綠色連接技術(shù)實(shí)驗指導(dǎo)書

1、 材料連接新技術(shù) 實(shí) 驗 指 導(dǎo) 書 編者：何曉聰 昆明理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院創(chuàng)新制造技術(shù)研究所 2013年11月說明和評分1 實(shí)驗前，必須認(rèn)真作好實(shí)驗準(zhǔn)備。根據(jù)實(shí)驗要求進(jìn)行預(yù)習(xí)，實(shí)驗方案需經(jīng)教師審核通過后才能進(jìn)入實(shí)驗室進(jìn)行實(shí)驗。2 進(jìn)入實(shí)驗室，首先應(yīng)該熟悉相關(guān)的實(shí)驗設(shè)備、了解設(shè)備的基本原理及其使用方法。3 根據(jù)實(shí)驗原理和實(shí)驗要求進(jìn)行實(shí)驗前準(zhǔn)備工作，包括所需要的板材、連接工藝經(jīng)驗參數(shù)。4 觀察實(shí)驗中的現(xiàn)象，對連接接頭質(zhì)量進(jìn)行評價，及時調(diào)整工藝參數(shù)，并進(jìn)行記錄。實(shí)驗評分標(biāo)準(zhǔn)：實(shí)驗成績按在實(shí)驗室學(xué)生的實(shí)際操作情況和實(shí)驗報告情況綜合評分1） 實(shí)驗實(shí)作成績評分：以學(xué)生在實(shí)驗室中完成實(shí)驗內(nèi)容、實(shí)驗要求和試驗結(jié)

2、果等給出評定成績，評定按：不及格、及格 、中、良、優(yōu)；2） 實(shí)驗報告成績：按照學(xué)生完成實(shí)驗報告的要求，對實(shí)驗現(xiàn)象的觀察、思考和實(shí)驗結(jié)果的分析等情況評定成績。初評按：不及格（60以下）、及格（60-69） 中（70-79）、良好（80-89）、優(yōu)秀(90-100)五檔；3） 綜合實(shí)驗成績評定按百分制。實(shí)驗一 自沖鉚連接實(shí)驗一 實(shí)驗?zāi)康?. 了解自沖鉚連接的工藝過程和成形原理；2. 了解自沖鉚設(shè)備的連接操作過程；3. 了解和理解自沖鉚連接的質(zhì)量判斷依據(jù)及連接原則。 二、 實(shí)驗內(nèi)容三、 1綠色連接有哪些新技術(shù)？2自沖鉚連接的工藝過程，及其應(yīng)用領(lǐng)域。自沖鉚連接為機(jī)械冷成型連接方法。自沖鉚連接時不用預(yù)先

3、打孔，在沖頭的作用下，特制鉚釘穿透上板材后，在鉚模的作用下，鉚釘腿部的中空結(jié)構(gòu)擴(kuò)張刺入但并不刺穿底層板材，從而形成牢固的機(jī)械內(nèi)鎖。自沖鉚連接可用四個階段來描述：夾緊：沖頭壓緊鉚釘?shù)缴习灞砻?，使板材組合貼緊模具；刺穿：沖頭推動鉚釘刺穿上板并進(jìn)入底板；擴(kuò)張：底層板材材料流入模具且鉚釘管腿張開，在基板中形成一個機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)；釋放：當(dāng)沖頭達(dá)到預(yù)定沖壓力值時，停止并返回。根據(jù)自沖鉚的連接工藝特征，可見該技術(shù)可以用于連接那些難以點(diǎn)焊的材料組合，例如異種輕合金板材、復(fù)合板材、多層板材,以及有夾層板材的連接等?；谶@些優(yōu)勢，自沖鉚連接技術(shù)可以有效的用于汽車、建筑、家用電器、航天器等結(jié)構(gòu)的制造裝配中。2. 自沖

4、鉚連接時，常用的連接流程。本次自沖鉚連接實(shí)驗中采用Bollholf公司生產(chǎn)MTF型自沖鉚設(shè)備，該設(shè)備配備有平底凹模和帶凸臺的凹模。自沖鉚連接時，常用的連接流程為： 待連接板材和所用鉚釘型號的確定； 基于板件特性，參考經(jīng)驗工藝參數(shù)，連接工藝參數(shù)的確定； 開啟連接設(shè)備，并對軟件進(jìn)行設(shè)置，打開質(zhì)量在線監(jiān)測窗口； 確定待連接點(diǎn)的位置，進(jìn)行試鉚； 判定連接質(zhì)量是否合格 如果質(zhì)量合格，確定參數(shù)，進(jìn)行鉚接，并觀察質(zhì)量在線監(jiān)控窗口。如果不合格，返回流程修改參數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行其余步驟。3. 目前常用的自沖鉚連接的質(zhì)量判斷標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。影響自沖鉚連接質(zhì)量的參數(shù)大致分為三類：1） 幾何參數(shù)；2） 材料參數(shù)；3） 工藝參數(shù)。

5、在連接過程中，待連接板材、鉚釘和鉚模已經(jīng)選定，幾何參數(shù)和材料參數(shù)基本確定。通過合理設(shè)置工藝參數(shù)是獲良好的自沖鉚連接質(zhì)量的重要因素。 對于連接后的接頭的質(zhì)量評價方法主要有兩大類：直接實(shí)驗法和截面觀察法。本次實(shí)驗中主要針對截面觀察法進(jìn)行介紹。在后續(xù)的課程實(shí)驗中再隨直接實(shí)驗法進(jìn)行相關(guān)介紹。 在采用截面觀察法對自沖鉚連接質(zhì)量進(jìn)行評價時，目前國際上常用的指標(biāo)為（如圖1所示）：圖1 自沖鉚接頭的鉚接點(diǎn)剖面模型1） 釘頭高度：釘頭高度是指鉚釘頂面與上板頂面間的垂直距離。2） 殘余底厚：殘余底厚一般是指鉚釘腳尖與底部下表面之間的垂直距離。同時指出，殘余底厚有時也會出現(xiàn)在接頭底面其它部位，如鉚模中心錐尖處。3）

6、 內(nèi)鎖長度：內(nèi)鎖長度是指鉚釘腳刺入底板并張開后，鉚釘腳尖與刺入點(diǎn)之間的水平距離。4） 釘腳張開度：釘腳張開度是釘腳柱外表面與鉚釘腳尖之間的水平距離。實(shí)驗二 壓印連接實(shí)驗一、 實(shí)驗?zāi)康?. 了解壓印連接的工藝過程和成形原理；2. 了解壓印設(shè)備的連接操作過程；3. 了解和理解壓印連接的質(zhì)量判斷依據(jù)及連接原則。 二、 實(shí)驗內(nèi)容3壓印連接的工藝過程，及其應(yīng)用領(lǐng)域。壓印連接為機(jī)械冷成型連接方法，通過待連接板材發(fā)生塑性大變形實(shí)現(xiàn)連接。它對材料原有的特性幾乎沒有損傷，反而在擠壓作用下，晶粒細(xì)化，承載能力提高。壓印連接在沖頭和凹模作用下,通過一個簡單的沖壓過程將被連接的薄板件冷擠壓壓入凹模, 由于薄板件的塑性

7、變形，在連接點(diǎn)處形成兩板件之間的機(jī)械內(nèi)鎖而實(shí)現(xiàn)連接。壓印連接工藝過程可分為初期壓入、初期成形、塑性成型、保壓、反壓五個階段。壓印連接點(diǎn)可以是圓形點(diǎn)，也可以是矩形點(diǎn)。圓形點(diǎn)連接是金屬板件在圓形點(diǎn)模具的作用下，發(fā)生內(nèi)部形變，形成圓形的連接點(diǎn)，外形美觀，內(nèi)應(yīng)力均布，主要適用于軟質(zhì)材料和薄板材料的連接。矩形點(diǎn)連接復(fù)合了切割和變形的工藝過程，主要適用于硬質(zhì)材料和不銹鋼板件的連接。根據(jù)壓印的連接工藝特征，該技術(shù)可以用于鋁合金、鎂合金等新型薄板輕質(zhì)材料的連接?；谶@些優(yōu)勢，壓印連接技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，例如奧迪、寶馬、保時捷和豐田等眾多公司。2. 壓印連接時，常用的連接流程。本次壓印連接實(shí)驗中采用RI

8、VCLINCH公司生產(chǎn)XX06 P50 PASS型壓印設(shè)備，該設(shè)備配備有圓形凹模和矩形凹模。壓印連接時，常用的連接流程為：待連接板材和所用凹模結(jié)構(gòu)的確定；基于板件特性，參考經(jīng)驗工藝參數(shù)，連接工藝參數(shù)的確定；開啟連接設(shè)備；確定待連接點(diǎn)的位置，進(jìn)行試壓；判定連接質(zhì)量是否合格如果質(zhì)量合格，確定參數(shù)，進(jìn)行壓印連接，并測量接頭底厚值。如果不合格，返回流程，修改參數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行其余步驟。3. 目前常用的自沖鉚連接的質(zhì)量判斷標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。壓印連接的連接點(diǎn)質(zhì)量由成型的鑲嵌量和幾何尺寸決定的，因此判斷連接點(diǎn)的質(zhì)量可以通過測量連接點(diǎn)的底厚值來判斷是否合格。例如，當(dāng)待連接板材總厚度為4mm，標(biāo)準(zhǔn)底厚值應(yīng)為1.4mm。連接

9、接頭在實(shí)際應(yīng)用中面臨抗剝離和抗剪切2種工況，表征接頭機(jī)械性能的重要指標(biāo)是接頭最大抗拉力和最大抗剪力，而兩者又主要受到連接點(diǎn)處頸厚值、自鎖值兩者的共同影響。接頭的質(zhì)量判斷標(biāo)準(zhǔn)如下，各參數(shù)所代表的意義參見圖1所示。圖1 壓印接頭斷面示意圖（嵌入量s和頸厚值t）如圖所示，接頭斷面質(zhì)量可以用下列指標(biāo)來衡量: (1)足夠大的s和t，以保證良好的接頭強(qiáng)度和機(jī)械自鎖性能；(2)下板料部位1與凹模之間應(yīng)該充分接觸，不應(yīng)有翹曲或抬起；(3)板料部位2充滿凹模型腔，圓角半徑?。?4)上、下板料在部位3處完全、緊密接觸，不存在間隙；(5)在接頭的頸厚處(部位5)的材料未發(fā)生過分的拉延變形；(6)接頭底部6處的板料厚

10、度不可太薄，以保證接頭強(qiáng)度。 實(shí)驗三 粘接連接實(shí)驗一、 實(shí)驗?zāi)康?. 了解粘接連接的工藝過程和成形原理；2. 了解粘接連接的操作過程；3. 了解和理解粘接連接的質(zhì)量判斷依據(jù)。 二、 實(shí)驗內(nèi)容1. 粘接連接的工藝過程，及其應(yīng)用領(lǐng)域。粘接是一種化學(xué)、物理連接技術(shù)，粘合是兩個不同的物體接觸時所發(fā)生的相互作用。目前對于粘接理論可以歸納為以下幾種：1) 機(jī)械嵌合理論2) 吸附理論3) 化學(xué)鍵理論4) 擴(kuò)散理論5) 靜電理論6) 弱界面層理論粘接連接的主要特點(diǎn)：可減輕構(gòu)件重量；可簡化機(jī)械加工工藝，降低制作成本；容易連接許多異種材料和異形材料；粘接表面光滑，可提高氣動性能，可分散應(yīng)力；粘接劑密封性能良好，可

11、簡化密封結(jié)構(gòu)；省工、省料、省時、省能耗；勞動強(qiáng)度低，且不動火、不用電、節(jié)能、無害、安全等?；谡辰舆B接的特點(diǎn)，用途概括起來，主要為如下幾個方面：各種材料產(chǎn)品的粘接、組合；各種設(shè)施的密封或絕緣；設(shè)施的維修；材料、設(shè)施的防護(hù)；熱處理、表面處理等領(lǐng)域的特殊用途，如防電鍍、防滲碳、防滲氮、防碳氮共滲、防淬火。2. 粘接連接時，常用的連接流程。粘接工藝包括粘接前的準(zhǔn)備、接頭設(shè)計、配制粘接劑、涂敷、合攏、固化和質(zhì)量檢測等。一. 粘接前的準(zhǔn)備常用的表面清除方法有脫脂處理法、機(jī)械處理法和化學(xué)處理法。1.表面脫脂處理方法：有機(jī)溶劑去油，目前常用的脫脂方法有有機(jī)溶劑法、堿液法與表面活性劑法。2.機(jī)械處理法：常用的手工工具有鋼絲刷、銅絲刷、刮刀等；機(jī)械方法有車削、刨削、砂輪打磨等。采用機(jī)械方法處理表面，給表面提供了適當(dāng)?shù)拇植诙?，增加了有效的粘接面積，改善了粘接性能。3.化學(xué)處理法：有酸性溶液和堿性溶液兩種處理方法。二. 粘接接頭設(shè)計設(shè)計粘接接頭時應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1) 盡可能使粘接接頭膠層受壓、受拉伸和剪切作用，不要使接頭受剝離和劈