化小于10%，變化較小，在實際生產(chǎn)時對該剖面位置互鎖值指標進行質(zhì)量判定時可直接判定不用轉(zhuǎn)換到中心面進行判定。另外通過公式（4）可以變換得到如下公式

11、。鏟>。禮EmmTESTTECHNOLOGIES所以對于不同剖面位置，通過測量片、W、X<I可得到中心面位置時的測量互鎖值，從而可用于判定SPR接頭剖面質(zhì)量是否滿足標準要求，中心面的互鎖值如下公式(10)所示OTESTTECHNOLOGIES兄=1兄+*5Jyi+爛（io）圖4spr接頭中心剖面測量互鎖值部面位置距離中心面的fefi/mm圖5SRP接頭中心剖面測低互鎖值隨剖面位置的變化5結(jié)論通過建立數(shù)學模型和實驗驗證相結(jié)合，對SPR接頭剖面位置對于剖面測量互鎖值的影響進行了研究，結(jié)果如下。a. 當剖面為SPR接頭的中心面時，剖面測量得到的互鎖值最小。b. 當剖面位置離中心面距離變大

12、，剖面測量得到的互鎖值隨之變大。c. 通過建立SPR接頭剖面位置與互鎖值的數(shù)學模型，可用于計算不同剖面位置時對應的中心面的互鎖值，從而判定SPR接頭測量互鎖值是否滿足質(zhì)量標準要求。參考文獻：IDezhiLi.AndreasChrysanthou,ImranPatel,etal.Selfpiercingriveting-areview|M|.InternationalJournalofAd-vancedManufacturingTechnology2017.21黃志超，賴家美,張永超，等.自沖鉀接技術(shù)M.江西：江西高校出版社,2017.3解宇，譚繼錦,程文文，等半空心自沖伽接模具工藝參數(shù)優(yōu)化研究

13、J.汽車工藝與材料,2019(8):1-5.41馬運五.樓銘，李永兵.鋁合金高強鋼自沖枷接工藝仿真研究J|.汽車工藝與材料,2017,8:11-19.5 張林陽.全鋁及鋼-鋁混合車身輕量化連接技術(shù)J.汽車工藝與材料,2018(7)：1-8.6 R.Porcaro.MLangseth.A.G.Hanssen.etal.Crashworthi-nessofself-piercingrivetedconnectionsfJ.InternationalJournalofImpactEngineering,2008.35(11):1251-1266.7 ZhiqiangXie,WcimingYan,Ch

14、engYu,ctal.Tensileca-pacityofself-piercingriverconnectionsinthinwalledsteelstructuresJ,JournalofConstructionalSteelRe-search.2018.144:211-220.8|L.Han,RHewitt,MikeShergold,etal.AnevaluationofNDTforself-pierceRive(ing|J|.SAETechnicalPapers,2007JusongLiang,HaoJiang,JinshcngZhang,ctal.Investiga-(ionsonm

15、echanicalpropertiesandmicrotopographyofelectromagneticself-piercingrivetedjointswithcarbonfi-berreinforcedplastics/aluminumalloy5()52|J,Archivesofcivilandmechanicalengineering2019(19):240-250.(9 余康,刑保英，何曉聰,等.AA5052自沖鑰接頭成形質(zhì)量及其靜力學性能研充U1.塑性工程學報,2018(25):143-147.(10 金鑫，李永兵，樓銘，等.基于正交試驗的鋁合金一高強鋼異種金屬自沖鉀接工藝優(yōu)化JL汽車工程學報，2011(1):185-191.(11 杜坤，劉峰，吳衛(wèi)根，等.鋁合金