第15卷 第4期
摘要：目的 针对目前车用高强钢和高强度铝合金板料在无铆连接工艺上出现的成形接头效果不佳及接头强 度难以满足实际工况等问题，提出一种钢/铝异种材料热无铆塑性连接工艺，以有效提高 22MnB5 高强钢与 7050 铝合金铆接接头性能。方法 通过软件 Abaqus 建立钢/铝异种材料无铆塑性连接有限元模型，对塑性连接接头尺寸特性进行分析；进一步通过仿真分析研究高强钢初始铆接温度对接头截面颈厚与自锁值的影响，并采用拉伸试验研究铝板在不同初始温度下及成形接头在不同冷却方式下对无铆塑性连接接头性能的影响。结果 将有限元仿真分析结果与试验的金相图进行了对比研究，得出二者成形接头的尺寸基本吻合，并 产生了有效的机械自锁，证明了仿真模型的准确性。随后，经仿真分析确定，钢加热至 700 ℃时，接头颈厚值与自锁值均最大，分别为 0.402、0.357 mm，该成形温度下接头特征尺寸最佳。最后，通过试验分析发现，常温铆接、阀冷、室冷、水冷的拉力峰值分别为 2.076 3、5.314 0、2.411 1、2.024 0 kN。由此可得，热处理后接头的抗剪切强度较常温铆接提高了 28.5%，在 3 种冷却方式处理下，阀冷的接头强度最佳，水冷的接头强度最差。结论 通过对比分析，确定了 22MnB5 钢加热至 700 ℃且铝仅经热传导并采用阀冷时进行无铆塑性连接的接头强度最佳。
图1 热无铆连接工艺原理
图4 成形接头温度变化
图5 接头主要特征尺寸参数
图9 板料搭接方式
图10 钢加热至 700 ℃、铝不加热的接头性能拉伸曲线
图11 钢 700 ℃、铝 75 ℃接头性能拉伸曲线
图12 钢 700 ℃、铝 150 ℃接头性能拉伸曲线
总结：
通过仿真钢加热至不同温度的情况研究其对接头主要尺寸的影响，并对采取不同冷却方式处理后接头的抗拉强度及剪切强度进行拉力验证，得出以下主 要结论。
1）以 22MnB5 高强钢及 7050 铝合金板料为研究对象，并于 Abaqus 仿真软件中建立钢/铝异种材料的热铆接有限元模型，通过仿真和试验相结合并进行比较验证的方式，证明了工艺的可行性和模型的有效性。
2）为了分析 22MnB5 钢加热温度对成形接头特征尺寸的影响，通过仿真控制高强钢不同的初始温度，并对仿真结果测量得出 tN 和 tu 皆表现出先增大后减小的趋势，进而分析得出 700 ℃是高强钢的最佳铆接初始温度。
3）以接头抵抗拉伸载荷的能力作为判断接头力学性能的标准建立试验，分析十字、一字 2 种搭接方式下的拉伸试验结果，得出高强钢加热至 700 ℃、铝合金不加热铆接，并对成形接头进行阀冷处理时效果最佳，接头抗拉伸能力最强。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.006
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
谷东伟，陈光，李奇涵，高嵩等.钢/铝薄板热无铆连接接头力学性能研究[J]. 精密成形工程, 2023, 15(4): 49-57.
Gu Dongwei, Chen Guang, Li Qihan, GAO Song et al. Study on Mechanical Properties of Hot Riveted Joint of Steel/Aluminum Sheet [J]. Precision Forming Engineering, 2023, 15(4): 49-57.
