冲击式自穿孔铆接方法及其接头性能

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1、第27卷第5期焊接学报Vol.27No.52006年5月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONMay2006冲击式自穿孔铆接方法及其接头性能1112汪彬郝传勇张劲松张洪延1中国科学院金属研究所沈阳1100162美国托来多大学机械工程系美国俄亥俄州OH43606摘要:采用一种新型的应用火药作为驱动力的铆接方法和试验设备。对影响该方法的主要铆钉硬度进行分析。用该设备铆接铝合金板形成的接头的拉剪强度、因素如模具尺寸、十字抗拉强度以及疲劳强度与点焊形成的接头进行比较。试验证明这种新型的自穿孔铆接接头比点焊接头有更好的力学性能。关键

2、词:自穿孔铆接铝合金点焊汽车中图分类号:TG406文献标识码:A文章编号:0253-360X200605-043-04汪彬0序言型的自穿孔铆接试验设备和方法对影响接头性能的因素进行分析并对采用该方法形成的接头与点焊接头比较进行性能评价。随着现代汽车工业的发展为降低汽车燃料的消耗和汽车尾气的排放汽车厂商们一直在发展轻量化汽车特别是采用铝合金材料代替钢材制作铝1试验设备和方法合金车身。由于铝合金本身具有电阻率小、导热性新型的自穿孔铆接试验设备如图1所示内部能好、且铝材表面易形成致密氧化膜的特点如果用结构简图如图2所示。该设备主要包括射钉枪、基传统点焊方法点焊铝合金车身

3、则要求焊接工艺相座和模具。基座上有上下两个平台上平台上的孔对点焊钢板需用短时间、大电流和大的电极压力而用于塞入射钉枪的套筒下平台上的孔用来放置模且需要铝合金板表面在点焊前必须碱洗获得均一的1具。射钉枪上有一平台用于和分离的基座锁紧。表面电阻。这些特点迫使现代汽车厂商广泛采用一种新型的自穿孔铆接方式selfpiercingriveting代替传统的点焊方式制造铝合金车身如奥迪A8车2身就采用了1100个自穿孔铆接接头。自穿孔铆接过程是一个冷成形的过程用来连接两部分或多部份叠放的板材而使接头达到机械紧固式的自锁连接。自穿孔铆接前不需要在板材上钻孔板材放置在铆钉和底座模

4、具之间铆接时铆钉腿部先在力的作用下刺穿上层板材并部分穿透下层板材最后板材被冲击变形充满底座模具的凹槽而铆钉腿部由于模具的作用向外张开将铆钉自锁在叠放的板材内形成自锁式的紧固连接。自穿孔铆接方法具有不需要钻孔、可连接相同或不同材料的自动化程度高、3低能耗和设备使用寿命长等优点板材、。传统的自铆接方法的驱动力通常是通过双气缸或电机提3供设备比较复杂且价格昂贵。作者采用一种新收稿日期:2005-04-25图1冲击自穿孔铆接设备基金项目:国家十五科技攻关项目2002BA314B09Fig.1Newselfpiercingrivetingsystem44焊接学报第27卷模具

5、的材料为GCr15工具钢。设计两种不同尺寸的模具试验将铆接好的接头沿铆钉中轴线截开观察铆钉在接头中的形貌。选用三种不同装药量的子弹用来提供各种不同大小的驱动力测量冲击自穿孔铆接过程中动态Ft曲线其中的F指对基座的冲击力大小观察接头形貌选择最佳的驱动力使得既能得到成形良好的接头又不至于对基座产生过大的冲击。铆钉为含碳量0.36的普碳钢冲压而成尺寸为躯干外部直径5.4mm、长度为头部直径7.8mm、6mm。原始状态的铆钉为在准静态自穿孔铆接条件下使用的铆钉将铆钉加热到520分别保温10min、20min低温退火得到两种退火后的铆钉原始状态和10min、min退火三种不

6、同的铆钉硬度分别为20图2设备内部结构简图493HV、HV、HV标记为1号、号、号铆钉42239823Fig.2Insidestructure铝板和模具条件下由进行铆接试验在相同的子弹、接头的截面形貌选择最合适热处理状态的铆钉。铆接时将圆柱形塑壳子弹和铆钉组合体放入枪为保证点焊接头质量将用来点焊的试样进行管的套筒2内然后将枪管塞入基座上平台的孔中表面化学处理。先用金属洗涤剂将铝板清洗干净将叠放的铝板放置在枪口和基座下平台的模具之再将铝板在温度为6065、浓度为5的NaOH间。向下压枪体使套筒2缩入套筒1套筒1内的弹溶液中浸蚀4min用自来水冲洗完毕后在室温下簧积蓄

7、弹性势能提供扣动扳机的能量。套筒2收缩浓度为30HNO3溶液浸蚀3min最后再用清水冲后枪管缩短用基座上的锁紧杆将基座和缩短枪管洗干净并晾干在24h内用来焊接。焊机选用的射钉枪锁死。最后扣动扳机扳机释放的力触动300kW的三相次级整流点焊机。主要的焊接参数撞针枪管里面的撞针尖端撞击火药触发后的火药为焊接电流28.5kA焊接时间100ms5个周波提供强大的爆炸驱动力驱使铆钉进行铆接。电极压力7.5kN。电极选用直径20mm、球面半径该方法和传统的自穿孔铆接方法主要区别在于100mm的铬锆铜球面电极。采用火药产生的冲击力作为驱动力和电机驱动或将冲击自穿孔铆接和点焊方法

8、制成的试样