[发明专利]一种自冲铆接头钉脚张开度的预测方法

权利要求书

1.一种自冲铆接头钉脚张开度的预测方法，其特征在于：所述自冲铆接头钉脚张开度的预测方法的具体步骤如下：

Step1、利用自冲铆接设备对试件进行自冲铆连接；

Step2、在铆接过程中能够从自冲铆接设备上获得该铆接接头的载荷-行程曲线；通过对该载荷-行程曲线中各采样点原始数据的斜率的计算，最后确定铆钉管腿开始扩张的临界点，即关键点；

Step3、通过对自冲铆接头子午面几何特征数学模型的构建以及数学推理，得出与关键点有关的自冲铆接头钉脚张开度的预测公式；

所述步骤Step2的具体步骤如下：

Step2.1、在对两个试件进行自冲铆连接时，能从自冲铆接设备获得该次铆接过程的载荷-行程曲线，通过载荷-行程曲线观察出在铆接过程中载荷随位移发生的变化，通过确定和提取各个采样点的载荷和行程数值，对各个采样点的载荷和行程数值进行处理，来获得各个采样点的斜率，计算公式如下所示：

其中，F'表示某采样点处的斜率，F表示某采样点的载荷，S表示某采样点的行程；△F表示相邻两个采样点的载荷差值，△F能用F_n-F_n-1计算得到，F_n表示采样点n点的载荷，F_n-1表示采样点n-1点的载荷，△S表示相邻两个采样点的行程差值，△S能用S_n-S_n-1计算得到，S_n表示采样点n点的行程，S_n-1表示采样点n-1点的行程；

Step2.2、依次循环Step2.1利用上述公式的计算方式，从而求出所有采样点即行程点的斜率大小；

Step2.3、再通过下述公式求出采样点n点斜率的导数；

其中，F”表示某采样点斜率的导数，F'表示某采样点的斜率，S表示某采样点的行程；△F'表示相邻两个采样点的斜率差值，△F'能用F'_n-F'_n-1计算得到，F'_n表示采样点n点的斜率，F'_n-1示采样点n-1点的斜率，△S表示相邻两个采样点的行程差值，能用S_n-S_n-1计算得到；

Step2.4、依次循环Step2.3求出所有采样点的斜率的导数；

Step2.4、当求出的采样点的斜率的导数为零时，表明此时对应的采样点为关键点S'。

2.根据权利要求1所述的自冲铆接头钉脚张开度的预测方法，其特征在于：所述Step3中，通过分析建立的自冲铆接头子午面几何特征数学模型来确定自冲铆接头钉脚张开度的数值△d的预测公式如下所示：

其中，C₂为铆钉(3)的长度相关系数，取决于铆钉(3)是否充分张开，其取值范围为0≤C₂≤1，d_max为铆接接头的载荷-行程曲线中总的行程，d₀为关键点S'对应的行程，C₁为铆接所采用的模具(4)和铆钉(3)匹配条件相关的系数，简称模钉相关系数，其取值范围为0≤C₁≤1，D_d为模具(4)内径，R_r为铆钉(3)管腿半径，t₁与t₂分别为上板(1)与下板(2)的厚度，h为模具(4)的深度。

3.根据权利要求1所述的自冲铆接头钉脚张开度的预测方法，其特征在于：所述步骤Step1中，对试件在进行清洗、画线操作后在自冲铆接设备上进行两个试件的自冲铆连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自冲铆接头钉脚张开度的预测方法，其特征在于：

所述步骤Step3中，所述自冲铆接头钉脚张开度的数值△d的预测公式的推导过程如下：

分析建立的自冲铆接头子午面几何特征数学模型示意图，通过几何关系得到：

其中，A点为铆钉(3)脚尖与上板(1)相接触的点投影到模具(4)上的点；B点为模具(4)底面与侧面的拐点，且A点与B点的连线垂直于模具(4)侧面，B点到模具(4)中心线的距离为模具(4)内径的一半，C点为自冲铆接头成型以后铆钉(3)脚尖所在的位置，O点就是关键点，也就是钉脚开始扩张点，E点为OC延长线与AB的交点，它出现在AB上的何处，取决于模钉比，D点为对应C点在线段AE上的一点，使三角形AOE和三角形DCE相似，Z点为模具(4)中心线投影到模具(4)上的点，且在线段BA的延长线上；

C₁为铆接所采用的模具(4)和铆钉(3)匹配条件相关的系数，简称模钉相关系数，ZB表示B点距离中心线距离即模具(4)内径一半D_d/2，ZA表示铆钉(3)脚未张开时A点距离中心线的距离即为铆钉(3)管腿半径R_r；当铆钉(3)硬度大或模具(4)内径小时，E点则接近A点，极限值C₁为0；当铆钉(3)硬度小或模具(4)内径大时，E点则逐渐靠近B点，极限值C₁为1，则模钉相关系数取值范围为：0≤C₁≤1；

点O、A和E三点能通过直角三角形OAE进行几何尺寸的计算，其中：

OA＝(t₁+t₂+h-d₀)

假设铆钉(3)扩张路径近似为直线，即OE为直线，因此：

OC＝C₂×(d_max-d₀)

其中，t₁与t₂分别为上板(1)与下板(2)的厚度，h为模具(4)的深度，d₀为关键点S'对应的行程，OA为铆钉(3)行程为d₀时钉脚尖到模具(4)内壁的竖直距离；C₂为铆钉(3)的长度相关系数，取决于铆钉(3)是否充分张开，其取值范围为0≤C₂≤1，d_max为铆接接头的载荷-行程曲线中总的行程；

因为，C点为自冲铆接头成型以后铆钉(3)脚尖所在的位置，位于线段OE上，D点为对应C点在线段AE上的一点，使三角形AOE和三角形DCE相似，通过数学公式推导得出：

将AE、OC和OE的公式带入，即计算得到自冲铆接头钉脚张开度的数值△d的预测公式为：

对于给定的自冲铆接头，基板厚度已知，其所采用的模具与铆钉工艺参数如模具(4)内径、模具(4)深度及铆钉(3)管腿内径参数均可直接获得，铆钉管腿开始扩张关键点行程及最大行程均通过载荷-行程曲线获得，因此，通过自冲铆接钉脚张开度简单预测公式，能不破坏接头而成功预测自冲铆接头钉脚张开度的数值。