一种低延伸率铝合金与钢板铆接剥离性能测试方法

技术领域

本发明涉及铆接测试技术领域，具体涉及一种低延伸率铝合金与钢板铆接剥离性能测试方法。

背景技术

随着汽车轻量化开发深度的不断增加，车身结构类零件越来越多地采用铝型材、压铸铝等材料制造。这些结构类零件在与周边钢制件连接时将不可避免地涉及到钢-铝等异种材料间的连接。对于钢-铝异种材料连接而言，因在其接头处存在界面脆性相、电化学腐蚀以及易于产生变形和内应力等问题，导致其连接强度普遍较低，从而一定程度上限制了其应用。铆接，特别是自冲铆接(SPR)以及热熔自攻丝铆接(FDS)，并配合以合适的结构胶材料应用可有效解决上述技术难点，但也带了新的技术问题。众所周知，车身连接接头强度的评估一般需要进行拉剪、L型机械剥离等强度测试，以掌握其综合的承载与受力情况。对于拉剪强度测试，目前已有完善的流程、标准及测试手段。但对于铝型材、压铸铝与车身钢板形成的铆接接头，由于铝型材、压铸铝材料的延伸率较低，导致其无法进行90度折弯，因而其L型机械剥离强度的测试往往无法进行。虽可通过开模具借助挤压、铸造等方式完成相应机械剥离连接用铝型材、压铸铝L型90度折弯料片的制备，而后再与相应折弯后的钢板样品进行连接，继而完成后续的机械剥离强度的测试。但这也将导致其制造成本、加工周期的大幅提升。为解决上述问题，亟待开发一种新的可实现低延伸率铝合金与钢板铆接接头机械剥离通用测试样品、装置及检测评价方法，取代L型机械剥离测试，以解决铝型材、压铸铝折弯件制备难、周期长及加工成本高的问题。首先需要设计开发出一种通用性较好、易于制备、具有对称性特征的机械剥离强度测试样品，且该样品连接前无需对铝型材、压铸铝材料进行折弯，只需对钢板件进行相应U型折弯，这样做的目的可有效消除传统L型机械剥离测试时因试样变形、双侧连接板材厚度不一致导致在拉伸夹持时带来的偏心问题，其次需开发出与之相匹配的测试装置，且该装置可满足铝型材与钢板、压铸铝与钢板连接接头的测试需求，并与现行力学性能试验机相适应，最后通过规定相应的测试流程完成测试，得到相应的铆接接头剥离连接强度。此外，考虑到铆接剥离强度受到被连接材料的种类、规格、生产厂家、热处理状态、试样尺寸、结构胶类型以及铆接质量等各种因素的影响，很难制定出一个通用的基准铆接剥离强度作为参考值用于评判铆接接头剥离强度的合格性。

发明内容

本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有技术中L型机械剥离测试中压铸铝折弯件制备难、周期长及加工成本高的缺陷，从而提供一种低延伸率铝合金与钢板铆接剥离性能测试方法。

一种低延伸率铝合金与钢板铆接剥离性能测试方法，包括以下步骤：

S1：制作铆接接头机械剥离测试样品和铆接接头机械剥离测试装置，将铆接接头机械剥离测试样品与铆接接头机械剥离测试装置组装形成测试组件；

S2：将测试组件上部夹持端安装在拉伸试验机的上部并夹紧，下部夹持端安装在拉伸试验机的下部并夹紧，并设定测试程序参数；

S3：启动测试程序直至铆接点发生剥离破坏，记录单个铆接接头的最大剥离力F；

S4：根据公式计算表征铆接接头剥离强度Fs，Fs＝Fp-2S，其中，Fp为n个铆接接头样品的最大剥离力F的平均值，其中5≤n≤10，S为样品的标准差；

S5：判断剥离强度测试结果的合格性，在该工艺下随机评估多个铆接接头机械剥离测试样品的最大剥离力，若测试结果均大于Fs，则判定为合格；反之则判定未不合格。

进一步，所述铆接接头机械剥离测试样品包括U型板、底板和铆接连接元件，所述U型板通过铆接连接元件固连在底板长度方向的中间区域位置，待测铆接点位于底板正中心处，所述底板上还设有两个第一通孔，两个所述第一通孔对称分布在底板上表面长度方向平分线的两侧，所述U型板的两个立面上都设有两个第二通孔。

进一步，所述铆接接头机械剥离测试装置包括下夹持单元和上夹持单元，所述下夹持单元夹持底板，所述上夹持单元夹持U型板；

所述下夹持单元包括两个紧固压板和T型加载块，所述T型加载块上对称设有两个第四通孔，两个所述紧固压板上都设有第三通孔，且第四通孔直径与第三通孔相同，所述T型加载块的上表面中心处设有盲孔，所述底板通过两个第一紧固螺栓和两个第一紧固螺母固连在T型加载块和两个所述紧固压板之间，所述第三通孔与第一紧固螺栓间隙配合，所述底板的下表面与T型加载块上表面贴合，底板的上表面与紧固压板贴合，待测铆接点背部的凸起与盲孔配合连接；

所述上夹持单元包括上部承载块，所述上部承载块的下部U型区域加工有两个第四通孔，所述U型板通过两个第二紧固螺母和两个第二紧固螺栓与上部承载块固连，第四通孔与第二紧固螺栓间隙配合，上部承载块的下部U型区域不与U型板内表面接触。

进一步，所述U型板的宽度记作W1,底板的宽度记作W2，U型板的宽度W1满足：30mm≤W1≤45mm，底板的宽度W2满足：W2＝W1。

进一步，所述紧固压板的宽度记作W3，所述T型加载块的宽度记作W4，紧固压板的宽度W3满足：W3＝W2，T型加载块的宽度W4满足：W3≤W4≤W3+15mm。

进一步，所述上部承载块的下部U型区域的宽度记作L2，U型板的双侧立面间的间隙记作L1，上部承载块的下部U型区域的宽度L2满足：L2＝W1，U型板的双侧立面间的距离L1的关系满足：L2+0.1mm≤L1≤L2+0.5mm。

进一步，所述盲孔的直径大于待测铆接点背部凸起的直径，所述盲孔的直径的深度大于待测铆接点背部凸起的深度。

进一步，所述U型板和底板之间涂有结构胶。

进一步，所述步骤S2中设定测试程序参数具体为：将位移加载速度设定为0.1mm/min-10.0mm/min。

进一步，所述铆接连接元件为SPR自冲铆钉、热熔自攻丝铆钉或者抽芯铆钉。

本发明的技术方案解决了铝型材、压铸铝无法折弯制备L型机械剥离样品的问题，避免了设计专用模具制备铝型材、压铸铝机械剥离样品带来的难度大、成本高、周期长等问题；本发明的技术方案消除了传统L型机械剥离样品测试时因试样变形、双侧板材厚度不一致导致的拉伸夹持偏心的问题，提高了测试结果的一致性与准确性；本发明采用的试样及装置简易，使用简便；本发明提供了一种铝型材、压铸铝与钢板形成的铆接接头剥离强度获取方法与合格性判定准则，对于同一固定状态下的铆接材料组合，该方法准确度高，使用简单，并且推广应用性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为铆接接头机械剥离测试样品示意图；

图2为下夹持单元示意图；

图3为上夹持单元示意图；

图4为铆接接头机械剥离测试组件示意图；

附图标记说明：

1-铆接接头机械剥离测试样品； 11-U型板；

12-底板； 13-结构胶； 14-铆接连接元件；

15-第一通孔； 16-第二通孔；

2-下夹持单元； 21-第一紧固螺栓； 22-紧固压板；

23-T型加载块； 24-第一紧固螺母； 25-第三通孔；

26-第四通孔； 27-盲孔； 28-第一摩擦面；

3-上夹持单元； 31-第二紧固螺母； 32-上部承载块；

33-第二紧固螺栓； 34-第四通孔； 35-第二摩擦面；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1：

测试1.0mm厚的St280钢板与2.5mm厚的6082-T6铝型材形成的热熔自攻丝铆接(FDS)接头的剥离强度，同时判断该工艺下形成的热熔自攻丝铆接(FDS)接头剥离强度的合格性，通过以下步骤实现：

S1：制作铆接接头机械剥离测试样品1和铆接接头机械剥离测试装置，将铆接接头机械剥离测试样品与铆接接头机械剥离测试装置组装形成测试组件；

请参阅图1至图4，FDS铆接接头机械剥离测试样品1由U型板11、底板12、结构胶13及铆接连接元件14组成。U型板11的制造材料为1.0mm厚的St280钢板，底板12的制造材料为2.5mm厚的6082-T6铝型材，结构胶13选择的是现生产中使用的1840C结构胶，铆接连接元件14选择的是现生产中使用的M5X22型FDS铆钉。其中，U型板11与底板12通过结构胶13及铆接连接元件14以胶铆复合接头的形式实现连接，连接之前需提前在U型板11的贴合表面上按要求涂抹适量结构胶13，连接完成后按照涂装烘烤要求，对接头进行180℃长达半小时的烘烤硬化，确保结构胶13发生固化。U型板11的底面连接于底板12长度方向的上表面,并位于底板12长度方向的中间区域位置，待测铆接点位于底板12正中心处，并且在底板12上设置有2个用于固定的第一通孔15，所述U型板11的两个立面上都设有两个第二通孔16其中，所述U型板11的宽度记作W1,底板12的宽度记作W2，U型板11的宽度W1满足：30mm≤W1≤45mm，底板12的宽度W2满足：W2＝W1，本实施例选定U型板11的宽度W1＝40mm，底板12的宽度W2＝40mm，两个第一通孔15对称分布于底板12上表面长度方向平分线的双侧，且第一通孔15在保证可装配不产生干涉的条件下，与U型板11立面间的距离尽量减小，U型板11的两个立面上的第二通孔16对称分布于底板12上表面长度方向的中心垂面的双侧。所述U型板11的制造材料为车身钢板材料，底板12的制造材料为铝型材或者压铸铝，底板12材料种类、尺寸规格及热处理状态与实际车身产品一致。结构胶13及铆接连接元件14采用实际车身产品结构中所采用的结构胶类型和铆接连接元件类型。

FDS铆接接头制备时采用实际构件中铆接接头形成的实际连接工艺及相应参数制备，铆接质量要求与实际车身产品中的铆接质量要求一致。

所述铆接接头机械剥离测试装置包括下夹持单元2、上夹持单元3两部分组成；所述下夹持单元2夹持底板12，所述上夹持单元3夹持U型板11；

所述下夹持单元2包括两个紧固压板22和T型加载块23，所述T型加载块23上对称设有两个第四通孔26，两个所述紧固压板22上都设有第三通孔25，且第四通孔26直径与第三通孔25相同，所述T型加载块23的上表面中心处设有盲孔27，所述底板12通过两个第一紧固螺栓21和两个第一紧固螺母24固连在T型加载块23和两个所述紧固压板22之间，所述第三通孔25与第一紧固螺栓21间隙配合，间隙为一般选用0.1-0.5mm，本实施例中选用0.25mm，所述底板12的下表面与T型加载块23上表面贴合，底板12的上表面与紧固压板22贴合，待测铆接点背部的凸起与盲孔27配合连接；所述紧固压板22的宽度记作W3，所述T型加载块23的宽度记作W4，紧固压板22的宽度W3满足：W3＝W2，T型加载块23的宽度W4满足：W3≤W4≤W3+15mm，本实施例中W3＝40mm，W4＝45mm。所述T型加载块23制造材料为40Cr中碳调质钢，通过数控加工中心加工制造，并在其夹持端的双侧表面加工有起防滑作用的第一摩擦面28。

所述上夹持单元3包括上部承载块32，所述上部承载块32的下部U型区域加工有两个第四通孔34，所述U型板11通过两个第二紧固螺母31和两个第二紧固螺栓33与上部承载块32固连，上部承载块32上部夹持端的双侧表面加工有起防滑作用的第二摩擦面35，第四通孔34与第二紧固螺栓33间隙配合，一般间隙为0.1-0.5mm，本实施例中选用0.25mm，上部承载块32的下部U型区域不与U型板11内表面接触，上部承载块32的下部U型区域的宽度记作L2，U型板11的双侧立面间的间隙记作L1，上部承载块32的下部U型区域的宽度L2满足：L2＝W1，U型板11的双侧立面间的距离L1的关系满足：L2+0.1mm≤L1≤L2+0.5mm，本实施例中L2＝40mm，L1＝40.5mm，上部承载块32的制造材料为40Cr中碳调质钢。

铆接接头机械剥离测试样品1与铆接接头机械剥离测试装置组装时，首先将铆接接头机械剥离测试样品1固定在T型加载块23上，第一紧固螺栓21依次穿过紧固压板22的第三通孔25、铆接接头机械剥离测试样品1的第一通孔15和T型加载块23的第四通孔26，并借助紧固螺母24紧固在T型加载块23的上表面上，而后上部承载块32的下部U型区域放入U型板11中，通过紧固螺栓33依次穿过第二通孔16、第四通孔34并借助第二紧固螺母31紧固在上部承载块32的U型区域的两侧，形成测试组件，并确保上部夹持端与下部夹持端的中性面在同一平面内，确保测试结果的准确性。

S2：将测试组件上部夹持端安装在拉伸试验机的上部并夹紧，下部夹持端安装在拉伸试验机的下部并夹紧，并设定测试程序参数；将位移加载速度设定为0.1mm/min-10.0mm/min，本实施例中位移加载速度设定为5.0mm/min。

S3：启动测试程序直至待测铆接点发生剥离破坏，记录单个铆接接头的最大剥离力F；按照设定的程序完成测试，并从电脑中读取得到单个铆接接头的最大剥离力F，本实施例测试后的5组铆接接头的最大剥离力分别为：5673N，5869N，6053N，5829N，6102N。

S4：考虑测量结果的波动，根据公式计算表征铆接接头剥离强度Fs，Fs＝Fp-2S，其中，Fp为n个铆接接头样品的最大剥离力F的平均值，其中5≤n≤10，进行数据处理时应对明显异常点进行及时剔除，S为样品的标准差；本实施例中Fs＝Fp-2S＝5556.48，n＝5，5个铆接接头样品的最大剥离力F的平均值Fp＝5905.2，样品的标准差S＝174.36。

S5：判断剥离强度测试结果的合格性，在该工艺下随机评估3个铆接接头机械剥离测试样品的最大剥离力，若测试结果均大于Fs，则判定为合格；反之则判定未不合格，本实施例中随机评估3个铆接接头机械剥离测试样品的最大剥离力分别为5555N、5548N和5530N，测试结果均小于于Fs，可判定该工艺条件下的铆接接头剥离连接强度不合格。

实施例2：

本实施例中测试0.7mm厚的St12钢板与2.5mm厚的AlSi10MnMg-T7压铸铝板形成的自冲铆接铆接(SPR)接头的剥离强度，其铆接前在St12钢板与AlSi10MnMg-T7压铸铝板之间涂有2098G结构胶，同时判断该工艺下形成的自冲铆接铆接(SPR)接头剥离强度的合格性，本实施例的方法步骤与实施例1相同，本实施例中铆接接头机械剥离测试样品和铆接接头机械剥离测试装置与实施例1中的相同且安装过程相同，本实施例中，U型板11的宽度W1＝35mm，底板12的宽度W2＝35mm，紧固压板22的宽度W3＝35mm，T型加载块23的宽度W4＝35mm，T型加载块23制造材料为42CrMo中碳调质钢，第三通孔25与第一紧固螺栓21配合间隙为0.25mm，第四通孔34与第二紧固螺栓33配合间隙为0.25mm，上部承载块32的下部U型区域的宽度L2＝35mm，U型板11的双侧立面间的距离L1＝35.2mm，本实施例中位移加载速度设定为2.5mm/min；按照设定的程序完成测试，测试后的8组铆接接头的最大剥离力分别为：6926N，7269N，7553N，7438N，7502N，4121N，7329N，7626N，剔除异常测试点4121N，考虑测量结果的波动，通过公式表征铆接接头剥离强度:Fs＝Fp-2S＝6908.75，7个铆接接头样品的最大剥离力F的平均值Fp＝7377.57，为样品的标准差S＝234.41，在该工艺下随机评估3个铆接接头机械剥离测试样品的最大剥离力，分别为7425N、7123N以及7732N，测试结果均大于Fs，可判定该工艺条件下的SPR铆接接头剥离连接强度合格。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。