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試驗材料選取牌號為5000系鋁合金，料厚選用車(chē)身結構常用的1.0mm和1.4mm；鋼板選用牌號為CR3、CR340，厚度為0.7mm、0.8mm、1mm和1.3mm；板材性能見(jiàn)表1。

無(wú)釘鉚接接頭通過(guò)靜載荷破壞試驗測定接頭抗剪和抗拉強度。因為單搭接頭是車(chē)身結構中常見(jiàn)的接頭形式，試樣規格見(jiàn)圖3，剪切試樣尺寸85mm×35mm，搭接量為30mm；十字拉伸試樣尺寸為120mm×35mm，定位孔直徑10mm。鉚接試樣在萬(wàn)能試驗機CMT4304上進(jìn)行靜載荷破壞試驗，整個(gè)試驗過(guò)程控制速度為10mm/min。

無(wú)釘鉚接接頭剖視圖是試樣接頭經(jīng)過(guò)線(xiàn)切割加工獲得，并對其進(jìn)行鑲嵌、拋光打磨、腐蝕處理，在光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察獲取剖視圖相應形貌參數數據。

3.2.1無(wú)釘鉚接鉚接方向確定

為了確定鉚接方向，選取CR3鋼板和5000系鋁合金，分別選取不同料厚和鉚接方向，評估無(wú)釘鉚接接頭剖視圖形貌參數，其中互鎖深度值作為評判鉚接質(zhì)量的重要依據。

從上表2可以得知，針對鋼鋁無(wú)釘鉚接連接，同等料厚不同鉚接方向均可以形成較好的互鎖，互鎖狀態(tài)對于材料敏感度不大；不同料厚，鉚接方向從薄到厚時(shí)，互鎖深度明顯下降。因此，料厚是無(wú)釘鉚接連接互鎖的主要影響因素，無(wú)釘鉚接連接方向首選從厚板到薄板。

3.2.2無(wú)釘鉚接鉚接工藝參數確定

無(wú)釘鉚接模具工藝參數影響鉚接互鎖深度和鉚接質(zhì)量，為了獲取最優(yōu)工藝參數，采用田口方法對模具進(jìn)行選型，如圖4所示，試樣料片組合選取0.8mm的CR3鋼板和1.4mm的5000系鋁板。

控制因子分別選取沖頭直徑，凹模深度和底 厚值，每個(gè)控制因子3水平，見(jiàn)表3。

互鎖深度作為響應結果，噪音因子為潤滑劑， 癥狀為接頭突起或板料出現裂紋。運用正交列表 工具進(jìn)行優(yōu)化，建立望大特性正交實(shí)驗L9。正交試驗組合及試驗結果見(jiàn)表4。

從表 4 可以看出，試驗 5 的互鎖深度最大， 從而確定無(wú)釘鉚接最優(yōu)工藝參數為沖頭直徑 5.5 mm，凹模深度1.2 mm，底厚值為0.8 mm。

由于行業(yè)內尚未有判斷鋼鋁連接接頭的力學(xué)性能的合適標準，鑒于SPR已經(jīng)在鋼鋁混合車(chē)身結構中廣泛應用，因此以SPR接頭的力學(xué)性能為基準來(lái)判斷無(wú)釘鉚接接頭的力學(xué)性能。在相同料厚和材料種類(lèi)的條件下，設計了試樣級別的接頭剪切和十字拉伸靜載荷破壞試驗，測量無(wú)釘鉚接和SPR2種連接方式的抗剪和抗拉失效載荷。

試驗試樣鋼板牌號為CR3，料厚為0.8mm；鋁合金牌號為5000系，料厚為1.4mm。2種連接方式分別選取最優(yōu)鉚接方向，其中無(wú)釘鉚接為由厚到薄，SPR為由薄到厚，由硬到軟。每組試驗有5個(gè)樣本，每組試樣拉伸、剪切載荷破壞的載荷-位移曲線(xiàn)及失效模式如圖5~圖8所示。

3.3.1剪切靜載荷破壞試驗分析

從圖5和圖6可知，在剪切載荷狀態(tài)下，無(wú)釘鉚接連接失效模式為上層板頸部斷裂，最大失效載荷為1620N，失效平均位移0.46mm；SPR連接失效模式為上層板撕裂，最大失效載荷為2364N，失效平均位移4.95mm。

進(jìn)一步分析，在剪切載荷狀態(tài)下，兩者均有一定的塑形緩沖吸能，無(wú)釘鉚接的抗剪強度達到SPR的68.5%，但無(wú)釘鉚接接頭在發(fā)生最大失效時(shí)的平均位移明顯低于SPR，僅為SPR的9.3%。

進(jìn)一步分析，在拉伸載荷狀態(tài)下，2種連接方式接頭失效均為脆性斷裂，無(wú)塑性變形緩沖區，無(wú)釘鉚接抗拉強度約為SPR的60.6%，無(wú)釘鉚接失效平均位移也低于SPR，達到SPR的65%?？傊?，相比SPR連接，無(wú)釘鉚接接頭力學(xué)性能雖有所降低，但可以應用在非主要承載的車(chē)身結構區域。

為了進(jìn)一步分析無(wú)釘鉚接接頭的靜力學(xué)性能，對車(chē)身結構應用無(wú)釘鉚接連接形成設計指導，分別從材料等級、鉚接方向、材料料厚3個(gè)方面，結合接頭剖視圖形貌參數和靜載荷破壞試驗數據，分析其對鋼鋁無(wú)釘連接的靜力學(xué)性能影響。

試樣尺寸和試驗方法如上所述，試驗中選取車(chē)身結構低載荷區域常見(jiàn)材料牌號及料厚，5000系鋁合金厚度為1.0mm，鋼板牌號分別為CR3、340LA，料厚分別選取0.7mm、1.0mm、1.3mm，試驗組合及試驗結果如表5所示。

3.4.1材料等級影響

選取料厚均為1.0mm的前4種組合，分析材料等級對無(wú)釘鉚接連接靜力學(xué)性能的影響。最大剪切力、最大拉伸力、互鎖深度值和失效模式等試驗結果如表6所示。

從圖9分析可知，剪切失效模式主要取決于上層板強度，上層板強度高于下層板時(shí)，剪切失效模式一般為上層材料的連接點(diǎn)斷裂；當上層板強度低于下層板時(shí)，隨著(zhù)下層板強度的增加，剪切失效模式由連接點(diǎn)拉脫轉為連接點(diǎn)斷裂；同樣，剪切強度主要取決于上層材料強度，隨著(zhù)上層材料強度的提升而增大。

相同料厚下，十字拉伸的失效模式均為連接點(diǎn)拉脫，與材料等級無(wú)關(guān)；抗拉載荷隨著(zhù)材料強度提升而下降。

互鎖深度隨著(zhù)材料載荷的提升而降低，因為材料強度越高，連接時(shí)材料變形越困難，互鎖難度越大。

3.4.2鉚接方向影響

同樣，基于前4種組合數據，可分析鉚接方向對無(wú)釘鉚接連接靜力學(xué)性能的影響，如圖10所示。

無(wú)釘鉚接連接方向從高載荷到低強度，雖然互鎖深度差異不大，但抗剪載荷明顯增大，組合1比組合2提升53.4%，組合3比組合4提升45.6%；連接方向為高強度到低強度，雖然互鎖深度差異不大，但抗拉強度明顯下降，組合1比組合2下降33.6%，組合3比組合4下降29.4%

3.4.3 料厚影響

選取組合及試驗結果數據如表7所示，對比分析料厚對無(wú)釘鉚接工藝參數及靜載荷破壞強度的影響。

從表7及圖11可知，針對抗剪強度，上層料厚越厚，互鎖深度越大，頸部厚度越大，抗剪強度越高；下層料厚越厚，上層材料變形越困難，雖然互鎖深度增大，但頸部厚度越薄，抗剪強度越低。針對抗拉強度，上下層料厚越厚，互鎖深度越大，拉伸強度也越高。

所以，提高抗剪強度，需要較厚的上層料厚或較薄的下層料厚；上下層料厚的增加均可提升抗拉強度。

4 結論