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.
This paper is concerned with joining of thin metal sheets by single stroke clinching process. This method has been used in sheet metal work as it is a simple process and offers the possibility of joining similar-dissimilar thin sheet metals. Clinching generates a joint by overlapping metal sheets deforming plastically by punching and squeezing sequence. AA 5754 aluminum alloy of 0.5 mm thick sheets have been selected as a modal material and the process has been simulated under different process conditions and the results have been analyzed in terms of the quality of clinch joints which are influenced mainly by tool geometries. The rigid-plastic finite element method is applied to analyses in this paper. Analysis is focused mainly on investigation of deformation and material flow patterns influenced by major geometrical parameters such as die diameter, die depth, groove width, and groove corner radius, respectively. To evaluate the quality of clinch joints, four controlling or evaluation parameters have been chosen and they are bottom, neck thickness of bottom and top sheets, and undercut thickness, respectively. It has been concluded from the simulation results that the die geometries such as die depth and diameters are the most decisive process parameters influencing on the quality of clinch joints, and the bottom thickness is the most important evaluation parameter to determine if the quality of clinch joints satisfies the demand for industrial application.
In this paper, a parametric study on the influence of friction between materials on pull force in single clinching is conducted using an axisymmetric elasto-plastic finite element method and law of Coulomb friction. An appropriate finite element analysis model is given, which minimizes the effect of the material model and numerical factors including the number of quadrilateral finite elements and blank radius. It is emphasized that the elasto-plastic material model should be employed because the elastic deformation of the internal region is affected more by the pull force. It has been shown that the pull force increases as friction coefficient increases and that the optimized friction coefficient is around 0.4, which is qualitatively comparable with its theoretical value. When the friction coefficient reaches 0.5 in the example studied, the neck fracture is predicted.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.8
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pp.997-1006
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2010
For manufacturing modern cars, so-called multi-materials, such as aluminum alloy with high-strength steels, are used. For obtaining such materials, a new joining method is required to achieve the multi-material design. Mechanical clinching is one of joining methods used to join the dissimilar materials. The objective of this study is to investigate the characteristics of mechanical clinching of Al5052 alloy to high-strength steels (SPFC440, 590, 780). Using FE-analysis and clinching experiment, the joinability of Al5052 alloy to high-strength steel is evaluated by geometrical shape of mechanical clinched joint, such as neck-thickness and undercut. Further, the joint strength is evaluated by performing a single-lap shear test. The upper high-strength steel SPFC780 was not clinched because of the necking of the upper sheet. The joint strength increased with increasing strength of the upper sheet. For the lower high-strength steel sheet, the joinability and joint strength decreased with increasing strength of the lower sheet.
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.
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.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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