【摘 要】
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无铆连接能够实现不同板材之间的无辅助连接,轻量化、成本低、效率高、工艺简单,使它成为了当下最具有应用前景的板材连接技术之一。但异种板材由于性能差异大,连接困难,接头质量不稳定或断裂失效等问题时有发生。因此,通过研究异种金属板材的无铆连接塑性变形机理,制定合理的连接工艺,设计最佳模具结构,可为异种金属板材的无铆连接成形提供理论依据和技术参考。本文以2mm的6061铝合金和1.5mm的304不锈钢板料
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无铆连接能够实现不同板材之间的无辅助连接,轻量化、成本低、效率高、工艺简单,使它成为了当下最具有应用前景的板材连接技术之一。但异种板材由于性能差异大,连接困难,接头质量不稳定或断裂失效等问题时有发生。因此,通过研究异种金属板材的无铆连接塑性变形机理,制定合理的连接工艺,设计最佳模具结构,可为异种金属板材的无铆连接成形提供理论依据和技术参考。本文以2mm的6061铝合金和1.5mm的304不锈钢板料作为无铆连接成形的研究对象,采用DEFORM-2D建立无铆连接模型,揭示了凸模直径、凹模深度、凹槽深度、凹模圆角和摩擦系数等参数对接头成形的影响规律,通过正交试验法确定了最佳模具参数:凸模直径Dp=5.6mm,凸模圆角半径R1=0.3mm,凹模直径Dd=8.2mm,凹模深度H=2.0mm,凹槽深度h=0.8mm,凹模圆角半径R2=R3=0.5mm,凹槽圆角半径R4=0.5mm;并采用实验验证了上述最佳模具参数。通过ABAQUS有限元和实验分析了无铆连接不同变形阶段板材应力应变和金属流动情况,获得了异种金属板材无铆连接的成形机理:初始变形阶段,凸模开始进行冲压,上下板料的圆角过渡区分别产生了较大的应变和应力。随凸模继续冲压,板材进入塑性成形阶段,上板料的应变不断增加,下板料的应力渗透至底部并持续增大,上下板料趋于同步变形。随后,在凸凹模的共同作用下,上下板料填充至凹槽内部,受限于凹模空间,板料流动受阻,出现回流现象,上下板料形成有效互锁,接头完全成形。结合ABAQUS/Fe-Safe有限元和性能实验,得出:（1）实验接头的最大拉伸和剪切失效载荷分别为1.4k N和1.8k N,接头主要失效形式有颈部断裂、脱扣和综合失效;（2）随着拉伸速率的增加,接头剪切失效载荷呈现先增大后减小的趋势,拉伸速率为10mm/min出现最大失效载荷;（3）疲劳寿命从高到低依次为拉压式、起伏式、拉压起伏式;（4）随接头应力增加,接头疲劳寿命呈下降趋势,破坏位置出现在应力集中区域;（5）当接头表面存在残余压应力时,疲劳寿命增加;（6）应力集中系数越大,接头的疲劳寿命越短。
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