اثر هندسه قالب در استحكام اتصال ورق‌هاي ‌آلومينيوم 3105 متصل شده با فرايند كلينچينگ

The effect of the die geometry on the joint strength of Al 3105 aluminum sheets joined by the clinching process

مقاله حاضر اثر هندسه قالب در فرآيند كلينچينگ را بر استحكام اتصالات ايجاد شده را بررسي كرده است. ورقهايي از جنس آلومينيوم Al3105 با قالبهايي با هندسه مختلف به هم متصل شدهاند. پس از تعيين محدوده نيروي مناسب براي ايجاد اتصال(25 تا 32 كيلونيوتن) ، اثر هندسه قالب بر استحكام اتصال با آزمونهاي برش و جدايش بررسي شده است. نتايج نشان ميدهد كه هندسه قالب و عمق نفوذ سنبه عوامل اصلي در تعيين ميزان قفل مكانيكي و ضخامت گلويي هستند. در محدودهاي كه اتصال مكانيكي مناسبي بين دو ورق ايجاد مي شود، هندسه قالب اثر قابل توجهي بر روي استحكام و هندسه اتصال دارد، اما تاثير نيروي كلينچ ناچيز است. قطر سنبه هاي مورد بررسي 4، 4/5 و 5 ميليمتر بوده است كه قطر سنبه 5 ميليمتر مقدار بهينه ميباشد. در قطرهاي بالاتر از مقدار بهينه، به دليل كاهش اختلاف قطرهاي سنبه و ماتريس، ضخامت گلويي ورق بالايي كاهش يافته و منجر به ايجاد پارگي در اتصال ميشود. از سوي ديگر در قطر سنبه كمتر از مقدار بهينه، به علت لقي بالا، خروج ماده از منطقه كف سنبه راحت‌تر بوده، در نتيجه مقدار قفل مكانيكي و استحكام اتصال كمتر مي‌شود. با وجود تاثير ناچيز نيروي كلينچ بر روي استحكام اتصال، اثر آن بر روي ظرفيت جذب انرژي اتصال قابل ملاحظه است، به گونه اي كه در يك نيروي كلينچ بهينه، ظرفيت جذب انرژي اتصال حداكثر خواهد بود. بالاترين استحكام اتصال توسط سنبه 5 ميليمتري و با اعمال نيروي كلينچ 30 كيلونيوتني بدست آمد كه استحكام برشي آن 1355 نيوتن بوده است.

In this paper, the effect of the die geometry on the joint strength of the clinching process is investigated. The AA3105 aluminum sheets are joined using different die geometries. After determining the suitable range of the joining load (25-32kN), the effect of the die geometry on the joint strength is considered, using shear and peel tests. The results indicate that the die geometry and punch penetration depth are the most important parameters affecting the joint mechanical interlock and neck thickness. In the range of proper mechanical joint, the die geometry has a great effect on the strength and geometry of the joint, while the effect of clinching load is negligible. The investigated punch diameters were 4, 4.5, and 5mm, where the optimum punch diameter was 5 mm. At the diameters higher than the optimum value, due to the low clearance between the punch and die, the neck thickness is reduced, leading to the joint failure. However, at the diameters lower than the optimum value, due to the higher clearance, the material flows easily from the bottom side, leading to a weakness in the mechanical interlock and joint strength. Although a negligible effect of clinching force on the joint strength, its effect on the joint energy absorption capacity is meaningful. As the joint energy absorption capacity will be the highest at an optimum clinching load. The highest joint strength was achieved at the punch diameter and clinching force of 5mm and 30kN, which resulted in the joint shear strength of 1355N.