凹模形状对铝合金自冲铆接接头力学性能的影响

第３９卷第１期　２０１７年３月　南昌大学学报（工科版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｖ０ｌ＿３９　Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２０１７　文章编号：１００６—０４５６（２０１７）０１—００７３—０５　凹模形状对铝合金自冲铆接接头力学性能的影响　李春平　，朱政强　，杨上陆　，陶武　（１．南昌大学机电工程学院，江西南昌３３００３１；２．通用汽车中国科学研究院，上海２０１２０６）　摘要：研究了在同种铆钉，３种不同凹模形状下ＡＡ５１８２～Ｏ铝合金的自冲铆接的力学性能。分析了３种凹模　下接头拉剪测试结果和接头的金相截面尺寸（铆钉自锁量、铆钉张开度和底部厚度）。结果表明：不同凹模形状对　拉剪强度和力学性能稳定性均有影响；不同凹模形状产生的自锁量稳定性与铆接接头力学性能稳定性具有一定的　相关性，并且平底凹模的拉剪强度和力学稳定性最好；铆接接头的自锁量与拉剪强度之间没有明显的相关性，并不　呈正相关或者负相关；底部厚度和铆钉张开度对铆接接头强度影响较小，对稳定性的影响也较小。　关键词：铝合金；自冲铆接；凹模形状；力学性能；稳定性　中图分类号：ＴＧ４５３．４　文献标志码：Ａ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｉｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｉＯｆ　ｓｅｌｆ－Ｐｌｅｒｃｉｎｇ　ｒｉｎｇ　ｖｅｔｅｄ　ａｌａｌｕｍｉｍｕｉｎｕｍ‘ｎｕｍ　ｏｉｎｔｓＬＩ　Ｃｈｕｎｐｉｎｇ　，ＺＨＵ　Ｚｈｅｎｇｑｉａｎｇ　，ＹＡＮＧ　Ｓｈａｎｇｌｕ　，ＴＡＯ　Ｗｕ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｅｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００３　１，Ｃｈｉｎａ；　２．ＧＭ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１２０６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｉｒｖｅｔｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ＡＡ５　１　８２—０　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｉｖｅｔｒ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｅ　ｃａｖｉｔｙ　ｄｉｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ．Ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｈｅａｒ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｓ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ（ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ、ｔｈｅ　ｒｉｖｅｔ　ｓｐｒｅａｄ　ｄｅｇｒｅｅ　ａｎｄ　ｂｏｔｔｏｍ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｈａｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｊｏｉｎｔ’Ｓ　ｌａｐ—ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｒｅ　ｗｅｒｅ　ｓｏｍｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｊｏｉｎｔｓ，ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｌａｐ－　ｓｈｅａｒ　ｊｏｉｎｔｓ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｆｌａｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｄｉｅ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ；ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｎｏ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｏｒ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒ—　ｌｏｃｋ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ；Ｔｈｅ　ｂｏｔｔｏｍ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｉｖｅｔ　ｓｐｒｅａｄ　ｄｅｇｒｅｅ　ｈａｄ　ｌｉｔｔｌｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍ；ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｒｉｖｅｔ；ｃａｖｉｔｙ　ｄｉｅ　ｓｈａｐｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　为了提高汽车的燃油效率和降低二氧化碳的排　放，白车身结构的轻量化是一个有效的方法，因此越　来越多的轻量化材料在车身结构上得到应用。铝合　金作为越来越广泛应用的轻量化材料，使用传统的　电阻点焊工艺存在一些问题。自冲铆接（ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃ—　ｉｎｇ　ｒｉｖｅｔ）是一种用于连接车身结构上轻金属、异种　材料而不需要预冲孔的冷成型方法　ｊ，可以作为　ｌ８种凹模、３０种铆钉，全身２　７５４个铆点，而在现阶　段铆点的质量分析还需要对各个铆点截面一一进行　测量和观察。现在许多学者关于铝合金自冲铆接接　头的力学性能研究主要集中在凹模的尺寸、铆钉的　硬度、铆钉的尺寸和数量、被铆接材料的种类和厚度　等因素对铆接接头力学性能的影响＿４—１３］。Ｈａｎ　等　研究发现：不同镀层对铝合金和钢的力学性　铝合金连接的首选工艺。据报道称，捷豹路虎全新　一能和静强度下接头失效的机制有影响；铆钉到板材　边缘的距离、铆钉腿部外侧圆角与拉剪强度和剥离　代ＸＦ铝合金车身采用了自冲铆接技术，使用了　收稿日期：２０１６—１１—１８。　基金项目：江西省教育厅科学技术研究项目（ＧＪＪ１５０２１２）。　作者简介：李春平（１９９Ｏ一），男，硕士生；通信作者：朱政强（１９７６一），男，教授，博士。　引文格式：李春平，朱政强，杨上陆，等．凹模形状对铝合金自冲铆接接头力学性能的影响［Ｊ］．南昌大学学报：工科版，　２０１７，３９（１）：７３—７７．　南昌大学学报（工科版）　强度成正比，而２个铆钉之间的距离对整个接头的　强度影响较小。Ｘｉｎｇ等　研究发现铆钉的数量　增加，铆接接头的强度也会增加；同时接头的强度与　铆钉的分布和被铆接上层板材料的性质都有关。　Ｚｈａｏ等　研究发现塑性变形主要集中在铆钉尾部　和板料及凹模与板料的接触部位；当凹模凸台较高　时，自冲铆接的自锁性能和铆接效果较好。Ｈｏａｎｇ　等＿１　通过比较平底凹模和凸台凹模的接头强度，结　果表明：凸台凹模的接头质量比平底凹模更高。　ｘｕ＿ｌ¨基于不同凸台高度的凹模做了相关的实验，研　究发现当凸台高度与凹模上表面平齐时，获得的自　锁量最大。Ｆｕ等¨　和Ｐｉｃｋｉｎ等　对５７５４铝合金　自冲铆接时工艺参数的变化对静载强度和疲劳性能　的影响。结果表明：凹模凸台高度对静拉力的影响　最大，铆钉涂层和铆钉硬度对静拉力的影响不明显，　铆钉直径的影响可以几乎忽略不计。究竟不同的凹　模形状以及铆点截面尺寸对铝合金铆接接头力学性　能，尤其是力学性能的稳定性有何影响，尚未见到　报道。　本文主要通过力学性能分析和金相截面尺寸测　量探究不同凹模形状的铆接效果；金相截面尺寸与　接头力学性能之间的关系和不同凹模型状的自锁量　对铆接接头力学性能稳定性的影响。　１　实验部分　１．１实验材料与设备　实验所用的材料为ＡＡ５１８２一Ｏ铝合金，厚度为　２　ｍｍ，其主要化学成分和力学性能见表１。铆接拉　剪试样规格为３８　ｍｍ×１２７　ｍｍ，试件的外形尺寸如　图１所示。拉伸实验采用的设备型号为Ｉｎｓｔｒｏｎ　５９８２，所有测试的拉伸速度为３　ｍｍ・ｍｉｎ～。　表１　５１８２一Ｏ铝合金的化学成分和机械性能　Ｔａｂ．１　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　５１８２一Ｏ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　机械性能　屈服强度／ＭＰａ　拉伸强度／ＭＰａ　延伸率／％　１３０　２８６　２４　化学成分／％　Ｗ（Ｓｉ）　（Ｆｅ）　（Ｃｕ）　（Ｍｎ）　（Ｍｇ）　Ｗ（ＡＩ）　０—０．２　０～０．３５　０～０．１５　０．２～０．５　４—５　其余　自冲铆接试验采用德国Ｂｏｌｌｈｏｆｆ公司生产的铆　接设备，使用３种凹模和一种半空心沉头铆钉，其形　状和尺寸如表２所示。铆接参数如表３所示，铆接　力（７种）和预压力（５种）每隔５　ｋＮ增加１次，每种　凹模制作３５（５×７）个试样，测试它们的拉剪强度，　计算每种凹模下拉剪强度的平均值和偏差。在实验　中，每个拉剪试样制备２个金相样，并且测量如图２　所示自冲铆接接头金相截面模型图中的尺寸，ＬＩ＼ＲＩ　（１ｅｆｔ　ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ＼ｆｉｇｈｔ　ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ）为接头的左右自锁量，　ＲＳ（ｒｉｖｅｔ　ｓｐｒｅａｄ）为铆钉的张开度，ＢＬ＼ＢＲ（ｂｏｔｔｏｍ　ｌｅｔｆ＼ｂｏｔｔｏｍ　ｒｉｇｈｔ）是左右底部厚度，计算各个左右尺　寸的平均值和偏差。　器Ｉ　ｏ　瓮Ｉ　１２７　２５　图１拉剪结构示意图　Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　表２　凹模和铆钉结构尺寸　Ｔａｂ．２　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ　ｏｆ　ｃｏｎｃａｖｅ　ｄｉｅ　ａｎｄ　ｒｉｖｅｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　铆钉　凹模　凹模Ａ平底凹模　　ｌ　ｌ≯　］　盘　…　Ｉ凹模Ｂ凸台凹模　厂　＼上　ｌ　４，５．３　凹模ｃ凸台凹模厂　，　菇　表３铆接参数　Ｔａｂ．３　Ｒｉｖｅｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　图２铆接接头金相截面模型　Ｆｉｇ．２　Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔ　２结果与分析　２．１接头拉剪结果分析　图３为３种凹模的拉剪强度，可知凹模Ａ的拉　剪强度最大，而且偏差最小，说明平底凹模的拉剪强　Ｉ朗　存平，等：ＩｔＩ１　形状刈铝合金自／，ｔ，铆接接　力　≯　能的影响　．７５　度及ｊ￡稳定性：比［Ｉ１１台【】ｌ　】Ｉｌｉ】供形状对铆接接头　尚，同时也说Ｌｊ』Ｊ　ｒ／１　同　卡¨稳定性均行影响　通过　出：３种　十¨俄　对称　良　干¨术　刮裂纹，铆钉腿　部术　“墩机”效心，　Ｊ‘ｆ¨Ｉ－ＪＩ授卡『Ｉ接　的材料　度　－，ｒＩ『ｔ－ＩＩ，Ｆｌ，ｄ　的编　小ｆＪＩ　发，卜Ｊ，ｆＩＪＪ｛｝Ｉ５．的　性　变形　称币＝　模　腔　满水的质；　比较３种ＩＩｉｉ模的体积，ｌ１　发　一Ｖ　＞　，；（１、、　和　分别为　模Ａ、【１Ｊ】模　Ｊ｛　『Ｉ』Ｉ模Ｃ的休　），　州…的实验条件Ｆ，符个凹　的铆钉腿部张　效　挪　好，　足从铆接接　的　托　姒度术看，果』｛Ｊ　２个体积较大的Ｉ１１　Ｊ模Ａ和Ｃ的　托　发比仆秋小的【ＩＩ】　ｌ｛更好，．原｝天１可能址，较　６为３种摸　卜接　Ｉ　铆钉　小大至Ｊ　个ｆＵ１摸　的铆纠’张　卡５１下　０Ｋ　Ｊ｝：度璀小柑　１，　￣！ｉＨＪ　Ｊｊ　《ｌＪ‘托剪强瞍『ｌ／　Ｉ　ｌｌ　Ｉ￣ＩＪｆ　删，这　删Ｊ　ｒ铆钉张　发埘／Ｊ　、　：　能稳定　影响较，Ｊ、　ｌ小的１１ｉｉ馍　腔体｛＝！｛，会埘卜Ｊ去板材的　变形　一　定的约束，铆接时　＊　蜓人的力来挤开铆钉腿部Ｊ吉１　…的材料，住一定　嫂ｆ　影响铆钼　腿部的扩　、Ｍ　ｌｉｌｆ铆钉腿部　下推进时遇到的阻力比较大，变形　难存铆接过　Ｉ“Ｊ仃ｌ【Ｉ】摸使下　板材的托ｆｆ｛Ｉ变　形较＿火，　铆钉腿部的　较小，　此ｆ　１台【１１Ｉ１懊下铆　１接　ｆ楚较低．　７．２　７・０　６・８　Ｚ　６．６　６　４　６　２　６．０　【－ｌｌ偾、　候Ｉ；　ｌ　　ＪＪｌ筷Ｃ　图３　３种模具的拉剪强度　Ｆｉｇ．３　Ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄｉｅｓ　４为３种ｌｌｑ懊铆接接头的托剪失效　片　町　以行…：平底　懊　ｊＩＨＩ俞　１模的失效方式不　，　底　ｆＪｆｊ懊接头的失效力‘』ｌ＝址铆钉头部以“纽　”的力‘式　从　板拉　；　”ｌ台＿】ｌ】中ｊｌ接　的失效办式址以铆钉　尾邴从下板晰脱　，Ｊ¨Ｉ．铆钉头部带符ＪＩ川…部分　材料以不完令“　”肜』ｌ＝十　出　Ｊ】板Ａ　≮　≤ｌ　图４　３种模具的拉伸失效图　Ｆｉｇ．４　Ｔｅｎｓｉｌｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｐｉｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄｉｅｓ　２．２金相截面尺寸对铆接接头力学性能的影响　铆接接头的金卞¨俄　片如刚５所乐　叮以看　牲　（ｈ）　漱ｆ　（（・）　儆（：　图５　３种凹模的接头金相截面　Ｆｉｇ．５　Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄｉｅｓ　　ｌＩ　、　１盹Ｉ｛　【“ＩｆＩ　图６　３种模具的接头铆钉张开度　Ｆｉｇ．６　Ｒｉｖｅｔ　ｓｐｒｅａｄ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄｉｅｓ　』冬Ｉ　７为３利　ＩＩ十蜒卜接　Ｊ　：Ｊ‘　发ｄ，川’　ｌ小　凹卡ｊｌ　接　城部　川　小人（除ｒＩ】ＩＩ摸Ｂ　ｌＩＪ　Ｃ比　模Ａ夫，【【ｌＩ馍Ｂ卡¨Ｃ』＾小．ｆ　），这蜕叫一ｔｔ：埘十　强度的影响比较／ｊ、　址　３种『ＩＩＩ馍下，ＩｌＪ１摸Ａ的　底部厚度白　小，原　Ｊ‘能址　铆接过　【ｆｊ，　Ｉ十Ｉｌ　Ｉ｛　；ｌ，　６　４　南昌大学学报（工科版）　２０１７矩　和Ｃ的凸台比凹模Ａ的底部先与下层板接触，而此　时铆钉往下推进的过程中遇到的阻力比较大，导致　为凹模Ａ、凹模Ｂ和凹模Ｃ的接头自锁量一拉剪强　度分布图。可以更直观地看出自锁量与拉剪强度的　关系，各个自锁量所对应的拉剪强度都比较分散，铆　接接头自锁量并不完全反映铆接接头拉剪强度。这　铆钉行程短，它们的底部厚度也就大。通过计算各　个凹模下的底部厚度偏差与底部厚度的比值，发现　凹模Ａ比值最小，而凹模Ｂ和ｃ基本相同，这说明　不同凹模的底部厚度对接头稳定性影响不大。　。－８　一●■■　　说明接头自锁量的大小与拉剪强度之间并没有明显　的相关性。分别在图９（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）中最边缘点绘　一●Ｉ制长方形，测量长方形的长（口）、宽（６），并且计算各　。．６　一　Ｉ个长方形的面积Ｓ＝ｎ　Ｘ　ｂ，而长方形的面积大小更　４　能反映接头自锁量一拉剪强度的稳定性，面积越小，　接头自锁量一拉剪强度的稳定性越高。各个凹模的　Ｓ凹模Ａ、Ｊｓ凹模Ｂ和　凹模ｃ如表４所示。可以看出Ｓ凹模Ａ＜　这与各个凹模的拉剪强度偏差和自锁量　Ｓ凹模Ｂ＜｜ｓ凹模ｃ，Ｓ凹模Ａ比．ｓ凹模Ｂ／Ｊ、５５％，比．ｓ凹模ｃ／Ｊ、６３％。　一●ＩＯ－２　一　Ｉ凹模Ａ　凹模Ｂ　凹模Ｃ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄｉｅｓ　　一●Ｉ０．Ｏ　图７　３种模具的接头底部厚　Ｆｉｇ．７　Ｂｏｔｔｏｍ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　图８为３种模具下接头截面的自锁量，，可知凹　模Ａ的自锁量最大，偏差最小，原因可能是，在３种　凹模的铆钉张开度基本相同的情况下，凹模Ａ的底　部厚度最小，嵌入材料最深，从而它的自锁量最大。　与另外２个尺寸相比，不同凹模的自锁量变化较大，　这说明拉剪强度的变化主要受自锁量影响。通过计　自锁量／ｍｍ　（ａ）凹模Ａ　算各个凹模自锁量偏差与自锁量的比值，发现凹模　ｃ比值最大，凹模Ｂ次之，凹模Ａ最小，但是相比于　铆钉张开度和底部厚度，不同凹模的自锁量对铆接　接头性能稳定性影响较大。　０・７　０．５　自锁量／ｍｍ　ｏ３　（ｂ）凹模Ｂ　Ｏ．１　凹模Ａ　凹模Ｂ　凹模Ｃ　图８　３种模具的接头自锁量　Ｆｉｇ．８　Ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ　ｏｆｊｏｉｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｒｅｅ　ｉｎｄｓｋ　ｏｆ　ｄｉｅｓ　不同凹模的铆钉张开度和底部厚度对铆接接头　力学性能的影响较小，而自锁量对铆接接头强度的　影响最大。　２．３　自锁量与力学性能稳定性的关系　自锁量／ｍｍ　（ｃ）凹模Ｃ　将每个凹模接头拉剪强度与相对应的接头自锁　量绘制成接头自锁量一拉剪强度分布图，图９分别　图９　３种模具下的接头自锁量与拉剪强度的分布图　Ｆｉｇ．９　Ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ－ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｈｅａｒ　ｆｉｇｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄｉｅｓ　第１期　李春平，等：凹模形状对铝合金自冲铆接接头力学性能的影响　・７７・　表４　３种模具下拉剪强度图中长方形的面积　Ｔａｂ．４　ＲｅｃｔａｎＯｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｇｕｒｅ　［４］ＨＡＮ　Ｌ，ＣＨＲＹＳＡＮＴＨＯＵ　Ａ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｓｅｒｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｒｉｖｅｔｅｄ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｔｏ　ｈｉ【ｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｌｏｗ　ａｌｌｏｙ　ｓｈｅｅｔｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ＳＵｌｆａｃｅ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉｌｓ＆Ｄｅａｓｉｇｎ，２００８，２９（２）：４５８－４６８．　偏差的大小趋势具有一致性，反映了凹模Ａ的接头　自锁量一拉剪强度更稳定。同时也说明了在该实验　条件下铆接接头自锁量的变化对凹模Ａ的拉剪强　［５］ＬＩ　Ｄ，ＨＡＮ　Ｌ，ＴＨＯＲＮＴＯＮ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｅｄｇｅ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｔｉｃ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｓｅｒｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｉｒｖｅｔｅｄ　ｌａｕｍｉｎｕｍ　ｊｏｉｎｔｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅｓｉｎ，ｇ２０１２，　３４：２２—３１．　度影响较小，而对其他２种凹模影响较大；不同凹模　［６］ＬＩ　Ｄ　Ｚ，ＨＡＮ　Ｌ，ＳＨＥＲＧＯＬＤ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｉｌｕｅｎｃｅｆｎ　ｏｆ　ｉｒｖｅｔ　形状下铆接接头自锁量稳定性与接头拉剪强度稳定　性具有一定的相关性。　３　结论　１）不同凹模形状对拉剪强度和力学性能稳定　性均有影响。　２）３种凹模下接头拉伸失效方式：平底凹模的　铆接接头是以铆钉头部以“纽扣”的方式从上层板　拉出；而凸台凹模是以铆钉尾部从下层板拉出，铆钉　头部以不完全“纽扣”式拉出。　３）底部厚度和铆钉张开度对铆接接头的强度　影响较小，而自锁量对接头强度影响较大。　４）铆接接头自锁量与拉剪强度之间没有明显　的相关性，并不呈正相关或者负相关。　’　５）不同凹模的铆接接头自锁量稳定性与力学　性能稳定性具有一定的相关性。平底凹模的力学性　能稳定性和拉剪强度最好。　参考文献：　［１］　ＨＡＮ　Ｌ，ＣＨＥＮ　Ｙ　Ｋ，ＣＨＲＹＳＡＲＴＨＯＵ　Ａ，ｅｔ　ａ１．ＳｅＩｆ－　ｐｉｅｒｃｅ　ｒｉｖｅｔｉｎｇ：ａ　ｎｅｗ　ｗａｙ　ｆｏｒ　ｊｏｉｎｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．　ＡＳＭＥ　ＳＰＲ，２００２，４４６（２）：１２３—１２７．　［２］　ＫＩＮＧ　Ｒ　Ｐ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｅ　ｉｒｖｅｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｄ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｈｅｒｔｆｏｒｄ—　ｓｈｉｒｅ，１９９７．　［３］　ＨＡＮ　Ｌ，ＣＨＲＹＳＡＮＴＨＯＵ　Ａ，ＹＯＵＮＧ　Ｋ　Ｗ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｓｅｒｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｒｉｖｅｔｅｄ　ｍｕｌｔｉ—ｌａｙｅｒ　ｊｏｉｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｐｅｃｉｍｅｎ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅ—　ｓｉｇｎ，２００７，２８（７）：２０２４—２０３３．　ｔｉｐ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｊｏｉｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｒｉｖｅｔｅｄ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｊｏｉｎｔｓ［Ｃ］／／　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｒｕｍ，２０１３：７４６—７５０．　［７］ＸＩＮＧ　Ｂ，ＨＥ　Ｘ，ＺＥＮＧ　Ｋ，ｅｔ　１ａ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｅｒｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｉｒｖｅｔｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ　ｉｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　５０５２［Ｊ］．　Ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，７５（１）：３５１—３６１．　［８］ＨＥ　Ｘ，ＺＨＡＯ　Ｌ，ＤＥＮＧ　Ｃ，ｅｔ　ａ１．Ｓｅｒｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｒｉｖｅｔｉｎｇ　ｏｆ　ｓｉｍｉｌａｒ　ａｎｄ　ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ　ｍｅｔａｌ　ｓｈｅｅｔｓ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ａｎｄ　ｃｏｐｐｅｒ　ａｌｌｏｙ［Ｊ］．Ｍａｔｅｉｒｌａｓ＆Ｄｅｓｉｎｇ，２０１５，６５：９２３—　９３３．　［９］　ＺＨＡＯ　Ｌ，ＨＥ　Ｘ，ＸＩＮＧ　Ｂ，ｅｔ１ａ．Ｉｌｆｎｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｈｅｅｔ　ｔｈｉｃｋ—　ｈｅｓｓ　ｏｎ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ａｎｄ　ｆｒｅｔｔｉｎｇ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｒｉｖｅ—　ｔｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ　ｉｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　５０５２［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅ—　ｓｉｇｎ，２０１５，８７：１０１０—１０１７．　［１０］ＨＯＡＮＧ　Ｎ　Ｈ，ＰＯＲＣＡＲＯ　Ｒ，ＬＡＮＧＳＥＴＨ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．ｓｅｌｆ－　ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｉｒｖｅｔｉｎｇ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ　ｕｓｉｎｇ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｒｉｖｅｔｓ［Ｊ］．　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄｓ＆Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１０，４７（３／　４）：４２７—４３９．　［１１］ＸＵ　Ｙ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｐｈｙｓｉｃｌａ　ａｔｔｉｒｂｕｔｅｓ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－　ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｒｉｖｅｔｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｗｅｌｄｉｎｇ＆Ｊｏｉｎｉｎｇ，２０１３，１１（６）：６６６—６７１．　［１２］ＦＵ　Ｍ，ＭＡＬＬＩＣＫ　Ｐ　Ｋ。Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆｐｒｏｃｅｓｓ　ｖａｒｉａｂｌｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｎａｄ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｐｒｏｐｅｔｒｉｅｓ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｉｒｖｅｔｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ　ｉｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａ１ｌ０ｙ　５７５４［Ｃ］／／Ｓａｃ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ，　２００１．　［１３］ＰＩＣＫＩＮ　Ｃ　Ｇ，ＹＯＵＮＧ　Ｋ，ＴＵＥＲＳＬＥＹ　Ｉ．Ｊｏｉｎｉｎｇ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔ—　ｗｅｉｇｈｔ　ｓａｎｄｗｉｃｈ　ｓｈｅｅｔｓ　ｔｏ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅｒｆ－ｐｉｅｒｃｅ　ｉｒｖｅｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅｓｉｎｇ，２００７，２８（８）：２３６１—　２３６５．