自沖鉚接技術昆明理工大學制造技術研究所何XX教授思考題一.論述自沖鉚接技術在綠色設計制造中的重要作用，舉

例說明自沖鉚接的應用領域。二.簡述自沖鉚接的工藝過程。三.簡述自沖鉚接的在線監控過程及質量判定標準。2.1：自沖鉚接原理2.2：自沖鉚接設備2.3：自沖鉚接質量在線監控2.4：自沖鉚接過程數值模擬2.5：自沖鉚接頭靜力學性能2.6：自沖鉚接微振疲勞性能2.7：自沖鉚接頭動態性能

2.1.1：自沖鉚接分類

自沖鉚接實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程用四個階段來描述：①夾緊：平頭沖壓機壓緊鉚釘到上板表面，使板材貼緊模具；②刺穿：沖壓機推動鉚釘刺穿上板并進入底板；③擴張：底層板材材料流入模具且鉚釘管腿張開，在基板中形成一個機械互鎖結構④釋放：當沖壓機達到預定沖壓力值時，停止并返回。

昆明理工大學創新制造技術研究所電動伺服自沖鉚接系統（德國制造）

2.3:自沖鉚接過程質量在線監控2.3.1：自沖鉚接過程質量在線監控原理

自沖鉚接過程質量在線監控通過下圖所示載荷位移曲線來實現。

2.3.2.2：自沖鉚接過程質量在線監控系統

實時顯示連接過程-力、位移曲線實時顯示可以程序化定制的曲線3G硬盤存儲器以太網接口

MSWindows系統

2.3.3：自沖鉚接過程質量指標(釘頭高度、殘余底厚、釘腳張開度)

圖示自沖鉚連接過程數值模擬

2.4.2:自沖鉚接過程材料變形流向分析

分析自沖鉚4個階段的位移流向過程，見圖所示。第一個階段，鉚釘未與板材發生作用，板材在自由狀態下維持原態，沒有發生流動。第二個階段，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，隨著遠離裂口的部位，流動趨于減小。并且壓邊圈和下板之間的上板材中出現漩渦狀的流動，是鉚釘和下板相反狀態力作用的結果；同時受到上板的壓力，下板雖未接觸到鉚釘，但是材料也發生流動，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，出現弧形流動。第三個階段，此時上板被刺穿，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幅度增強，下板中心部位也開始發生流動，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。

第四個階段，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，同時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。通過以上分析，可以發現在整個自沖鉚過程中在上下板中材料內部發生流動，遠離變形部位的流動逐漸減弱甚至沒有發生，其流向取決于受到的外部載荷，正是這些材料內部的流動才實現了整個接頭宏觀的塑性變形。并且最終成形接頭材料流動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部位。

自沖鉚接頭截面微觀結構

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

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

（1）

（2）

2.4.4：自沖鉚接過程數值模擬與實驗結果的比較

三層板料自沖鉚接數值模擬

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程

2.5：自沖鉚接頭靜力學性能2.5.1：自沖鉚接頭靜力學實驗

MTS實驗機與溫控箱

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值模擬

圖示

自沖鉚結構等效應力云圖和等效應力云圖局部放大圖

預測SPR接頭失效形式及拉剪強度的有限元方法流程圖

1+1mmSPR接頭

拉伸剪切模擬與實驗載荷數據對比

1+1mm剝離模擬與實驗載荷數據對比

2.6：自沖鉚接頭疲勞性能2.6.1：自沖鉚接頭疲勞實驗疲勞試驗設備

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：自沖鉚接頭動態性能2.7.1：自沖鉚接頭動態性能數值模擬

自沖鉚接頭自由振動動態性能試驗框圖

自沖鉚接頭受迫振動動態性能試驗