一种应用于户外交通标志牌的自冲铆接方法 |
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| 申请号 | CN201710328107.2 | 申请日 | 2017-05-11 | 公开(公告)号 | CN107282844A | 公开(公告)日 | 2017-10-24 |
| 申请人 | 昆明理工大学; | 发明人 | 何晓聪; 邓聪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种应用于户外交通标志牌的自冲 铆接 方法，属于自冲铆接工艺技术领域。本发明根据户外交通标志牌的性能要求选择标志 底板 和滑槽；对选择的底板-滑槽材料组合进行自冲铆试验研究；用自冲铆接机对户外交通标志牌的标志底板和滑槽连接处进行自冲铆接。本发明通过使用自冲铆接代替 点焊 连接，保障了接头的 密封性 和防 腐蚀 性能，可以显著提高 铝 合金 接头的静拉伸强度和疲劳强度；铆接前无需对材料表面进行预处理，解决了传统方式对户外交通标志牌底板和滑槽连接性能较差以及现场安装时费时费 力 等问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种应用于户外交通标志牌的自冲铆接方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下： |
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| 说明书全文 | 一种应用于户外交通标志牌的自冲铆接方法技术领域[0001] 本发明涉及一种应用于户外交通标志牌的自冲铆接方法，属于自冲铆接工艺技术领域。 背景技术[0002] 户外交通标志牌在我国道路交通系统中使用量巨大，其多采用覆盖有反光膜材料的铝合金薄板作为底板，底板固定在型铝或型钢滑槽上，由于标志牌常年受风力动载荷、昼夜温差、雨雪等自然因素的影响，因此要求其各个连接部位具有较高的静力学性能、疲劳强度以及密封性能和耐腐蚀性能。目前标志底板与滑槽使用的连接方式多为焊接，由于点焊技术难以实现对铝合金等轻合金的有效连接，且点焊接头的疲劳强度不高，导致标志牌底板和滑槽的连接性能较差，严重影响了现有交通标志牌的使用寿命。 发明内容[0003] 本发明提供了一种应用于户外交通标志牌的自冲铆接方法，用以解决传统方式对户外交通标志牌底板和滑槽连接性能较差以及现场安装时费时费力等问题。 [0004] 本发明的技术方案是：一种应用于户外交通标志牌的自冲铆接方法，所述方法的具体步骤如下：S1、根据户外交通标志牌的性能要求选择标志底板2和滑槽3；其中，标志底板2的厚度为1.5 mm-2.0 mm，滑槽3厚度为1.5 mm-2.0 mm； S2、对选择的底板-滑槽材料组合6进行自冲铆试验研究，采用剖面直观检测法观察接头成形质量，检测指标包括钉头高度、钉脚张开度和残余底厚值，选择合适规格的铆钉4、冲头5、下模7和压边圈8，确定接头的最优自冲铆接参数； S3、用自冲铆接机对户外交通标志牌的标志底板2和滑槽3连接处进行自冲铆接。 [0005] 所述铆钉4为半空心自冲铆钉。 [0006] 所述半空心自冲铆钉内径为5.3 mm。 [0007] 所述铆接参数为：预紧力50 bar，刺穿力180 bar-190 bar，整形力110 bar-140 bar。 [0008] 所述标志底板2和滑槽3材料是金属板材。 [0009] 所述自冲铆接机为可变喉颈自冲铆接设备。 [0010] 本发明的有益效果是：通过使用自冲铆接代替点焊连接，保障了接头的密封性和防腐蚀性能，可以显著提高铝合金接头的静拉伸强度和疲劳强度；铆接前无需对材料表面进行预处理，解决了传统方式对户外交通标志牌底板和滑槽连接性能较差以及现场安装时费时费力等问题。此外，在接触面之间加入粘接剂等中间层材料仍可进行铆接，可增加接头接触面密封性，同时也可以提高接头疲劳强度。铆接过程没有废气废水产生，因此相对点焊技术对环境更加友好，铆接过程可以使用手持便携式自冲铆钉枪现场作业，同时可以通过在线铆接质量监控系统确保铆接质量稳定，同时提高作业效率。附图说明 [0011] 图1是本发明技术方案中户外交通标志牌的示意图；图2是本发明技术方案中自冲铆接过程示意图； 图3是本发明技术方案中自冲铆接头截面图； 图4是本发明技术方案中板材搭接形式主视示意图； 图5是本发明技术方案中板材搭接形式俯视示意图； 图6是1420铝锂合金自冲铆试件进行拉伸试验后的位移-载荷曲线图； 图7是1420铝锂合金点焊试件进行拉伸试验后的位移-载荷曲线图； 图8是5052铝合金自冲铆试件进行拉伸试验后的位移-载荷曲线图； 图9是5052铝合金点焊试件进行拉伸试验后的位移-载荷曲线图； 图10是Q215镀锌钢和1420铝锂合金自冲铆试件进行拉伸试验后的位移-载荷曲线图； 图11是Q215镀锌钢和1420铝锂合金点焊试件进行拉伸试验后的位移-载荷曲线图； 图中各标号：1-连接点，2-标志底板，3-滑槽，4-铆钉，5-冲头，6-底板-滑槽材料组合， 7-下模，8-压边圈、9-防扭矩垫片。 具体实施方式[0012] 实施例1：一种应用于户外交通标志牌的自冲铆接方法，选择1420铝锂合金薄板（厚度为1.5mm，长度为110mm，宽度为20mm，搭接部分长20mm）作为试验材料，如图4所示，采用相同板材搭接形式，对上述板材采用德国Böllhoff公司生产的自冲铆接设备（如可以为可变喉颈自冲铆接设备）进行自冲铆连接试验，试验过程参照GB2649-89焊接接头力学性能试验取样方法。所采用的铆钉为镀锌硼钢半空心铆钉，其钉腿直径为5.3mm。如图3所示，由于自冲铆接的连接机理是铆钉脚在被连接板材内部发生塑性大变形，形成机械内锁来连接板材，难以通过接头外观准确判断其成形质量优劣。因此采用剖面直观检测法来评价接头成形质量，并参照三个检测标准：钉头高度、残余底厚、钉脚张开度。经过多次试铆得到1420-1420接头的最优截面。分析接头成形质量后确定铆接工艺参数为：预压紧压强50bar，刺穿压强190bar，整形压强140bar，冲头行程132.4mm。铆接过程通过自冲铆接在线监控系统保证铆接质量。采用中频直流逆变点焊机对同样尺寸的1420铝锂合金薄板进行点焊连接试验，通过对焊点进行外观检验非破坏性牢度检验确定焊接工艺参数为：电极压力0.3MPa，焊接时间500ms，焊接电流29kA。 [0013] 采用MTS公司Landmark100电液伺服材料试验机进行拉伸-剪切试验，试验拉伸速率设定为5mm/min；为降低试验过程中附加扭矩导致的接头静力学性能误差，在试件两端分别夹持尺寸为25mm×20mm×1.5mm的防扭矩垫片9，如图4、5所示。分别对两种接头进行几次重复性拉伸-剪切试验，获得1420自冲铆接头和点焊接头的载荷-位移曲线见图6和图7。 [0014] 实施例2：一种应用于户外交通标志牌的自冲铆接方法，选择5052铝合金薄板（厚度为2.0mm，长度为110mm，宽度为20mm，搭接部分长20mm）作为试验材料，连接试验过程以及拉伸-剪切试验均和实施例1相同，确定铆接工艺参数为：预压紧压强50bar，刺穿压强180bar，整形压强110bar，冲头行程130.38mm。确定焊接工艺参数为：电极压力0.3MPa，焊接时间500ms，焊接电流17kA。通过拉伸剪切试验获得5052自冲铆接头和点焊接头的载荷-位移曲线见图8和图9。 [0015] 实施例3：一种应用于户外交通标志牌的自冲铆接方法，滑槽选择Q215镀锌钢(厚度为1.5mm)，标志底板1420铝锂合金薄板（厚度为1.5mm，长度为110mm，宽度为20mm，搭接部分长20mm）作为试验材料，连接试验过程以及拉伸-剪切试验均和实施例1相同，确定铆接工艺参数为：预压紧压强50bar，刺穿压强190bar，整形压强110bar，冲头行程132.4mm。确定焊接工艺参数为：电极压力0.3MPa，焊接时间200ms，焊接电流11kA。通过拉伸剪切试验获得Q215镀锌钢和1420铝锂合金自冲铆接头和点焊接头的载荷-位移曲线见图10和图11。 [0016] 以上实例试验结果如下表所示，通过对试验结果进行分析，采用自冲铆接技术相比传统点焊，其平均静失效载荷和平均能量吸收值明显提高。 [0017] 通过对图6 图11所示位移-载荷曲线进行分析，点焊接头在载荷达到最大值后立~刻下降，卸载较快，而自冲铆接头卸载较慢，这是由于自冲铆接头失效过程中上下板及铆钉发生了明显的塑性变形，其失效模式多为板材撕裂造成的失效，无脆性断裂产生；而点焊接头由于焊点塑性较差，其失效模式多为焊点处发生脆性断裂，这导致其卸载较快，结合平均能量吸收值的比较，可以看出自冲铆接头的缓冲吸震性能较好。此外，由于自冲铆接成形过程属于机械冷成形，其接头塑性较好，可知其疲劳性能优于传统点焊连接。 [0018] 以上实例证明，自冲铆接头相较点焊接头具有更好的静力学性能、缓冲吸震性能以及疲劳强度，能充分满足户外交通标志牌的性能需要。 [0019] 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。 |
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