1. Bemutatkozás
A „Tudományos és technológiai támogatási szén-dioxid-csúcs szén-dioxid-kibocsátás-semlegesítési tervének (2022-2030)” közzétételével a könnyű autók elkerülhetetlen trendjévé váltak. A könnyű alumíniumötvözet és a fejlett, nagy szilárdságú acél és egyéb anyagok ésszerű alkalmazással és elosztással biztonságosabb karosszériaszerkezetet érhetnek el, miközben egyensúlyban vannak a teljesen alumínium karosszéria gyártási költségei és a jövőbeni karbantartási költségek. Ez a leghatékonyabb járműkönnyű eszköz.
A szög nélküli szegecselés és az önfúró szegecselés (Self-Piercing Riveting, SPR) hatékony módja az acél és alumínium különböző fémek összekapcsolásának, különösen a szög nélküli szegecselésnek, nincs szükség további szegecsekre, nem nő a csatlakozási pont minősége, ill. a csatlakozás összköltsége alacsonyabb, mint az SPR-é. A karcsúbb, könnyű csatlakozási eljárás Kínában még folyamatban van, és kísérleti kutatási szakaszban van, és nem alkalmazták széles körben a karosszéria felépítésében. Ebben a tanulmányban a szög nélküli szegecselés technológia folyamatparamétereit és statikai teljesítményét hasonlítottuk össze különböző anyagvastagságú acél és alumínium lemezek kombinálásával, így anyagválasztási és csatlakozási tervezési referenciát adtunk a szög nélküli szegecselési technológia karosszériaszerkezetben történő alkalmazásához.
2 folyamat
A szög nélküli szegecselés egy sajtolásos mechanikus csatlakozási eljárás, amely két vagy több fémlemez réteg helyi képlékeny deformációját használja fel a mélyhúzási és extrudálásos kompozit feldolgozási folyamat befejezéséhez, és az extrudált illesztésnél egymásba illeszkedő alámetszett kört képez. Formázott vagy téglalap alakú csatlakozási pontok, hogy bizonyos szakítószilárdsággal és nyírószilárdsággal rendelkezzen. A csatlakozási folyamat az 1. ábrán látható. A folyamat főként előfeszítést, okklúziót, lyukasztást, nyomástartást és kilökést foglal magában. A szög nélküli szegecselés használható azonos vagy eltérő lapok ragasztási, bevonatolási és ragasztási tömítési követelményekkel történő összekapcsolására.
A szeg nélküli szegecselés alakítási folyamatában munkaedzés történik, ami javítja az anyag folyáshatárát és a szegecselt kötés teherbírását. A szög nélküli szegecses csatlakozás keresztmetszeti nézetének profilparamétereit a 2. ábra mutatja. A fő paraméterek a felső lemeznyak vastagsága S1, a felső és az alsó lemez Anyagreteszelési mélység C1, az alsó lemez vastagságának összege. a felső és alsó lapok a csatlakozási pontnál (alsó vastagság) ST.
3 Folyamatparaméterek és statikus tulajdonságok
A szeg nélküli szegecskötés folyamatparamétereinek kutatása elsősorban a Taguchi módszert és az ortogonális tesztet alkalmazza, hogy értékelje az alakparamétereket, mint például a nyak vastagsága és a kötés metszetének reteszelési mélysége, meghatározza a szegecselés irányát és a folyamatparaméterek optimális kombinációját. ; A statikus teljesítménykutatás főként különböző acéllemezek Statikus terheléses meghibásodási tesztjeit alkalmazza alumíniumlemez kombinációknál, összehasonlítva a szög nélküli szegecses csatlakozás és az SPR csatlakozás mechanikai tulajdonságait, valamint elemzi az anyagminőség, a szegecselés iránya és az anyagvastagság hatását a szög nélküli szegecselés mechanikai tulajdonságaira. kapcsolat.
3.1
Vizsgálati anyagok és módszerek
A vizsgálati anyag 5000 sorozatú alumíniumötvözet, az anyagvastagság pedig 1,0 mm és 1,4 mm, amelyeket általában a karosszéria szerkezetében használnak; az acéllemez CR3, CR340, vastagsága 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm és 1,3 mm;
A szög nélküli szegecses kötéseket statikus terhelési tönkremeneteli tesztekkel tesztelik a kötés nyíró- és szakítószilárdsága szempontjából. Mivel az egylapos csukló a karosszéria szerkezetében gyakori ízületi forma, a minta specifikációi a 3. ábrán láthatók, a nyírási minta mérete 85 mm × 35 mm, az átlapolt ízület pedig 30 mm; a kereszthúzó minta mérete 120 mm × 35 mm, és a pozicionáló furat átmérője 10 mm. A szegecselt mintát egy univerzális CMT4304 vizsgálógépen statikus terhelési hibatesztnek vetettük alá, és a teljes vizsgálati folyamat sebességét 10 mm/perc sebességgel szabályoztuk.
A szeg nélküli szegecselt kötés metszeti nézetét a mintakötés huzalvágásával kapjuk, és berakjuk, polírozzuk és korrodáljuk, a metszetnézet megfelelő alakparaméter-adatait pedig optikai mikroszkópos megfigyeléssel kapjuk.
3.2
Folyamatparaméterek kiválasztása
3.2.1 A szegecselés irányának meghatározása szeg nélküli szegecselésnél
A szegecselés irányának meghatározásához CR3 acéllemezt és 5000-es sorozatú alumíniumötvözetet választottunk, valamint különböző anyagvastagságokat és szegecselési irányokat választottunk a szög nélküli szegecselt kötés metszeti nézetének domborzati paramétereinek értékelésére. A reteszelési mélység értéke fontos alap volt a szegecselés minőségének megítélésében.
A fenti 2. táblázatból látható, hogy acél-alumínium szeg nélküli szegecses csatlakozásoknál azonos anyagvastagság és különböző szegecselési irányok jobb reteszelést képezhetnek, és a reteszelési állapot nem túl érzékeny az anyagra; Különböző anyagvastagságok, szegecselési irány a vékonytól a vastagabbig, a reteszelési mélység jelentősen csökken. Ezért az anyagvastagság a fő befolyásoló tényező a szeg nélküli szegecses kapcsolat összekapcsolódásában, és a szög nélküli szegecses csatlakozás iránya lehetőleg vastag lemeztől vékony lemezig.
3.2.2 A szegecselési folyamat paramétereinek meghatározása szög nélküli szegecselésnél
A szög nélküli szegecselő szerszám folyamatparaméterei befolyásolják a szegecselés reteszelési mélységét és a szegecselés minőségét. Az optimális folyamatparaméterek elérése érdekében a Taguchi módszert alkalmazzuk a szerszám kiválasztására. mm 5000 sorozatú alumínium lemez.
A szabályozási tényezők a kiválasztott lyukasztó átmérő, a szerszámmélység és az alapvastagság, és mindegyik szabályozási tényezőnek 3 szintje van, lásd a 3. táblázatot.
Reteszelés mélysége a reakció eredményeként, zajtényező, mint kenőanyag, tünet, mint ízületi kiemelkedés vagy repedések a lemezen. Használja az ortogonális lista eszközt a Wangda karakterisztika L9 ortogonális kísérletének optimalizálásához és létrehozásához. Az ortogonális tesztkombinációkat és a vizsgálati eredményeket a 4. táblázat tartalmazza.
A 4. táblázatból látható, hogy az 5. teszt reteszelési mélysége a legnagyobb, így megállapítható, hogy a szög nélküli szegecselés optimális folyamatparaméterei 5,5 mm lyukasztó átmérő, 1,2 mm szerszámmélység és 0. 8 mm alsó vastagságban.
3.3
3.3 A mechanikai tulajdonságok összehasonlítása
Mivel az iparban nincs megfelelő szabvány az acél-alumínium kötések mechanikai tulajdonságainak megítélésére, és mivel az SPR-t széles körben alkalmazzák acél-alumínium hibrid karosszéria-szerkezetekben, az SPR kötések mechanikai tulajdonságait viszonyítási alapként használják a mechanikai kötések megítélésére. szeg nélküli szegecses kötések tulajdonságai. Azonos anyagvastagság és anyagtípus mellett mintaszintű kötési nyírási és kereszthúzó statikus terhelési tönkremeneteli tesztet terveztek két csatlakozási mód, a szeg nélküli szegecselés és az SPR nyíró- és húzási tönkremenetelének mérésére.
A vizsgálati minta acéllemez minősége CR3, anyagvastagsága 0,8 mm; az alumíniumötvözet minősége 5000-es sorozat, és az anyagvastagság 1,4 mm. A két csatlakozási módhoz választottuk ki az optimális szegecselési irányt, amelyek közül a szeg nélküli szegecselés a vastagtól a vékonyig, az SPR vékonytól a vastagig, illetve a keménytől a lágyig terjedt. Mindegyik vizsgálati csoportban 5 minta található, és az egyes mintacsoportok húzó- és nyíróterhelési hibáinak terhelés-elmozdulási görbéit és tönkremeneteli módjait az 5-8.
3.3.1 A nyírási statikus terhelési hiba vizsgálatának elemzése
Az 5. és 6. ábrán látható, hogy nyíróterhelési állapotban a szeg nélküli szegecses csatlakozás tönkremeneteli módja a felső lemez nyaktörése, a maximális törési terhelés 1620N, az átlagos tönkremenetel az elmozdulás 0,46 mm; az SPR csatlakozás meghibásodási módja a felső lemez elszakadása, A maximális meghibásodási terhelés 2364N, az átlagos meghibásodási elmozdulás 4,95 mm.
A további elemzések azt mutatják, hogy nyíróterhelési állapotban mindkettő rendelkezik bizonyos képlékeny pufferenergia-elnyeléssel, és a szeg nélküli szegecses csatlakozás nyírószilárdsága eléri az SPR 68,5 százalékát, de a szeg nélküli szegecses csatlakozás átlagos elmozdulása lényegesen kisebb, ha maximális meghibásodás következik be Az SPR tekintetében az SPR mindössze 9,3 százaléka.
A további elemzések azt mutatják, hogy húzóterhelési állapotban a két csatlakozási mód illesztéseinek tönkremenetele rideg törés, nincs plasztikus deformációs pufferzóna, a szeg nélküli szegecselés szakítószilárdsága az SPR körülbelül 60,6 százaléka, és az átlagos elmozdulás a szög nélküli szegecselés hibája is alacsonyabb, mint az SPR, elérve az SPR 65 százalékát. Összefoglalva, az SPR csatlakozáshoz képest, bár a szeg nélküli szegecses csatlakozás mechanikai tulajdonságai lecsökkennek, alkalmazható a nem fő teherhordó karosszériaszerkezeti területen.
3.4
A statikus tulajdonságokat befolyásoló tényezők elemzése
A szög nélküli szegecses kötések statikus teljesítményének további elemzése érdekében alkalmazza a szög nélküli szegecselt kötéseket, hogy tervezési irányelveket adjon a karosszéria szerkezetéhez, az anyagminőség, a szegecselés iránya és az anyagvastagság három aspektusából, kombinálva a kötés keresztmetszeti képével. morfológiai paraméterek és statikus terhelési meghibásodási tesztek Az adatokat felhasználtuk az acél-alumínium szög nélküli kapcsolat statikai teljesítményére gyakorolt hatásának elemzésére.
A minta mérete és a vizsgálati módszer a fenti. A teszt során a karosszéria alacsony terhelésű területén elterjedt anyagok minőségét és vastagságát választják ki. mm, 1,3 mm, a tesztkombinációk és a vizsgálati eredmények az 5. táblázatban láthatók.
3.4.1 Az anyagminőség hatása
Az első négy, 10 mm-es anyagvastagságú kombinációt azért választottuk ki, hogy elemezzük az anyagminőség hatását a szög nélküli szegecselt kapcsolat statikus teljesítményére. A vizsgálati eredmények, például a maximális nyíróerő, a maximális húzóerő, a reteszelési mélység értéke és a meghibásodási mód a 6. táblázatban láthatók.
A 9. ábra elemzéséből látható, hogy a nyírási tönkremeneteli mód elsősorban a felső réteg szilárdságától függ. Ha a felső réteg szilárdsága nagyobb, mint az alsó rétegé, a nyírási tönkremeneteli mód általában a felső réteg anyagának csatlakozási pontjának törése; Az alsó réteg szilárdságának növekedésével a nyírási tönkremeneteli mód a csatlakozási pont lehúzásáról a csatlakozási pont törésére változik; hasonlóan a nyírószilárdság főként a felső réteg anyagának szilárdságától függ, és a felső réteg anyagának szilárdságának növekedésével növekszik.
Azonos anyagvastagság mellett a keresztfeszítés meghibásodási módja a csatlakozási pont lehúzása, aminek semmi köze az anyagminőséghez; a húzóterhelés az anyagszilárdság növekedésével csökken.
A reteszelési mélység az anyagterhelés növekedésével csökken, mert minél erősebb az anyag, annál nehezebben deformálódik az anyag a kötés során, ami megnehezíti a reteszelést.
3.4.2 A szegecselés irányának hatása
Hasonlóan, az első négy kombináció adatai alapján elemezhető a szegecselés irányának hatása a szeg nélküli szegecses kapcsolat statikai teljesítményére, a 10. ábra szerint.
A szög nélküli szegecselés csatlakozási iránya a nagy terheléstől a kis szilárdságig terjed. Bár a reteszelési mélységben alig van különbség, a nyíróterhelés jelentősen megnő. Az 1. kombináció 53,4 százalékkal magasabb, mint a 2. kombináció, a 3. kombináció pedig 45,6 százalékkal magasabb, mint a 4. kombináció; a csatlakozási irány nagy A szilárdságtól a kis szilárdságig, bár a reteszelési mélység különbsége nem nagy, a szakítószilárdság jelentősen csökken. Az 1. kombináció 33,6 százalékkal alacsonyabb, mint a 2. kombináció, a 3. kombináció pedig 29,4 százalékkal alacsonyabb, mint a 4. kombináció.
3.4.3 Az anyagvastagság hatása
A kiválasztott kombinációs és vizsgálati eredmények adatait a 7. táblázat mutatja be, valamint az anyagvastagság befolyását a szeg nélküli szegecselési folyamat paramétereire és a statikus terhelés szakítószilárdságára összehasonlítjuk és elemezzük.
A 7. táblázatból és a 11. ábrából látható, hogy a nyírószilárdság szempontjából minél vastagabb a felső anyag, minél nagyobb a reteszelési mélység, minél nagyobb a nyakvastagság, annál nagyobb a nyírószilárdság; minél vastagabb az alsó anyag, annál nehezebb a felső anyag deformációja, bár A reteszelési mélység nő, de minél vékonyabb a nyak vastagsága, annál kisebb a nyírószilárdság. Ami a szakítószilárdságot illeti, minél vastagabb a felső és az alsó réteg, annál nagyobb a reteszelési mélység és annál nagyobb a szakítószilárdság.
kép
Ezért a nyírószilárdság növeléséhez vastagabb felső rétegre vagy vékonyabb alsó rétegre van szükség; a felső és alsó réteg vastagságának növekedése növelheti a szakítószilárdságot.
4 Következtetés
a. Bár a szög nélküli szegecselt csatlakozás statikai teljesítménye alacsonyabb, mint az SPR-é, alkalmazható a nem fő teherhordó karosszéria-területre;
b. A nyírószilárdság pozitívan korrelál a felső anyag szilárdságával; a szakítószilárdság negatívan korrelál az összekötő kompozit anyag szilárdságával;
c. A szegecselés iránya a nagy szilárdságú lemeztől a kis szilárdságúig, és a nyírószilárdság nagyobb; a szegecselés iránya az alacsony szilárdságú lemeztől a nagy szilárdságúig, és a szakítószilárdság nagyobb;
d. A vastagabb felső anyagvastagság és a vékonyabb alsó anyagvastagság nagyobb nyírószilárdságú; a felső és alsó anyagvastagság növelése növelheti a szakítószilárdságot.
