压铆螺钉压铆过程阶段的划分

　　针对压铆螺钉铆接的简化模型，分析其压铆过程。设冲头初速度为0，整个压铆过程由冲头接触压铆螺钉开始，到压铆螺钉发生塑性变形，完全成形为止。这个过程被划分为5个阶段：

　　阶段1此阶段以冲头接触压铆螺钉开始，随着位移的增长，压铆力逐渐增大，使得压铆螺钉开始发生变形，钉杆整体镦粗。当钉杆接触到铆接件时，这个阶段结束。因此此阶段只涉及到压铆螺钉的变形，压力尚未传递到铆接件，不考虑铆接件的受力变形。铆钉最初阶段受力图见图1所示。

图1    压铆螺钉最初阶段受力图

　　阶段2此阶段以压铆螺钉杆接触铆接件的边缘开始，随着冲头位移的增加，压铆螺钉与孔内壁接触区域开始变大，直到应力在铆接件厚度上均匀分布，阶段2就结束了。

　　此时镦粗的压铆螺钉杆与铆孔的圆周面充分接触，尚未形成镦头，压铆螺钉中的金属以向下流动为主，近似于挤压型的金属流动。如图2所示，在钉杆与孔周的接触面，扩张力f'的方向垂直于钉杆与孔周接触面的方向，摩擦力f的方向是与铆钉轴线平行的作用点所在处的接触面的切线方向。

图2   钉杆下部受力图

　　阶段3随着冲头位移的增加，压铆螺钉头部开始局部镦粗，形成镦头，接触到铆接件的金属板面。压铆螺钉头与铆接件之间的接触区域的摩擦力使得金属流动发生改变。同时铆接件因为受到镦头的压力开始发生变形。当镦头达到目标尺寸后，冲头停止移动。在此阶段，铆接件不仅在孔周围受到压铆螺钉膨胀带来的压力，而且铆钉镦头开始接触到铆接件，受到镦头的压力作用和镦头延展带来的摩擦力作用。接触面包括铆钉镦头和铆接板的接触、压铆螺钉和孔之间的接触等。设此时铆钉杆中的金属向下流动已趋于饱和，向两侧的金属流动为主要流动方式，如图3所示。

图3    镦头形成金属流动示意图

　　阶段4冲头位移减小，载荷降低。但压铆螺钉镦头仍然与冲头相接触，压铆螺钉弹性回复。

　　阶段5冲头离开压铆螺钉，压铆过程结束。