一种应用于户外广告牌的自冲铆接方法与流程

本发明涉及一种应用于户外广告牌的自冲铆接方法，属于自冲铆接工艺技术领域。

背景技术：

户外广告牌作为一种重要的宣传方式，广泛应用于各行各业。户外广告牌常被悬挂于屋顶、高架桥等醒目位置，增加了支撑体的承载量。在不影响户外广告牌整体性能的情况下，寻求一种减轻广告牌重量的方法成为必然趋势。目前市场上户外广告牌常采用钢结构支架与轻合金板材组合进行减重，通常运用传统铆接、点焊等传统连接技术对钢-轻合金材料组合进行连接。由于户外广告牌受风力动载荷、昼夜温差、雨雪等自然因素的影响，要求连接部位具有较高的强度、抗疲劳性能和良好的密封性。

传统铆接需要预先打通孔，再通过铆钉两端塑性变形形成机械外锁，接头密封性不好，液体易于侵入，连接处容易发生腐蚀导致接头强度和抗疲劳性能受损。轻合金板材与钢材使用焊接技术连接时，由于轻合金板材和钢材的熔点与热膨胀系数的巨大差异导致采用传统的电阻点焊方法难以实现钢-轻合金材料组合的可靠连接。

技术实现要素：

为了使户外广告牌连接具有更好的可靠性，接头密封性和防腐蚀性能更优，简化其连接工艺，本发明提供了一种应用于户外广告牌的自冲铆接方法。

本发明的技术方案是：一种应用于户外广告牌的自冲铆接方法，所述方法的具体步骤如下：

1）、根据户外广告牌的性能要求选择钢材5和轻合金板材6，其中轻合金板材6厚度为1.5mm-2mm，钢材5和轻合金板材6连接处的钢材厚度为1.5mm-2mm；

2）、选取铆钉1、冲头2、下模4及铆接参数对钢-轻合金材料组合3进行试铆试验，采用剖面直观检测法观察接头成形质量，要求接头钉头高度大于-0.5mm且小于0.5mm，钉脚张开度大于0.1mm，残余底厚大于0.15mm，通过观察接头成形质量不断优化铆接所用模具及参数，最终确定铆接所需的铆钉1、冲头2、下模4及铆接参数；

3）、用自冲铆接机对广告牌的钢材5和轻合金板材6连接处进行自冲铆接。

所述铆接参数为冲头行程、预压紧力、刺穿力和整形力。

本发明的工作原理是：

自冲铆接是一种连接两层或多层薄板材料的冷成型技术，其原理是使一个半空心自冲铆钉穿透上板，刺入但不刺穿底板并在底板中按下模形状展开铆钉裙。自冲铆接可分为夹紧、刺穿、展开、释放四个过程，如图7所示。自冲铆通过机械内锁而不是熔接连接，因此易于实现异质材料连接；与传统连接方法相比，有如下优势：可有效连接多层、有镀层的同种或异种材质和厚度及难以采用点焊连接的板材，生产周期短、自动化程度高、易实现批量现代化生产和过程在线监控，无需表面预处理、无需预打孔操作、工艺简单，操作环境安全友好、无废气、无粉尘、低噪音、低能耗等。

为了使户外广告牌连接具有更好的可靠性，接头密封性和防腐蚀性能更优，简化其连接工艺，运用自冲铆接技术对户外广告牌进行连接。自冲铆接技术应用于户外广告牌连接，需保证接头具有良好的静力学和抗疲劳性能。由于户外广告牌中轻合金板材与钢材之间的连接形式多为单搭和t型接头形式，申请人对钢-轻合金材料组合自冲铆连接的力学性能进行了试验研究。

本发明的有益效果是：使户外广告牌钢材和轻合金板材的连接性能可靠，保障了接头的密封性和防腐蚀性能；接头具有良好的静力学性能和抗疲劳性能，解决了传统连接方式对户外广告牌中钢-轻合金异种材料组合连接性能差的问题，实现户外广告牌的减重增效。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的自冲铆接过程示意图；

图3为本发明的自冲铆接头成形质量检测标准示意图；

图4为本发明的广告牌钢材（钢架）示意图；

图5为本发明的广告牌轻合金板材示意图；

图6为本发明图1的局部放大示意图。

图7为本发明实施例1试验所用接头形状及尺寸图，

图8为本发明实施例1接头的载荷-位移曲线图；

图9为本发明实施例2试验所用接头形状及尺寸图，

图10为本发明实施例2接头的载荷-位移曲线图；

图11为本发明实施例3试验所用接头形状及尺寸图，

图12为本发明实施例3接头的载荷-位移曲线图；

图13为本发明实施例4试验所用接头形状及尺寸图，

图14为本发明实施例4接头的载荷-位移曲线图；

图15为本发明实施例5试验所用接头形状及尺寸图，

图16为本发明实施例5接头的载荷-位移曲线图；

图17为本发明实施例5载荷-寿命(f-n)曲线图；

图中：1―铆钉，2―冲头，3―钢-轻合金材料组合，4―下模，5―钢材，6―轻合金板材。

具体实施方式

实施例1：一种应用于户外广告牌的自冲铆接方法，选用q215镀锌钢板(厚度为1.5mm)和al1420铝锂合金板(厚度为1.5mm)进行单搭自冲铆接试验及接头力学性能试验，接头的钉头高度为-0.27mm，铆钉张开度为0.81mm，残余底厚为0.62mm。研究表明al1420-q215材料组合单搭自冲铆接头静失效载荷均值为5448n，能量吸收值为15.3j，接头失效形式为下板与自冲铆钉分离；试验所用接头形状及尺寸如图7所示，接头的载荷-位移曲线如图8所示。

实例2：一种应用于户外广告牌的自冲铆接方法，选用q215镀锌钢板(厚度为1.5mm)和aa5052铝合金板(厚度为1.5mm)进行单搭自冲铆接试验及接头力学性能试验，接头的钉头高度为-0.44mm，铆钉张开度为0.63mm，残余底厚为0.63mm。研究表明aa5052-q215材料组合单搭自冲铆接头静失效载荷均值为3303.5n，能量吸收值为16.9j，接头因上板断裂失效；试验所用接头形状及尺寸如图9所示，接头的载荷-位移曲线如图10所示。

实例3：一种应用于户外广告牌的自冲铆接方法，选用q215镀锌钢板(厚度为1.5mm)和8090铝锂合金板(厚度为1.5mm)进行t型自冲铆接试验及接头的剥离性能试验，接头的钉头高度为-0.15mm，铆钉张开度为0.75mm，残余底厚为0.78mm研究表明8090-q215材料组合t型自冲铆接头最大剥离载荷均值为870.5n，接头的能量吸收值为27.2j，接头失效形式为上板与铆钉头接触区域拉断，宏观断口呈v型；试验所用接头形状及尺寸如图11所示，接头的载荷-位移曲线如图12所示。

实例4：一种应用于户外广告牌的自冲铆接方法，选用q215镀锌钢板(厚度为1.5mm)和aa5052铝合金板(厚度为1.5mm)进行t型自冲铆接试验及接头的剥离性能试验，接头的钉头高度为-0.44mm，铆钉张开度为0.63mm，残余底厚为0.63mm，研究表明aa5052-q215材料组合t型自冲铆接头最大剥离载荷均值为1008.4n，接头的能量吸收值为14.5j，接头失效形式为上板与铆钉分离，接头的内锁结构未破坏；试验所用接头形状及尺寸如图13所示，接头的载荷-位移曲线如图14所示。

实例5：一种应用于户外广告牌的自冲铆接方法，选用410不锈钢(厚度为2.0mm)与al1420铝锂合金(厚度为2.0mm)t型自冲铆接头进行疲劳试验，接头的钉头高度为-0.05mm，铆钉张开度为0.5mm，残余底厚为0.7mm，接头最大剥离载荷均值为2080n，疲劳试验所加载荷为正弦波，所用频率为2hz，应力比r为0.1；在30%应力水平下，接头疲劳寿命均值为54500次，接头失效形式为铆钉管腿断裂；在27%应力水平下，接头疲劳寿命为110000次，接头失效形式为靠近上板的铆钉管腿断裂；在25%应力水平下，接头疲劳寿命为438000次，接头失效形式为下板沿铆扣处断裂。试验所用接头形状及尺寸见图15，接头的载荷-位移曲线见图16；接头在每个载荷水平下的疲劳数据，获得双对数坐标下三组接头的最小二乘拟合直线，即载荷-寿命(f-n)曲线如图17所示。

以上实例证明，自冲铆接头具有稳定的力学性能和较高的疲劳强度，因此自冲铆接技术在钢-轻合金材料组合连接应用方面满足户外广告牌所需要的性能。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。