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

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.

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.