Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Nitowanie bezotworowe blach miedzianych – wybrane aspekty

Cacko R., Goliński J., Czyżewski P.

Przegląd Spawalnictwa

|

2018

|

R. 90, nr 2

45--49

PL

Metoda bezotworowego nitowania blach swój rozwój zawdzięcza głównie zmieniającym się wymaganiom w przemyśle motoryzacyjnym ze względu na zastosowanie nowych materiałów, zwłaszcza na elementy karoserii, i konieczności ich efektywnego łączenia. Obserwowane tendencje do stosowania w konstrukcjach elementów lekkich, a przy tym wytrzymałych, wykonanych ze stopów aluminium, kompozytów, tworzyw sztucznych itd., są tego przykładem. W referacie zaprezentowano wybrane aspekty prób zastosowania procesu nitowania bezotworowego do łączenia blach miedzianych. Zastosowano opracowaną wcześniej procedurę modelowania numerycznego procesu tworzenia połączenia i jego obciążania. Analizy numeryczne zostały zweryfikowane eksperymentalnie przy wykorzystaniu przemysłowego stanowiska badawczego wykorzystującego specjalny przyrząd wyposażony w zaprojektowany tor pomiarowy. Do symulacji wykorzystano komercyjne oprogramowanie ogólnego przeznaczenia MSC.Marc, służące m.in. do modelowania zjawisk o charakterze nieliniowym. Zaprezentowane wyniki mają charakter jakościowy i stanowią początek działań podejmowanych w ramach współpracy z firmą produkcyjną, mającej na celu optymalizację oraz opracowanie wewnętrznych wytycznych do projektowania połączeń blach miedzianych.

EN

The self-piercing riveting – SPR – for sheet metal joining owes its development mainly to the changing requirements of the automotive industry due to the use of new materials, especially for the body parts, and the need for their efficient joining. The observed trends to use for the structural components lightweight, yet durable, aluminum alloys, composites, plastics, etc., are examples of this tendency. The paper presents selected aspects of the attempts to use the SPR method for joining copper sheets. A numerical modeling of the process of joint formation and its loading was introduced. These analysis were verified experimentally using an industrial set-up consisting of a mobile unit for riveting equipped with a specially designed components for a measuring track settting. Simulation were carried out with commercial software based on the finite element method MSC.Marc, dedicated for the nonlinear analysis. The presented results are of a qualitative nature and are the beginning of activities undertaken in cooperation with the production company, aimed at optimizing and developing internal guidelines for the design of copper sheet joints.

2

Quality of self-piercing riveting (SPR) joints from cross-sectional perspective: A review

Haque R.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 1

83--93

EN

Self-piercing riveting (SPR) is a method used for joining sheet materials by creating a mechanical interlock between the sheets. SPR is of increasing interest in automobile industries due to its suitability for joining lightweight, high strength and dissimilar materials. The quality of an SPR joint from cross-sectional perspective is primarily characterized by the amount of mechanical interlock known as rivet flaring. Other parameters, such as rivet head height, bottom thickness and effective length of the rivet in the bottom sheet are also considered as quality parameters. However, the many factors that determine the quality of an SPR joint are poorly described in the literature and, as a consequence, the opportunities to develop new product and optimize the process are limited. In this paper, several of the key parameters that affect the quality of an SPR joint are described and some assistive technologies that have the potential of improving the quality of a joint are discussed. This is a zone in the field of SPR joining which has plenty of research opportunities. Innovative progress will be achieved by a combination of techniques, together with industrial trials and laboratory simulations.

3

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

Mucha J.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2016

|

Vol. 40, nr 4

43--54

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.

4

Nitowanie bezotworowe. Alternatywna metoda łączenia blach

Cacko R.

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2015

|

nr 5-6

137--140

PL

W artykule przedstawiono jedną z technik łączenia mechanicznego, zwaną nitowaniem bezotworowym (self – piercing riveting – SPR), stosowaną do łączenia blach. Wspomniano o pierwszych zastosowaniach, czynnikach wpływających na rozwój metody, porównano wybrane własności połączeń nitowanych z uzyskiwanymi na drodze innych metod łączenia. Nakreślone zostały cechy uzyskiwanych połączeń, wady i zalety metody analizy własności połączeń wynikające z różnorodności elementów układu nit – blachy – matryca.

EN

In the article one of the mechanical joininig techniques applied mainly for sheets – self-piercing riveting – is presented. Brief history of development, first applications and patents, factors affecting evolution of the method are recalled. Signal comparison between specified properties of the SPR and other joining techniques most commonly used in the industry, especially automotive, are introduced. The methods of the SPR joint formation analysis and quality assessment are described. The main components of the joint stack-up: rivet – sheets – die are examined.

5

Montaż wyrobów z wykorzystaniem technologii nitowania bezotworowego

Mucha J.

Świat Obrabiarek

|

2010

|

R. 5, nr 10-12

20-23

6

Analysis of the influence of a rivet yield stress distribution on the micro-SPR joint - initial approach

Presz W., Cacko R.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2010

|

Vol. 10, no 4

69-75

EN

One of the limitations related with joining several micro parts is the temperature generated during joining methods based on material heating. Temperature concentration could be a reason of severe difficulties with micro-manufacturing applications. It seems that modern mechanical joining technologies could significantly facilitate micro-parts fastening, since there is lack of temperature development during the process. Recently mechanical joining methods undergo considerable development and become more and more competitive in the industry. Among them, the self-piercing - SPR - technology is one of the most advanced and flexible. Initially, the automotive industry was a first application of the SPR, and then have been started to be use in other industry areas. In the paper, possibility of microrivet production by micro-forming with heat treatment elimination has been researched by means of FEM analysis. Required rivet strength is achieved by designed cold forming process and followed by effect of material hardening. Various stress distributions in the rivets are taken into account during numerical simulation to prove their influence on joining quality. Commercial FEM software MSC.Marc is used for numerical simulations.

PL

W łączeniu niektórych mikroelementów ograniczeniem doboru technologii jest możliwość wystąpienia miejscowych wzrostów temperatury. Warunek ten spełniają nowoczesne metody mechanicznego łączenia. W pracy opisano wstępną analizę zastosowania jednej z tych metod - nitowania bezotworowego. Metoda ta jest z powodzeniem stosowana w różnych dziedzinach techniki, ale nie była dotychczas użyta w odniesieniu do mikroelementów. W pracy przeanalizowano możliwość produkcji mikronitów technologią mikrokształtowania plastycznego na zimno. Efekt umocnienia materiału pozwala na wyeliminowanie standardowo stosowanej obróbki cieplnej. Na drodze symulacji MES porównano wpływ różnych sposobów uzyskania mikro-nitów na przebieg procesu mikrołączenia i jakość połączeń. Wykorzystano komercyjne oprogramowanie MSC.Marc.

7

Review of different material separation criteria in numerical modeling of the self-piercing riveting process - SPR

Cacko R.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2008

|

Vol. 8, no 2

21-30

EN

Numerical modeling of the SPR process can be very efficient way for optimization of the strength of a joint obtained by this method. During numerical simulation one of the important problems is to define precisely the moment of upper layer separation leading to rivet penetration of lower layer(s). In the paper, a review or selected material separation criteria available in commercial MSC software applied for the SPR process simulation is presented.

PL

Modelowanie numeryczne procesu nitowania bezotworowego SPR staje się efektywnym narzędziem w optymalizowaniu wytrzymałości uzyskiwanych tą drogą połączeń. Jednym z najważniejszych czynników wpływających na jakość komputerowego modelu jest dokładne określenie momentu rozdzielenia górnej warstwy umożliwiające wciśnięcie nitu w dolną warstwę i uzyskanie silnego połączenia. W artykule przedstawiono porównanie wybranych metod uwzględniania rozdzielenia materiału dostępnych w komercyjnym oprogramowaniu MSC opartym na metodzie elementów skończonych.

8

Rozwój technik wytwarzania złączy nitowych - nitowanie bezotworowe.

Mucha J.

Mechanik

|

2007

|

R. 80, nr 5-6

454-454

PL

W artykule opisano rozwijającą się nową technologię wykonywania złączy nitowanych bezotworowo (Self Piercing Riveting - SPR). Przedstawiono zastosowania takich połączeń: wyszczególniono najważniejsze zalety w odniesieniu do klasycznych metod stosowanych do chwili obecnej.

EN

Described is a new processing method to make self piercing riveted joints. Applications are presented and the most distinct advantages in comparison with currently applied conventional methods are specified.

9

Verification of numerical modelling of the SPR joint by experimentul stack-up

Cacko R, Czyżewski P.

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 1

124-129

EN

In recent years self-piercing riveting (SPR) technique became one of the most promising, especially in the automotive industry, for joining different materials, mainly because of lack of several limitations traditionally associated with most widely used spot-welding. Self – piercing riveted joints also differ significantly from other types of riveted joints such as those used in aircraft structures owing to the manner in which the joint is produced. In self-piercing riveting, a tubular rivet made usually from a high-strength steel alloy is forced through a pair of partially overlapping sheets that are supported by a circular die with an axisymmetric cavity. Although SPR is already applied by the industry with success, there is still lack of precise design criteria to obtain optimal strength of the joint. This fact limits this technology to be used more often. To have optimum strength of any SPR joint type (various materials, sheet thickness etc.) a set of analysis tools are needed. One is widely verified numerical model and other is experimental tolling allow to quickly join any shape. In Department of Metal Forming Warsaw University of Technology there are some projects carried out related with the SPR process. They are two directions specified: traditional (macro) technology and application of SPR in microforming area. After several trails of numerical modeling of both forming and loading different SPR joints the authors specified a general guidelines to carry out numerical simulaton of the SPR with a success. Now, a design of original experimental tools is verified. Both, forming a joint and its strength became aims of FEM simulation as the most promising tool to analyse various aspects of the joint development. The mechanical response of a self-piercing riveted joint is determined by both the residual stresses after the piercing operation and the stress and displacement fields induced by the applied loads. In this paper three-dimensional finite element analysis of riveted joints is performed to evaluate the load – induced local mechanical behavior and response features measured in the laboratory. To consider residual stresses due to piercing two-dimensional analysis of joining process giving information of stress/strain field existing around a joint are performed. First, 2D axisymmetrical FEM model is analysed to obtain SPR joint. Then stress/strain field got from 2D simulation is superimposed on 3D FEM model to analyze strength of a joint by loading in standard test schedule. Finally, experiments on originally designed tool stack – up are carried out. The shape of a joint, force flow during joint formation and force flow during loading a jont are compared between FEM simulations and experiments. Numerical simulation of both forming SPR joint and modeling of loading/strength of a joint are performed with commercial software MSC.Marc and MSC.SuperForm based on the FEM. Two sets od dies and thickness of material to be joint were chosen for verification. Finally, comparison of the results of numerical simulations and experimets are presented.

PL

W ostatnich latach nitowanie bezotworowe - self-piercing riveting (SPR) - staje się bardzo obiecującą techniką, zwłaszcza w przemyśle motoryzacyjnym, do łączenia blach z różnych materiałów. Jego atrakcyjność wynika głównie z powodu braku ograniczeń tradycyjnie związanych z najczęściej stosowanym do łączenia elementów cienkich zgrzewaniem punktowym. Przy zachowaniu cech tradycyjnego nitowania metoda SPR wyróżnia się sposobem powstawania połączenia. W nitowaniu bezotwo-rowym nit o specjalnym kształcie, zwykle ze stali lub stopów aluminium, jest wciskany w dwie - lub więcej - częściowo zachodzące na siebie warstwy. Do uzyskania połączenia jest ponadto wymagana matryca o specjalnie zaprojektowanym profilu, w który wpływa materiał łączonych blach i odkształcanego nitu. Odpowiednie dopasowanie kształtu matrycy do grubości blach, kształtu nitu oraz rodzaju materiałów stanowi największy problem w optymalizacji jakości połączenia. Chociaż metoda SPR jest już stosowana w przemyśle z częściowym sukcesem, wciąż brak jest jednoznacznych kryteriów projektowych, które umożliwiałyby w miarę szybkie optymalne projektowanie połączeń oraz pełniejsze wykorzystanie potencjału metody. W Zakładzie Obróbki Plastycznej Instytutu Technologii Materiałowych Politechniki Warszawskiej określono dwa kierunki badań metody SPR mające na celu zastosowanie modelowania numerycznego do określenia głównych czynników wpływających na optymalną wytrzymałość połączenia, oraz zaproponowanie modyfikacji nitowania bezotworowego do tworzenia mikropołączeń. Możliwości modelowania kształtowania połączenia jak i oceny jego wytrzymałości na drodze symulacji komputerowych zostały przez autorów wstępnie przetestowane. Obecnie poddano weryfikacji oryginalnie zaprojektowane stanowisko badawcze do wykonywania połączeń SPR. Wytrzymałość połączenia SPR jest związana z polem naprężeń pozostałym w strefie wokół połączenia po procesie kształtowania. W poniższej pracy przestawiono wybrane wyniki trójwymiarowego modelowania obciążania połączeń i porównania wyników symulacji z wynikami badań laboratoryjnych dla wybranych zestawów. W celu uwzględnienia stanu naprężeń w modelu MES powstałego po procesie nitowania przeprowadzono symulacje numeryczne osiowosymetrycznego modelu 2D. Następnie stan odkształceń/naprężeń został przeniesiony za pomocą specjalnej procedury do modelu trójwymiarowego. W dalszej kolejności poddano obciążaniu połączenia według jednego ze standardowych testów. Porównywano kształt połączeń oraz przebiegi sił podczas nitowania i obciążania połączeń uzyskane na drodze symulacji i z testów laboratoryjnych. Do obliczeń numerycznych wykorzystano komercyjne oprogramowanie firmy MSC - MSC.Marc i MSC.SuperForm - oparte na metodzie elementów skończonych.

10

Analiza numeryczna procesu bezotworowego nitowania - SPR

Cacko R., Czyżewski P.

Przegląd Mechaniczny

|

2003

|

nr 12

15-18

PL

W artykule zaprezentowano wstępne analizy dotyczące możliwości numerycznego modelowania procesu nitowania bezotworowego. Do obliczeń wykorzystano wybrane komercyjne programy oparte na metodzie elementów skończonych : LS_Dyna, Abaqus/Explicit, MSC.Marc oraz MSC.SuperForm. Najlepsze wyniki uzyskano za pomocą programów Abaqus i Marc, głównie ze względu na zastosowanie w nich dodatkowych procedur.

EN

Lightweight and high resistance materials like composites, aluminium alloy, plastics etc. are widely use in constructions. Joining these materials using conventional techniques has some limitations or is impossible. A solution of the problem may be self- -piercing riveting process (SPR). This paper presents preliminary FEM analysis of SPR process including technology description and process simulation using LS-Dyna, Abaqus/Explicit and MSC.Marc programmes. Presented results are the preliminary stage of SPR process optimisation and deve-lopment. The project is realised with financial support provided by State Committee for Scientific Research.

11

Analiza numeryczna procesu bezotworowego nitowania - SPR

Cacko R., Czyżewski P.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2003

|

z. 201

175--180

PL

W ostatnich latach obserwowane są wyraźne tendencje do stosowania w konstrukcjach elementów lekkich, a przy tym wysoko wytrzymałych, wykonanych ze stopów aluminium, kompozytów, tworzyw sztucznych, itd. Łączenie takich materiałów metodami uważanymi za konwencjonalne niesie za sobą szereg niedogodności lub staje się wręcz niemożliwe. Jednym z rozwiązań jest nitowanie bezotworowe - SPR (SelfPiercing Riveting). W referacie zaprezentowano próby numerycznej analizy tego procesu przeprowadzone za pomocą wybranych, komercyjnych programów komputerowych opartych na metodzie elementów skończonych. W pierwszej części pokrótce omówiono technologię SPR. Następnie opisany został przegląd możliwości zamodelowania procesu SPR z wykorzystaniem programów LS_Dyna, Abaqus/Explicit oraz MSC/Marc. Zaprezentowane wyniki mają charakter jakościowy i stanowią początek działań podejmowanych w ramach projektu KBN mającego na celu optymalizację oraz opracowanie wytycznych do projektowania procesu nitowania bezotworowego.

EN

Although spot welding is widely used by the industry as an efficient sheet joining technique, it has some limitations in emerging lightweight construction using composite materials and aluminum. This is the reason why other methods are still under consideration and advanced research. One of them is self piercing riveting (SPR). The main advantages of this process are related with absence of the thermal decomposition in the material and the coating, absence of pollution, relatively simple equipment needed, ability to join various materials with different layers and coatings and finally leak proof joint obtained. Though this technology is being used for some time, the validity/quality of a joint stm depends on experimental parameters without real understanding of process mechanics. Ił has to be underlined, that even all design criteria are fulfilled, there is still no guarantee that strength of a joint is optimal. The main aim of this paper is to present preliminary analysis of residual stresses in the joint (rivet and sheets) after a rivet is developed. Commercial explicit FEM codes LS-Dyna, Abaqus/Explicit and MSC/Marc are used for process simulation.