随着石油资源的日益枯竭,以及国家对汽车节能减排的要求越来越高,汽车轻量化逐渐成为车企普遍重视的问题。使用轻量化材料和轻量化连接技术是实现汽车轻量化的有效途径。随着高强钢和铝合金在汽车车身中使用比例逐渐增多,如何实现铝板和高强钢板的有效连接成为越来越多学者研究的热点。本文针对5052铝板和HC420LA高强钢板的预制孔式无铆钉连接工艺,深入研究其连接成形机理、模具参数影响规律、模具结构优化设计等。本文主要研究内容和结论如下:(1)采用ABAQUS仿真软件建立预制孔式无铆钉连接轴对称仿真模型,探究连接过程中载荷变化、板料各区域应力应变状态和分布,以及底厚值对接头几何尺寸的影响。根据连接过程载荷的变化,连接过程可分为弹性变形阶段、自由变形阶段、挤压变形阶段和板料间形成互锁阶段。上板在变形过程中发生弯曲、拉伸、挤压等变形,下板基本不变形,最终形成连接接头。(2)通过对5052铝板和HC420LA高强钢板拉伸试样进行室温拉伸试验,获得板料力学性能数据。随后采用仿真分析方法探究了影响连接接头几何尺寸的主要模具因素:凸模圆角半径、凸模半径、凸模斜度以及垫板高度。结果表明,随着凸模圆角半径增大,接头颈部厚度增大,互锁值减小;随着凸模半径增大,接头颈部厚度减小,互锁值增大,然而,凸模半径过大时,接头成形质量较差,板料易破裂;随着凸模斜度增大,接头颈部厚度减小,互锁值增大,但接头几何尺寸总体变化不大;随着垫板高度增大,接头颈部厚度和互锁值减小,连接载荷变化较大。(3)分别使用正交试验设计、响应面法和基于Pareto解的多目标遗传优化对模具结构参数进行优化。采用凸模圆角半径、凸模半径和垫板高度作为优化变量,选取连接接头颈部厚度和互锁值作为评价指标。首先对正交试验设计结果进行极差分析和方差分析,发现凸模半径对颈部厚度和互锁值的影响最为显著。随后通过中心复合设计得到目标函数的二阶响应面模型,获得了颈部厚度和互锁值的两个响应面函数。使用基于Pareto解的多目标遗传优化对模具结构参数进行优化,得到最优模具结构参数组合为:凸模圆角半径为2.0mm、凸模半径为3.6mm、垫板高度为1.0mm。(4)依据模具参数优化所得到的模具结构参数,设计和加工预制孔式无铆钉连接模具。对实验获得的连接接头试样分别进行剖面尺寸测量和剪切实验。通过各种工况下截面几何尺寸和载荷的实验与仿真对比,验证了前述仿真模型的准确性。接头性能测试结果表明,剪切过程中连接试样失效形式均为剪切失效,接头颈部厚度增大有利于提高接头最大载荷、失效位移和接头能量吸收能力,提高接头的综合质量。