Clinching is a method of joining sheet metals together. This process can be substituted for the resistance spot welding on the joining of aluminum alloys. However, the joining strength of the clinching is lower than that of welding and riveting. The objective of this paper is to evaluate the effect of shape parameters of tools on the joining strength of the clinching and to optimize clinching tools. Twelve parameters have been selected as shape parameters on the clinching tools such as punch and die. The design of experiments (DOE) method is employed to investigate the effect of the shape parameters of tools on the joining strength of the clinching. The neck thickness and undercut of the clinched sheet metal after the clinching, and the separation load at detaching are estimated from the result of FEA using DEFORM. Optimal combination of shape parameters to maximize the joining strength of clinching is determined on the basis of the result of DOE and FEA. In order to validate the result of DOE and FEA, the experiment of clinching is performed for the optimal combination of shape parameters. It is shown from the result of the experiment that optimization of shape parameters improves the joining strength of clinching.
In recent years, dissimilar materials such as aluminum, magnesium, titanium, and advanced high strength steel are widely used in automotive body due to environment concerns and fuel consumption. Therefore, joining technology is important for assembling components made of dissimilar materials. In this study, friction stir hole clinching (FSHC) was proposed as a new mechanical joining method to join dissimilar materials. This process stirs and heats the upper sheet, forming mechanical interlocking with the lower sheet. The feasibility of this FSHC process was verified by comparing cross-section of joint in FSHC and hole clinching process under the same processing condition. Taguchi method was also applied to the FSHC process to estimate the effect of process parameters on joint strength and obtain optimal combination of process parameters. Joint strength of FSHC with optimal process condition was compared to that of FSHC with initial process condition as well as that of hole clinching with optimal process condition. Results showed that the FSHC process was useful for joining dissimilar materials, even if the formability of materials was low.
Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.20
no.6
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pp.886-893
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2018
In this study, clinching characteristics of aluminum and galvanized steels were investigated for the application of clinching as a joining technique to aluminum wheelhouse assembly. A6451 aluminium alloy and galvanized steel sheets were joined by hybrid joining(clinching + adhesive bonding). Tensile-shear load and fracture mode of hybrid joints were investigated. Maximum tensile-shear load of hybrid joints was about six times higher than that of clinched joints without adhesive. Energy absorption values of hybrid joints were higher than those of clinched joints without adhesive as well as resistance spot welded steel joints. Developed aluminum wheelhouse assembly showed higher static stiffness than the existing steel parts. Aluminum wheelhouse inner panel unit was 44% lighter than the steel unit, and the final assembled aluminum wheelhouse was 14.6% lighter than the existing steel parts.
Fiber metal laminates (FMLs) are well known for improved fatigue strength, better impact resistance, superior damage tolerance and slow crack growth rate compared to traditional metallic materials. However, defects and loss of strength of a composite material can occur due to the vertical load from the punch during the joining with a dissimilar material using a conventional clinching method. In the current study, tapered-hole clinching was an alternative process used to join Al 5052 and FMLs. The tapered hole was formed in the FML before the joining. For the better understanding of static and dynamic characteristics, a clinched joining followed by a tensile-shear test was numerically simulated using the finite element analysis. The design parameters were also evaluated for the geometry of the tapered hole by the Taguchi method in order to improve and compare the lateral joining strength of the clinched joint. The influence of the neck thickness and the undercut were evaluated and the contribution of each design parameter was determined. Then, actual experiments for the joining and tensile-shear test were conducted to verify the results of the numerical simulations. In conclusion, the appropriate combination of the design parameters can improve the joining strength and the cross-sections of the tapered-hole clinched joint formed in the actual experiments were in good agreement with the results of the numerical simulations.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.05a
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pp.131-135
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2003
The form-joining process (or clinching) uses a set of die and punch to impose the plastic deformation-induced geometric constraint on a sheet metal pair, But their joining strength ranges 50-70 percent of that of the resistance spot welding. In this paper, a new form-joining process with the aid of adhesive is proposed in which an epoxy adhesive is applied to a sheet metal pair, to improve joining strength. The strength and mechanical properties of the new process are discussed and compared for other joining processes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.6
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pp.691-698
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2012
The joining of aluminum and HSS (high-strength steel) by the conventional clinching process is limited by the low formability of HSS. Defects in the clinching joint, such as necking of the upper sheet, cracks, and lack of interlocking, are produced by the different ductility properties of HSS and aluminum. In this study, we propose the hole clinching process for joining Al6061 and SPFC440, in which deformation of SPFC440 is avoided by drilling a hole in the SPFC440. The dimensions of the interlocking in the hole-clinched joint necessary to provide the required joint strength were determined. Based on the volume constant of the hole clinching process, the shapes of the tools were designed by finite element (FE)-analysis. A hole clinching experiment was performed to verify the proposed process. A cross-section of the joint showed good agreement with the results of the FE-analysis. The lap shear strength was found to be 2.56 kN, which is higher than required joint strength.
The purpose of the current study is to improve the clinching joint strength of aluminum and fiber metal laminates (FMLs) comprised of three layers. The joining of FML and Al 5052 by a conventional clinching joint has some disadvantages such as necking of the upper sheet, lack of interlocking, defects caused by the vertical load, and especially loss of strength of the composite material due to the low ductility. In the current study, a tapered-hole clinching method is proposed as an alternative for the joining of Al 5052 and FMLs. A hole with a tapered shape is formed before the joining process. The design parameters were evaluated using the Taguchi method for the geometry of the tapered hole in order to determine the maximum separation load. The diameter of the punch corner, clearance, punch stroke and the tapered length were used as the main variables in the Taguchi method. In conclusion, the contribution ratio for each of the fours variable examined was 35.07%, 22.44%, 21.32% and 14.11%, respectively. In addition, the appropriate combination of the design parameters can make a 5% improvement in the vertical direction joint strength.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2002.05a
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pp.29-32
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2002
The mechanical joining process of a sheet metal pair has been developed in order to replace the resistance spot welding process in case that joining of mechanically unweldable materials and coated sheet metals with different thickness are needed. Form-joining or clinching, a kind of mechanical joining process, is defined as joining process of a sheet metal pair by geometric constraint imposed by plastic deformation of workpieces without any additive part. It has been reported that the joining strength by commercial form-joining apparatus is 50∼70 percent of that by resistance spot welding. Therefore, a two-step form-joining process with a secondary punch is proposed. The device is designed to improve the joining strength by increasing the geometric constraint of the deformed shape by combining a primary punch, a secondary punch and a female die. In order to verify the improved joining strength by the designed process, the tensile-shear strength, the peel-tension strength and the asymmetric peel-tension strength are compared with those by the TOX process and resistance spot welding.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.05a
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pp.401-404
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2009
The purpose of this study is investigating the joint characteristics of advanced high strength steel DP780 and Al5052 alloy sheet in the clinching process. It is difficult to join the advanced high strength steel with light-weight materials like aluminum alloy, because of low formability of DP780. The defects of clinching joint such as necking of the upper sheet, cracks of the lower sheet and no interlocking were occurred by different ductility between advanced high strength steel and aluminum alloy. The clinching conditions should be optimized to interlock without any defects. In this study, the effect of process parameters of clinching process on joinability of advanced high strength steel with Al5052 alloy was investigated by using FE-analysis. From the result of FE-analysis, the clearance between clinching punch and die, die depth and the shape of die cavity mainly affected the joinability of advanced high strength steel with Al5052 alloy.
The form-joining process (or clinching) uses a set of die and punch to impose the plastic deformation-induced geometric constraint on a sheet metal pair. The joining strength from the process ranges 50-70 percent of that of the resistance spot welding. In this paper, a new form-joining process with the aid of an adhesive is proposed in which an epoxy adhesive is applied to a sheet metal pair, and before it cures the pair is clinched to cause the geometric constraint in the form of a protrusion. In order to reduce the forming load and the height of protrusions, a new die and punch set with a very small clearance is devised to reduce the depth of drawing and the forming load. Taguchi method is employed to find the optimal values of design parameters. To implement each case of the orthogonal array, the finite element method is used. The experiments show that in the tensile-shear test, the bonding strength of the new form-joining process with an epoxy adhesive is approximately the same as that of the resistance spot welding; and in comparison with the other two form-joining processes with an epoxy adhesive, the height of protrusions is reduced by more than 65 percent and the forming load by 50 percent.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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