镁合金与高强度钢异质板材 预冲孔无铆连接工艺研究

摘要

近年来，随着汽车行业的快速发展，汽车轻量化技术被越来越多的关注，通过采用轻质合金材料与高强度材料代替传统车身材料是实现汽车轻量化技术的主要方式，镁合金与高强度钢材料的同时应用使得镁合金与高强度钢异质板材的连接技术成为工程应用的关键。由于镁合金材料塑性差，高强度钢材料屈服强度高与表面硬度大的特点，传统的连接技术无法实现镁合金板材与高强度钢板材的有效连接。本文通过预冲孔无铆连接工艺实现了AZ31镁合金与22MnB5高强度钢异质板材的有效连接，对解决镁合金与高强度钢板材的连接问题有着重要的意义。　　本文首先建立了镁合金与高强度钢板材预冲孔无铆连接的CAD模型，通过DEFORM有限元分析软件对该工艺进行仿真，结果表明冲头随着竖直向下位移的增大其受力增大；影响接头质量的主要因素为颈部厚度、嵌入量以及底部厚度值；通过对接头应力应变与损伤的分析可知，影响接头质量的主要因素为接头的颈部厚度；通过单向拉伸有限元模拟仿真对预冲孔无铆连接接头的失效形式进行分析，结果表明接头沿轴向拉伸时会出现因颈部断裂产生的颈部断裂失效，接头沿切向拉伸时上板材在接头的颈部被直接切断。由此可知接头的主要失效形式为颈部断裂失效。　　然后，对模具的对中性与模具参数中的冲头拔模斜度、冲头半径、凹模半径与凹模深度对接头强度的影响进行分析，结果表明在预冲孔无铆连接过程中，模具的偏移会直接影响预冲孔无铆连接的接头强度，当模具严格对中时，通过控制变量法与正交试验法得出不同的模具参数对接头强度的影响不同，其中对颈部厚度影响最大的因素为冲头的拔模斜度，凹模深度次之，然后是冲头半径，凹模半径对颈部厚度的影响最小；对嵌入量影响最大的因素为冲头的拔模斜度，冲头半径次之，然后是凹模半径，凹模深度对接头嵌入量的影响最小；对底部厚度影响最大的因素为拔模斜度，冲头半径次之，然后是凹模半径，凹模深度对底部厚度的影响最小，在此基础上得出了预冲孔无铆连接的最优模具参数，并通过预冲孔无铆连接试验验证了工艺的可行性。　　最后，通过有限元模拟与试验相结合的方法研究温度对预冲孔无铆连接接头强度的影响，模拟结果表明：上板材的温度越低，接头处上板材的等效应变值越大、下板材的等效应力越大、接头的损伤越大，接头越不容易形成“C”形互锁结构；试验结果表明：镁合金板材温度越低，塑性流动性越差，在冲压连接成形时越容易发生断裂；随着温度增大镁合金塑性流动性增强，越容易形成有效的接头。通过模拟与试验得出，为实现镁合金与高强度钢异质板材的有效连接，镁合金板材的最佳试验温度为220℃。

目录

声明

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义（Background and Significance of the Research）

1.2 镁合金与高强度钢异质板材预冲孔无铆连接工艺国内外研究现状（ Research status of magnesium alloy and high strength steel plate hole-clinching technology at home and abroad）

1.3 本文的主要研究内容（The main research content and technical method）

2 镁合金与高强度钢的材料特性及预冲孔无铆连接工艺

2.1 引言（Foreword）

2.2 镁合金与高强度钢的材料特性（Material characteristics of magnesium alloy and high strength steel）

2.3 预冲孔无铆连接工艺分析（Analysis of hole-clinching process）

2.4 本章小结（Summary）

3镁合金与高强度钢板材预冲孔无铆连接工艺数值模拟分析

3.1 引言（Foreword）

3.2 预冲孔无铆连接工艺有限元建模（ Finite element modeling of hole-clinching）

3.3 预冲孔无铆连接模拟过程及结果分析（Simulation process and result analysis of hole-clinching）

3.4 本章小结（Summary）

4 工艺参数对预冲孔无铆连接接头强度的影响

4.1 引言（Foreword）

4.2 模具参数对预冲孔无铆连接接头强度的影响（The influence of mold parameters on the strength of hole-clinching joint）

4.3 模具的对中性对预冲孔无铆连接接头强度的影响（The influence of mold centering performance on the strength of hole-clinching joint）

4.4 上层板加热温度对预冲孔无铆连接接头强度的影响（The influence of upper material heating temperature on the strength of hole-clinching joint）

4.5 镁合金与高强度钢板材预冲孔无铆连接接头的失效情况（Failure of hole-clinching joint between magnesium alloy and high strength steel plate）

4.6 本章小结（Summary）

5 预冲孔无铆连接工艺试验研究

5.1 引言（Foreword）

5.2 预冲孔无铆连接工艺试验材料预处理（Material preparation of hole-clinching experiment）

5.3 预冲孔无铆连接工艺试验及结果分析（Experiment and result analysis of hole-clinching）

5.4 上板材试验温度对预冲孔无铆连接工艺的影响（ The influence of upper material experimenting temperature on the hole-clinching）

5.5 本章小结（Summary）

6 总结与展望

6.1 结论（Conclusion）

6.2 展望（Future work）

参考文献

作者简历

致谢

学位论文数据集