自沖鉚接
關(guān)注創(chuàng)建者：一蓑煙雨_8702 創(chuàng)建時(shí)間：2017-11-07
自沖鉚接的視頻教程
10-鉚接仿真（自沖鉚接）
二維的自沖鉚接模擬，涉及兩款軟件，用于建模的ansys.spaceclaim和用于設(shè)置求解計(jì)算的simufact.forming
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ABAQUS自沖鉚接
本課程主要內(nèi)容為自沖鉚接在ABAQUS中如何實(shí)現(xiàn)與注意事項(xiàng)，Step by Step，過程詳細(xì)，如有疑問可聯(lián)系本人，本人研究方向?yàn)檩p合金先進(jìn)塑性連接，對(duì)塑性連接仿真實(shí)現(xiàn)有豐富經(jīng)驗(yàn)。
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自沖鉚接的實(shí)例教程
其中，SPR自沖鉚接工藝克服傳統(tǒng)鉚接工藝的外觀差、效率低以及工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)沖、鉚一次性完成，且連接過程不破壞板材的鍍層，為汽車車身的連接開辟了新途徑。目前，SPR技術(shù)已經(jīng)成為歐美高端車型制造中的關(guān)鍵連接技術(shù)之一，并且成熟應(yīng)用于寶馬、奧迪、美洲虎和沃爾沃等汽車的鋁鋼混合車身連接中，其中僅美洲虎鋁制車身連接中SPR鉚釘?shù)氖褂靡堰_(dá)3000多個(gè)。
為了使SPR工藝得到更廣泛的應(yīng)用，眾多國內(nèi)外企業(yè)和機(jī)構(gòu)對(duì)SPR工藝研究進(jìn)行創(chuàng)新性的研究，包括對(duì)其連接方式的重點(diǎn)關(guān)注，其中就有51ROBOT，作為工業(yè)機(jī)器人一站式服務(wù)平臺(tái)， 在SPR的研究和運(yùn)用上，51ROBOT利用自身優(yōu)勢(shì)，整合行業(yè)機(jī)器人、自沖鉚接工藝優(yōu)良技術(shù)等優(yōu)勢(shì)資源，聯(lián)合設(shè)立SPR連接技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，為客戶提供專業(yè)的自沖鉚接機(jī)器人系統(tǒng)解決方案。
從SPR工藝技術(shù)中突破
SPR工藝是通過液壓缸或伺服電機(jī)提供動(dòng)力將鉚釘直接壓入待鉚接板材，待鉚接板材在鉚釘?shù)膲毫ψ饔孟屡c鉚釘發(fā)生塑性變形，成形后充盈于鉚模之中，從而形成穩(wěn)定連接的一種全新的板材連接技術(shù)。
根據(jù)鉚釘?shù)男螤?，SPR自沖鉚接工藝可以分為：無鉚釘自沖鉚接、實(shí)心鉚釘自沖鉚接、半空心鉚釘自沖鉚接。在汽車車身連接中，既要考慮連接靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度又要考慮車身輕量化，因此大多數(shù)汽車生產(chǎn)企業(yè)選擇將半空心鉚釘自沖鉚接工藝應(yīng)用于輕量化汽車車身薄板的裝配。SPR工藝的力學(xué)特點(diǎn)決定了鉚接質(zhì)量，與鉚釘、模具、板材、沖壓設(shè)備等因素有關(guān)影響鉚接接頭性能。
SPR工藝的研究內(nèi)容主要是工藝參數(shù)的確定。研究表明，SPR技術(shù)的研究存在多個(gè)難點(diǎn)，一是鉚接設(shè)備的核心部位是沖頭和凹模，鉚釘形狀的設(shè)計(jì)直接決定了接頭的結(jié)合形式，如何選取合適的鉚接設(shè)備和工藝參數(shù)使其達(dá)到最佳匹配效果是最主要的難點(diǎn)。二是國內(nèi)大部分的SPR工藝設(shè)備及鉚釘是從國外直接購買，部分工藝參數(shù)無法更改。
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閑暇之余做了一個(gè)ABAQUS中的自沖鉚接教程
在鋼鋁混合車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，大量使用了鋼鋁混合車身連接工藝：
1）自沖鉚接（SPR）、自攻螺接（FDS）、螺栓連接、壓鉚、拉鉚等冷連接工藝；
2）鋁點(diǎn)焊、激光焊、鋁弧焊、鋁螺柱焊等熱連接工藝。
游俠汽車經(jīng)過多年的技術(shù)積累，在游俠X1車型車身制造中成功的應(yīng)用了鋼鋁混合車身連接工藝，高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)鋼鋁混合車身連接質(zhì)量要求。
二、成果創(chuàng)新點(diǎn)及解決的難點(diǎn)問題
游俠汽車在使用鋼鋁混合車身先進(jìn)連接工藝時(shí)，實(shí)現(xiàn)了兩大創(chuàng)新：
1）熱連接技術(shù)與冷連接技術(shù)的組合應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；
2）幾乎覆蓋了所有車身連接工藝。
解決了四大難點(diǎn)：
1）冷連接技術(shù)，消除了結(jié)構(gòu)膠的性能影響及對(duì)鍍層的破壞；
2）熱連接技術(shù)，游俠專有技術(shù)解決了鋁點(diǎn)焊電極與鋁材間的焊接電阻問題；
3）冷連接技術(shù)，解決了鋁點(diǎn)焊產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)干擾造成的信號(hào)丟失等缺陷；
4）自攻螺接可實(shí)現(xiàn)空腔結(jié)構(gòu)的連接。
三、國際水平對(duì)比分析
目前國際上采用鋼鋁混合車身結(jié)構(gòu)的車型連接方式主要有兩種方向：
1）采用自沖鉚接、壓鉚、拉鉚、鋁點(diǎn)焊等連接工藝，未使用自攻螺接，代表車型特斯拉鋼鋁混合車身；
2）采用自沖鉚接、自攻螺接等連接工藝，代表車型凱迪拉克CT6。
游俠X1在此基礎(chǔ)上，結(jié)合車身結(jié)構(gòu)及性能要求，對(duì)比自沖鉚接等冷連接工藝與鋁點(diǎn)焊等熱連接工藝的特性，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，綜合使用了上述連接方式。其所采用的連接工藝處于世 界 領(lǐng) 先水平。
四、成果應(yīng)用情況
游俠X1鋼鋁混合車身先進(jìn)連接工藝，通過三輪次、超過300組（自沖鉚接132組、鋁點(diǎn)焊及其他連接工藝200組）的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和整車實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，選擇出最優(yōu)的連接工藝組合，應(yīng)用在最合適的位置，并已實(shí)現(xiàn)連續(xù)8臺(tái)車身合格下線。
展開 此后，美國 EMHART 公司與德國 BOLLHOFF 公司也相繼開發(fā)出了自沖鉚接設(shè)備。Henrob 公司作為行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，在全世界范圍內(nèi)有超過 5 300 套設(shè)備在運(yùn)行，其在歐洲市場(chǎng)占有率高達(dá) 70%，中國目前有 60 多套。如圖 13 所示，自沖鉚接是通過半空心鉚釘刺穿上層板并與下層板之間通過塑性大變形形成機(jī)械自鎖來實(shí)現(xiàn)。要形成一個(gè)合格的自沖鉚接接頭，必須遵循三個(gè)基本原則。
(1) 鉚釘腿部在驅(qū)動(dòng)桿的推動(dòng)下刺穿上層板材，否則無法與下層板之間形成自鎖。
(2) 鉚釘腿部要在下層板中呈喇叭形張開，以使下層板能夠勾住張開的鉚釘腿，從而形成機(jī)械自鎖。在外觀滿足要求的情況下，接頭強(qiáng)度可通過圖13b 所示的底切量大小來衡量。
(3) 下層鋼板不能被穿透，以保證接頭具有良好的氣密性和抗腐蝕能力。
圖 13 自沖鉚接工藝過程及其接頭
目前，自沖鉚接方法已廣泛應(yīng)用于奧迪、寶馬、捷豹、沃爾沃、通用、福特和戴姆勒—克萊斯勒等公司鋁合金合身的制造，接頭疲勞強(qiáng)度可達(dá)電阻點(diǎn)焊的 2 倍 [18] 。國內(nèi)在自沖鉚接方面研究起步較晚，近幾年天津大學(xué) [19] 、華東交通大學(xué) [20] 以及清華大學(xué) [21]等圍繞鋁合金做了大量的理論和試驗(yàn)研究。上海交通大學(xué) [22-24] 針對(duì)鋁鋼異種連接研究了凹模、鉚釘尺寸等工藝要素對(duì)鋁—鋼自沖鉚接質(zhì)量的影響規(guī)律?？偠灾?，SPR 由于沒有熱輸入，已經(jīng)成為最具潛力的多材料車身連接方法。然而，高強(qiáng)鋼的引入使得 SPR 工藝面臨巨大挑戰(zhàn)。
(1) 如圖 14 所示，高強(qiáng)鋼變形困難，從鋼鉚向鋁時(shí)鉚釘內(nèi)會(huì)形成空腔，而從鋁鉚向鋼時(shí)，鉚釘腿部難以使下層鋼板產(chǎn)生足夠塑性變形以形成自鎖。由于高強(qiáng)鋼延展率低，容易出現(xiàn)鉚穿缺陷。另外，鉚釘也容易因強(qiáng)度不足發(fā)生墩粗甚至開裂。通過預(yù)熱可明顯改善高強(qiáng)鋼鉚接性能，但難以應(yīng)用于生產(chǎn)。
展開 全鋁車身則采用鉚接技術(shù)，車身連接處不會(huì)產(chǎn)生熱變形，無飛濺產(chǎn)生，沒有高溫，且鉚接機(jī)器人工作時(shí)的噪音也要明顯小于焊接機(jī)器人，因此車間內(nèi)噪音很小。
蔚來合肥工廠的全鋁車身車間為ES8白車身提供7種連接技術(shù)：熱融自攻鉚接（FDS）自沖鉚接（SPR）鋁點(diǎn)焊（RSW）冷金屬過渡弧焊（CMT）結(jié)構(gòu)膠（Adhesive）激光焊接（Laser）高強(qiáng)度抽芯拉（Monobolt）
ES8白車身應(yīng)用7種連接技術(shù)
這7種連接技術(shù)為蔚來ES8的白車身提供了質(zhì)量保障。例如，使用比例較大的自沖鉚接技術(shù)是一項(xiàng)航天工藝，通過電機(jī)提供的動(dòng)力將鉚釘直接壓入待鉚接板材，當(dāng)鉚接板材在鉚釘?shù)膲毫ο潞豌T釘發(fā)生塑性形變并成型后，充盈于鉚模之中。值得注意的是，自沖鉚接技術(shù)擁有更高的抗疲勞強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)剛度、抗腐蝕性、靜態(tài)緊固力等，能夠大幅增加車身強(qiáng)度。
要保證ES8全鋁車身的質(zhì)量，生產(chǎn)線設(shè)備的投入至關(guān)重要。據(jù)悉，蔚來合肥工廠全鋁車身車間的設(shè)備集成供應(yīng)商包括ABB、巨一、天津福臻等，生產(chǎn)線總共配置了261臺(tái)全鋁車身線ABB機(jī)器人。
值得注意的是，與焊接機(jī)器人匹配的焊槍和涂膠，蔚來也都選擇了國際一線供應(yīng)商，例如自沖鉚接（SPR）配套德國進(jìn)口TUCKER焊槍、熱融自攻鉚接（FDS）采用德國進(jìn)口DEPRAG焊槍、鋁點(diǎn)焊焊槍使用法國進(jìn)口ARO、涂膠用的SCA也是德國進(jìn)口品牌。所有的這些投入，均是為保證車身的連接強(qiáng)度，令效率和可靠性達(dá)到極致。
除了設(shè)備本身的投入外，蔚來合肥工廠全鋁車身車間還設(shè)置了全鋁車身在線檢測(cè)產(chǎn)線，該流程可全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全鋁車身的制造品質(zhì)，包括鉚接連接強(qiáng)度等要素均需經(jīng)過激光在線精度測(cè)量控制系統(tǒng)、鉚接點(diǎn)無損檢測(cè)和破壞性測(cè)試等流程，檢測(cè)無問題后才會(huì)進(jìn)入下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
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?？怂箍弟嚿硖摂M智能裝配解決方案針對(duì)汽車行業(yè)車身虛擬裝配全過程，該方案涵蓋了汽車車身裝配試制工藝全過程，包括冷連接（自沖鉚接、壓鉚等）、熱連接（弧焊、激光焊、電阻束焊、電阻點(diǎn)焊等）以及可以考慮前序的鈑金沖壓工藝的殘余應(yīng)力和變形結(jié)果，與?？怂箍祾呙铏z測(cè)方案聯(lián)合，不單單是基于標(biāo)稱幾何的仿真試制，而是能夠考慮結(jié)構(gòu)實(shí)際制造工藝造成的尺寸偏差，將掃描變形數(shù)據(jù)考慮到裝配仿真中。
自沖鉚接和接頭強(qiáng)度過程模擬，可變形的鉚釘穿過加工件，然后跟底層形成鉚接。實(shí)驗(yàn)中，有兩個(gè)參數(shù)可以判斷鉚接質(zhì)量，第一個(gè)是自鎖量，這是決定整個(gè)強(qiáng)度的關(guān)鍵。第二個(gè)底部厚度。SPG仿真的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分吻合。
Self-Piercing Rivet_0.mp4
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3、捷豹路虎XFL
XFL的白車身，除了前防撞梁的鋁件采用了一些焊接，其他地方都采用自沖鉚接的生產(chǎn)工藝。
每臺(tái)車身擁有多達(dá)2754個(gè)自沖鉚接點(diǎn)。
與傳統(tǒng)點(diǎn)焊相比，自沖鉚接的連接方式可使車身強(qiáng)度增加30%。
不會(huì)損傷金屬涂層。其中采用18種鉚模和30種鉚釘，并且定制匹配480種板材搭接。
凱迪拉克CT6車身材質(zhì)分布
在汽車工業(yè)，連接鋁材的主要方式有傳統(tǒng)的機(jī)械緊固SPR（自沖鉚接技術(shù)）和電阻點(diǎn)焊RSW。SPR是一種穩(wěn)健而且可替換的工藝，但是由于需要很多種鉚釘-鉚模組合，設(shè)備費(fèi)用昂貴；電阻點(diǎn)焊雖然技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)性高，但是受限于不能連接異種金屬。這2種工藝都要求雙邊可達(dá)，這使設(shè)計(jì)受限嚴(yán)重。
所以，熱融緊固件的技術(shù)是應(yīng)運(yùn)而生。
為了滿足使用要求，一套完整的電動(dòng)伺服式自沖鉚接系統(tǒng)包含自沖鉚接控制系統(tǒng)、自沖鉚接執(zhí)行系統(tǒng)兩個(gè)大的部分組成，自沖鉚接執(zhí)行系統(tǒng)又包含動(dòng)力提供機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、C型鉗、鉚鼻組件、從動(dòng)力機(jī)構(gòu)、棘輪供釘系統(tǒng)、鉚模及支撐件等附件組成。
圖3 自沖鉚系統(tǒng)效果圖
江淮也開展了對(duì)鋁合金發(fā)蓋內(nèi)外板的工藝開發(fā)與研究，圖3為發(fā)蓋內(nèi)板總成自沖鉚實(shí)物。
凱迪拉克CT6車身材質(zhì)分布
在汽車工業(yè)，連接鋁材的主要方式有傳統(tǒng)的機(jī)械緊固SPR（自沖鉚接技術(shù)）和電阻點(diǎn)焊RSW。SPR是一種穩(wěn)健而且可替換的工藝，但是由于需要很多種鉚釘-鉚模組合，設(shè)備費(fèi)用昂貴；電阻點(diǎn)焊雖然技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)性高，但是受限于不能連接異種金屬。這2種工藝都要求雙邊可達(dá)，這使設(shè)計(jì)受限嚴(yán)重。
所以，熱融緊固件的技術(shù)是應(yīng)運(yùn)而生。
· 鉚釘/自沖鉚接(SPR)：使用高速機(jī)械緊固工藝來連接板材，通常為鋼和鋁合金。
· 螺栓：使用預(yù)先鉆好的孔來插入螺栓和螺母，螺栓和螺母可以擰緊并鎖定，將兩種相似或不相似的材料放在一起。
· 激光點(diǎn)焊(LSW)：使用先進(jìn)的激光系統(tǒng)創(chuàng)建焊點(diǎn)，將金屬熔合到剛性聯(lián)接處。
3.6 釘載分配有限元分析結(jié)果
3.7 鉚接
介紹無鉚釘（clinch）鉚接、自沖鉚接(SPR)和金屬-聚合物混合結(jié)構(gòu)沖壓連接
3.8 機(jī)械連接疲勞
簡單介紹機(jī)械連接疲勞的特點(diǎn)及影響參數(shù)。
3.9 緊固件
介紹緊固件的選用、盲緊固件和環(huán)槽鉚釘?shù)取?/div>
