Analysis of stress distribution in the die during the self-piercing riveting process

• Autorzy: Mucha J.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amst-2016-0021

Warianty tytułu

PL

Analiza rozkładu naprężeń w matrycy w procesie nitowania bezotworowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper an analysis of the result obtained in numerical simulation of tools load during Al Mg 4.5Mn0.7 aluminium alloy sheets joining by SPR process. Numerical simulations of joining process were made, with use finite element method (FEM), in MSC.Marc 2010 commercial program. Experimental research of SPR joining process was made on test stand: press with electric drive and special tools. High precision of joint cross-sections from experimental and numerical research was obtained. It was observed that the surface pressure on the punch face depend on the rivet deformation and they are changing it non-linear way. The stress distribution change along line on the rivet head surface, through its center, is determined by the recess size of the tubular part of the rivet in the joined sheets. The results of numerical simulation can be used in developing process of SPR tools with shape modification.

PL

W pracy przedstawiono analizę wyników symulacji numerycznej obciążenia narzędzi w trakcie procesu SPR łączenia blach ze stopu aluminium Al Mg 4.5Mn0.7. Symulację numeryczną kształtowania połączenia wykonano metodą elementów skończonych (MES) z zastosowaniem komercyjnego programu MSC.Marc 2010. Próbę eksperymentalną połączenia zrealizowano na stanowisku badawczym składającym się z prasy o napędzie elektrycznym i zestawu narzędzi. Stwierdzono dużą dokładność kształtowania połączenia uzyskaną w eksperymencie i w symulacji numerycznej MES. Wykazano, że nacisk powierzchniowy na czole stempla formującego zależy od odkształcenia nita – nie zmienia się w sposób liniowy. Zmiana rozkładu naprężeń na przekroju głowy nita jest uwarunkowana głębokością zagłębienia części rurkowej łącznika w warstwę blach. Uzyskane wyniki symulacji numerycznej mogą stanowić podstawę do opracowania zmodyfikowanego kształtu narzędzi do kształtowania połączenia SPR.

Słowa kluczowe

EN

FEM numerical simulation; self-piercing riveting; tools load; tools for plastic forming

PL

symulacja numeryczna MES; nitowanie bezotworowe; obciążenie narzędzi; narzędzia do plastycznego formowania

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 40, nr 4
• Strony: 43--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Mucha J.

• Rzeszow University of Technology, Department of Machine Design, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] S. GAO, L. BUDDE: Mechanism of mechanical press joining. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 5(1994), 641-657.
• [2] W. VOELKNER: Present and future developments of metal forming: selected examples. Journal of Materials Processing Technology, 106(2000), 236-242.
• [3] W. VOELKNER, F. JESCHE, L. LACHMANN, Joining by forming: Newer developments. Journal for Technology of Plasticity, 1-2(2002), 5-17.
• [4] N. NONG, O. KEJU, Z. YU, Q. ZHIYUAN, T. CHANGCHENG, L. FEIPENG, Research on press joining technology for automotive metallic sheets. Journal of Materials Processing Technology, 137(2003), 159-163.
• [5] N. NONG, O. KEJU, Z. YU, Q. ZHIYUAN, T. CHANGCHENG, L. FEIPENG, Research on press joining technology for automotive metallic sheets. Journal of Materials Processing Technology, 137(2003), 159-163.
• [6] X. ZHANG, X. HE, B. XING, L. ZHAO, Y. LU, F. GU, A. BALL: Influence of heat treatment on fatigue performances for self-piercing riveting similar and dissimilar titanium, aluminium and copper alloys. Materials and Design, 97(2016), 108-117.
• [7] X. HE, Y.WANG, Y. LU, K. ZENG, F. GU, A. BALL: Self-piercing riveting of similar and dissimilar titanium sheet materials. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 80(2015), 2105-2115.
• [8] Y. DURANDET, R. DEAM, A. BEER, W. SONG, S. BLACKET: Laser assisted self-pierce riveting of AZ31 magnesium alloy strips. Materials and Design, 31(2010), 13-16.
• [9] Y. DURANDET, R. DEAM, A. BEER, W. SONG, S. BLACKET: Laser assisted self-pierce riveting of AZ31 magnesium alloy strips. Materials and Design, 31(2010), 13-16.
• [10] X. LIU, Y.C. LIM, Y. LI, W. TANG, Y. MA, Z. FENG, J. NI: Effects of process parameters on friction self-piercing riveting of dissimilar materials. Journal of Materials Processing Technology, 237(2016), 19-30.
• [11] R. NEUGEBAUER, F. JESCHE, M. ISRAEL: Enlargement of the application range of solid punch riveting by two-piece dies. International Journal of Material Forming, 3(2010), 999-1002.
• [12] J. MUCHA: The effect of material properties and joining process parameters on behavior of self-pierce riveting joints made with the solid rivet. Materials and Design, 52(2013), 932-946.
• [13] V. VAZQUEZ, D. HANNAN, T. ALTAN: Tool life in cold forging – an example of design improvement to increase service life. Journal of Materials Processing Technology, 98(2000), 90-96.
• [14] X. HE, I. PEARSON, K. YOUNG: Self-pierce riveting for sheet materials: state of the art. Journal of Materials Processing Technology, 199(2008)1-3, 27-36.
• [15] X. HE, F.GU, A. BALL: Recent development in finite element analysis of selfpiercing riveted joints. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 58(2012) 643-649.
• [16] J. MUCHA: A study of quality parameters and behaviour of self-piercing riveted aluminium sheets with different joining conditions. Strojniški vestnik – Journal of Mechanical Engineering, 57(2011), 323-333.
• [17] L. MAJEWSKI, A. TRĄBKA: Analysis of loadings carried by joints of die hammer MPM 10000 B. Advances in Manufacturing Science and Technology, 32(2008)3, 27-35.
• [18] A. BARAN-SADLEJA, A. ŁUKASZEK-SOŁEK, M. MOTYKA: Numerical and experimental analysis of isothermal forging process of ribbed plates made of 2099 aluminium alloy for aircraft structures. Advances in Manufacturing Science and Technology, 40(2016)3, 61-72.
• [19] A. KOCAŃDA: Zagadnienia materiałowe w konstrukcji oprzyrządowania do obróbki plastycznej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997.
• [20] B. FALK, U. ENGEL, M. GEIGER: Estimation of tool life in bulk metal forming based on different failure concepts. Journal of Materials Processing Technology, 80-81(1998), 602-607.
• [21] K. WAGNER, R. WÖLKL, U. ENGEL: Tool life enhancement in cold forging by locally optimized surfaces. Journal of Materials Processing Technology, 201(2008), 2-8.
• [22] J. MUCHA: The characteristics of h3201a steel sheet clinching joints. Advances in Manufacturing Science and Technology, 34(2010)4, 47-61.
• [23] Users Handbook: MSC, Marc Volume A: Theory and User Information, Version 2010, MSC Software Corporation (2010).
• [24] Users Handbook: MSC, Marc Volume BA: Element Library, Version 2010, MSC Software Corporation (2010).
• [25] J. MUCHA: Numeryczna analiza zjawisk zachodzących w procesie nitowania złącza typu „SPR”. Mechanik, 82(2009)4, 286-288.
• [26] J. MUCHA: The numerical analysis of rivet deformation when joining aluminum sheets using self-pierce riveting method. Computer Methods in Materials Science, 10(2010)3, 167-175.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).