1. Ievads
Līdz ar "Zinātnes un tehnoloģiju atbalsta oglekļa neitralizācijas īstenošanas plāna (2022-2030)" politikas izlaišanu vieglās automašīnas ir kļuvušas par neizbēgamu tendenci. Vieglā alumīnija sakausējuma korpuss un uzlabots augstas stiprības tērauds un citi materiāli, izmantojot saprātīgu pielietojumu un izplatīšanu, var sasniegt drošāku virsbūves struktūru, vienlaikus līdzsvarojot alumīnija korpusa ražošanas izmaksas un turpmākās uzturēšanas izmaksas. Tas ir visefektīvākais vieglā transportlīdzekļa līdzeklis.
Kniedēšana bez naglām un pašpīrsinga kniedēšana (Self-piercing Riveting, SPR) ir efektīvi veidi, kā realizēt tērauda un alumīnija atšķirīgu metālu savienošanu, īpaši beznaglu kniedēšanu, nav nepieciešamas papildu kniedes, nepalielinās savienojuma vietas kvalitāte un savienojuma kopējās izmaksas ir zemākas nekā SPR. Vieglāka savienojuma process Ķīnā joprojām ir procesa un eksperimentālās izpētes stadijā, un tas nav plaši izmantots korpusa struktūrā. Šajā pētījumā tika salīdzināti beznaglo kniedēšanas tehnoloģijas procesa parametri un statiskā veiktspēja, kombinējot tērauda un alumīnija loksnes ar dažāda biezuma materiālu, lai nodrošinātu materiāla izvēli un savienojuma dizaina atsauci beznaglošanas tehnoloģijas pielietošanai korpusa konstrukcijā.
2 process
Kniedēšana bez naglām ir štancēšanas mehāniskā savienojuma process, kurā tiek izmantota divu vai vairāku lokšņu metāla slāņu lokāla plastiskā deformācija, lai pabeigtu dziļās stiepšanas un ekstrūzijas kompozītmateriālu apstrādi, un ekstrudētajā savienojumā veido savstarpēji bloķējošu apakšējo apli. Formas vai taisnstūrveida savienojuma punkti, lai tam būtu noteikta stiepes izturība un bīdes izturība. Savienojuma process ir parādīts 1. attēlā. Process galvenokārt ietver iepriekšēju pievilkšanu, okluzēšanu, caurumošanu, spiediena noturēšanu un izgrūšanu. Beznaglu kniedēšanu var izmantot savienošanai starp vienādām vai atšķirīgām loksnēm ar līmēšanas, pārklājuma un līmes blīvēšanas prasībām.
Beznaglas kniedēšanas formēšanas procesā notiek darba rūdīšana, kas uzlabo materiāla tecēšanas spēku un kniedētā savienojuma nestspēju. Beznaglā kniedētā savienojuma šķērsgriezuma skata profila parametri ir parādīti 2. attēlā. Galvenie parametri ir augšējās plāksnes kakliņa biezums S1, augšējās un apakšējās plāksnes Materiāla bloķēšanas dziļums C1, apakšas biezuma summa. augšējās un apakšējās loksnes savienojuma vietā (apakšā biezums) ST.
3 Procesa parametri un statiskās īpašības
Beznaglā kniedētā savienojuma procesa parametru izpētē galvenokārt tiek izmantota Taguchi metode un ortogonālais tests, lai novērtētu formas parametrus, piemēram, kakla biezumu un savienojuma dziļumu savienojuma griezumā, noteiktu kniedēšanas virzienu un optimālo procesa parametru kombināciju. ; statiskās veiktspējas pētījumos galvenokārt izmanto dažādu tēraudu statiskās slodzes testu alumīnija lokšņu kombinācijai, salīdzinot beznaglota kniedēta savienojuma un SPR savienojuma mehāniskās īpašības un analizējot materiāla kvalitātes, kniedēšanas virziena un materiāla biezuma ietekmi uz beznaglota kniedēšanas mehāniskajām īpašībām. savienojums.
3.1
Pārbaudes materiāli un metodes
Testa materiāls ir 5000 sērijas alumīnija sakausējums, un materiāla biezums ir 1,0 mm un 1,4 mm, ko parasti izmanto korpusa struktūrā; tērauda plāksne ir CR3, CR340, un tās biezums ir 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm un 1,3 mm;
Beznaglu kniedētajiem savienojumiem tiek pārbaudīta savienojuma bīdes un stiepes izturība, veicot statiskās slodzes atteices testus. Tā kā viena klēpja locītava ir izplatīta savienojuma forma korpusa struktūrā, parauga specifikācijas ir parādītas 3. attēlā, bīdes parauga izmērs ir 85 mm × 35 mm, bet klēpja savienojums ir 30 mm; šķērsspriegojuma parauga izmērs ir 120 mm × 35 mm, un pozicionēšanas cauruma diametrs ir 10 mm. Kniedētais paraugs tika pakļauts statiskās slodzes atteices pārbaudei ar universālo testēšanas iekārtu CMT4304, un visa testa procesa ātrums tika kontrolēts ar ātrumu 10 mm/min.
Beznaglā kniedētā savienojuma šķērsskats tiek iegūts, griežot parauga savienojuma stiepli, un tas ir inkrustēts, pulēts un korozēts, un atbilstošie griezuma skata formas parametru dati tiek iegūti, novērojot optiskā mikroskopā.
3.2
Procesa parametru izvēle
3.2.1. Kniedēšanas virziena noteikšana beznaglas kniedēšanai
Lai noteiktu kniedēšanas virzienu, tika izvēlēta CR3 tērauda plāksne un 5000 sērijas alumīnija sakausējums, kā arī izvēlēti dažādi materiālu biezumi un kniedēšanas virzieni, lai novērtētu beznaglas kniedētā savienojuma šķērsskata topogrāfijas parametrus. Bloķēšanas dziļuma vērtība tika izmantota kā svarīgs pamats, lai novērtētu kniedēšanas kvalitāti.
Iepriekš redzamajā 2. tabulā redzams, ka tērauda un alumīnija beznaglojuma kniedētajiem savienojumiem viens un tas pats materiāla biezums un dažādi kniedēšanas virzieni var veidot labāku bloķēšanu, un bloķēšanas stāvoklis nav īpaši jutīgs pret materiālu; dažādi materiāla biezumi, kniedēšanas virziens no plāna uz Kad biezāks, bloķēšanas dziļums ievērojami samazinās. Tāpēc materiāla biezums ir galvenais ietekmējošais faktors beznaglā kniedētā savienojuma bloķēšanā, un beznaglā kniedētā savienojuma virziens ir vēlams no biezas plāksnes uz plānu plāksni.
3.2.2. Kniedēšanas procesa parametru noteikšana beznaglas kniedēšanai
Beznaglas kniedēšanas formas procesa parametri ietekmē kniedēšanas bloķēšanas dziļumu un kniedēšanas kvalitāti. Lai iegūtu optimālos procesa parametrus, matricas izvēlei tiek izmantota Taguchi metode. mm 5000 sērijas alumīnija plāksne.
Kontroles faktori ir attiecīgi izvēlēts perforatora diametrs, formas dziļums un pamatnes biezums, un katram kontroles koeficientam ir 3 līmeņi, skatiet 3. tabulu.
Bloķēšanas dziļums reakcijas rezultātā, trokšņa faktors kā smērviela, simptoms kā locītavas izvirzījums vai plaisas loksnē. Izmantojiet ortogonālā saraksta rīku, lai optimizētu un izveidotu Wangda raksturlieluma ortogonālo eksperimentu L9. Ortogonālās testa kombinācijas un testa rezultāti ir parādīti 4. tabulā.
No 4. tabulas redzams, ka 5. testa bloķēšanas dziļums ir vislielākais, tāpēc tiek noteikts, ka optimālie procesa parametri beznaglas kniedēšanai ir 5,5 mm štancēšanas diametrā, 1,2 mm presēšanas dziļumā un 0. 8 mm apakšējā biezumā.
3.3
3.3. Mehānisko īpašību salīdzinājums
Tā kā rūpniecībā nav piemērota standarta tērauda-alumīnija savienojumu mehānisko īpašību novērtēšanai un tā kā SPR ir plaši izmantots tērauda-alumīnija hibrīda virsbūves konstrukcijās, SPR savienojumu mehāniskās īpašības tiek izmantotas kā etalons, lai novērtētu mehāniskās īpašības. beznaglas kniedētu savienojumu īpašības. Viena un tā paša materiāla biezuma un materiāla veida apstākļos tika izstrādāts parauglīmeņa savienojuma bīdes un šķērsstiepes statiskās slodzes atteices tests, lai izmērītu divu savienojuma metožu – beznaglas kniedēšanas un SPR – bīdes un stiepes lūzuma slodzes.
Testa parauga tērauda plāksnes marka ir CR3, un materiāla biezums ir 0,8 mm; alumīnija sakausējuma klase ir 5000 sērija, un materiāla biezums ir 1,4 mm. Abām savienojuma metodēm tika izvēlēti optimālie kniedēšanas virzieni, starp kuriem beznaglas kniedēšana bija no biezas līdz plānai, un SPR bija no plānas līdz biezai un no cietas līdz mīkstai. Katrā testu grupā ir 5 paraugi, un katras paraugu grupas stiepes un bīdes slodzes atteices slodzes nobīdes līknes un atteices režīmi ir parādīti 5. līdz 8. attēlā.
3.3.1. Bīdes statiskās slodzes atteices testa analīze
No 5. un 6. attēla redzams, ka bīdes slodzes stāvoklī beznaglā kniedētā savienojuma bojājuma režīms ir augšējās plāksnes kakla lūzums, maksimālā bojājuma slodze ir 1620N un vidējā atteice. pārvietojums ir 0,46 mm; SPR savienojuma bojājuma režīms ir augšējās plāksnes plīsums, maksimālā bojājuma slodze ir 2364 N, un vidējais bojājuma pārvietojums ir 4,95 mm.
Papildu analīze rāda, ka bīdes slodzes stāvoklī abiem ir noteikta plastmasas bufera enerģijas absorbcija, un beznaglā kniedētā savienojuma bīdes izturība sasniedz 68,5 procentus no SPR, bet beznaglā kniedētā savienojuma vidējais pārvietojums ir ievērojami mazāks, kad notiek maksimālā atteice Runājot par SPR, tas ir tikai 9,3 procenti no SPR.
Papildu analīze rāda, ka stiepes slodzes stāvoklī abu savienojuma metožu savienojumu bojājums ir trausls lūzums, nav plastiskās deformācijas buferzonas, beznaglas kniedēšanas stiepes izturība ir aptuveni 60,6 procenti no SPR un vidējais nobīde beznaglas kniedēšanas defekts arī ir zemāks par SPR, sasniedzot 65 procentus no SPR. Noslēgumā jāsaka, ka, salīdzinot ar SPR savienojumu, lai gan beznaglu kniedētā savienojuma mehāniskās īpašības ir samazinātas, to var pielietot virsbūves konstrukcijas zonā, kas nav galvenā nesošā.
3.4
Statiskās īpašības ietekmējošo faktoru analīze
Lai turpinātu analizēt beznagloto kniedēto savienojumu statisko veiktspēju, izmantojiet beznaglotās kniedēšanas savienojumus, lai izveidotu korpusa struktūras dizaina vadlīnijas, ņemot vērā trīs aspektus: materiāla pakāpi, kniedēšanas virzienu un materiāla biezumu, apvienojumā ar savienojuma šķērsgriezuma skatu. morfoloģijas parametri un statiskās slodzes atteices testi Dati tika izmantoti, lai analizētu to ietekmi uz tērauda-alumīnija beznaglu savienojuma statisko veiktspēju.
Izlases lielums un pārbaudes metode ir tādi paši kā iepriekš. Pārbaudē tiek izvēlēta parasto materiālu pakāpe un biezums virsbūves konstrukcijas zemas slodzes zonā. mm, 1,3 mm, testa kombinācijas un testa rezultāti ir parādīti 5. tabulā.
3.4.1. Materiāla kvalitātes ietekme
Pirmās četras kombinācijas ar materiāla biezumu 10mm tika atlasītas, lai analizētu materiāla kvalitātes ietekmi uz beznaglota kniedētā savienojuma statisko veiktspēju. Testa rezultāti, piemēram, maksimālais bīdes spēks, maksimālais stiepes spēks, bloķēšanas dziļuma vērtība un atteices režīms, ir parādīti 6. tabulā.
No analīzes 9. attēlā var redzēt, ka bīdes atteices režīms galvenokārt ir atkarīgs no augšējā slāņa stiprības. Ja augšējā slāņa izturība ir augstāka nekā apakšējā slāņa stiprība, bīdes atteices režīms parasti ir augšējā slāņa materiāla savienojuma punkta lūzums; Palielinoties apakšējā slāņa stiprībai, bīdes atteices režīms mainās no savienojuma vietas novilkšanas uz savienojuma punkta lūzumu; tāpat bīdes izturība galvenokārt ir atkarīga no augšējā slāņa materiāla stiprības un palielinās, palielinoties augšējā slāņa materiāla stiprībai.
Ar tādu pašu materiāla biezumu šķērsspriegojuma bojājuma režīms ir savienojuma punkta novilkšana, kam nav nekāda sakara ar materiāla pakāpi; stiepes slodze samazinās, palielinoties materiāla stiprībai.
Bloķēšanas dziļums samazinās, palielinoties materiāla slodzei, jo jo stiprāks materiāls, jo grūtāk materiālam deformēties savienojuma laikā, apgrūtinot bloķēšanu.
3.4.2. Kniedēšanas virziena ietekme
Līdzīgi, pamatojoties uz pirmo četru kombināciju datiem, var analizēt kniedēšanas virziena ietekmi uz beznaglota kniedētā savienojuma statisko veiktspēju, kā parādīts 10. attēlā.
Beznaglu kniedēšanas savienojuma virziens ir no lielas slodzes līdz zemai stiprībai. Lai gan bloķēšanas dziļumā ir neliela atšķirība, bīdes slodze ievērojami palielinās. 1. kombinācija ir par 53,4 procentiem augstāka nekā 2. kombinācija, bet 3. kombinācija – par 45,6 procentiem augstāka nekā 4. kombinācija; savienojuma virziens ir augsts No stiprības līdz zemai stiprībai, lai gan bloķēšanas dziļuma atšķirība nav liela, stiepes izturība ir ievērojami samazināta. 1. kombinācija ir par 33,6 procentiem zemāka nekā 2. kombinācija, un 3. kombinācija ir par 29,4 procentiem zemāka nekā 4. kombinācija.
3.4.3. Materiāla biezuma ietekme
Izvēlētā kombinācija un testa rezultātu dati ir parādīti 7. tabulā, kā arī salīdzināta un analizēta materiāla biezuma ietekme uz beznaglošanas procesa parametriem un statiskās slodzes pārrāvuma izturību.
No 7. tabulas un 11. attēla var redzēt, ka attiecībā uz bīdes izturību, jo biezāks ir augšējais materiāls, jo lielāks ir bloķēšanas dziļums, jo lielāks ir kakla biezums, jo lielāka ir bīdes izturība; jo biezāks ir apakšējais materiāls, jo grūtāk deformējas augšējais materiāls, lai gan bloķēšanas dziļums palielinās, bet jo plānāks ir kakla biezums, jo mazāka ir bīdes izturība. Attiecībā uz stiepes izturību, jo biezāks ir augšējais un apakšējais slānis, jo lielāks ir bloķēšanas dziļums un lielāka stiepes izturība.
bilde
Tāpēc, lai palielinātu bīdes izturību, ir nepieciešams biezāks augšējais slānis vai plānāks apakšējais slānis; augšējā un apakšējā slāņa biezuma palielināšanās var palielināt stiepes izturību.
4 Secinājums
a. Lai gan beznaglā kniedētā savienojuma statiskā veiktspēja ir zemāka nekā SPR, to var pielietot virsbūves konstrukcijas zonai, kas nav galvenā, nenesošā;
b. Bīdes izturība ir pozitīvi korelēta ar augšējā materiāla izturību; stiepes izturība negatīvi korelē ar savienojošā kompozītmateriāla izturību;
c. Kniedēšanas virziens ir no augstas stiprības plāksnes uz zemu stiprību, un bīdes izturība ir lielāka; kniedēšanas virziens ir no zemas stiprības plāksnes uz augstas stiprības plāksni, un stiepes izturība ir lielāka;
d. Biezākam augšējā materiāla biezumam un plānākam apakšējā materiāla biezumam ir lielāka bīdes izturība; augšējā un apakšējā materiāla biezuma palielināšanās var palielināt stiepes izturību.
