1. Въведение
С пускането на политиката за „План за прилагане на въглеродна неутрализиране на въглеродния пик в подкрепа на науката и технологиите (2022-2030)“, леките автомобили се превърнаха в неизбежна тенденция. Тялото от лека алуминиева сплав и усъвършенствана високоякостна стомана и други материали, чрез разумно приложение и разпространение, могат да постигнат по-безопасна структура на тялото, като същевременно балансират производствените разходи на изцяло алуминиевото тяло и бъдещите разходи за поддръжка. Това е най-ефективното средство за леки превозни средства.
Занитването без пирони и самопробивното занитване (Self-Piercing Riveting, SPR) са ефективни начини за осъществяване на свързването на различни метали от стомана и алуминий, особено занитване без пирони, без нужда от допълнителни нитове, без повишаване на качеството на точката на свързване и общата цена на връзката е по-ниска от тази на SPR. Процесът на по-малко леко свързване все още е в етап на процес и експериментално изследване в Китай и не е широко използван в структурата на тялото. В това проучване параметрите на процеса и статичната производителност на технологията за занитване без пирони бяха сравнени чрез комбиниране на стоманени и алуминиеви листове с различни дебелини на материала, така че да се осигури избор на материал и референтен дизайн на връзката за прилагане на технология за занитване без пирони в структурата на тялото.
2 процес
Занитването без пирони е механичен процес на щамповане, който използва локалната пластична деформация на два или повече слоя ламарина, за да завърши процеса на дълбоко изтегляне и екструзионна обработка на композита, и образува взаимосвързан подрязан кръг при екструдираната връзка. Оформени или правоъгълни точки на свързване, така че да има определена якост на опън и якост на срязване. Процесът на свързване е показан на Фигура 1. Процесът включва основно предварително затягане, оклузално, пробиване, задържане под натиск и изтласкване. Занитване без гвоздеи може да се използва за свързване между еднакви или различни листове с изисквания за залепване, покритие и запечатване с лепило.
В процеса на формоване на занитване без гвоздеи има работно втвърдяване, което подобрява границата на провлачване на материала и носещата способност на нитованата връзка. Профилните параметри на изгледа на напречното сечение на нитованата връзка без гвоздеи са показани на Фигура 2. Основните параметри са дебелината на шийката на горната плоча S1, горната и долната плоча, дълбочината на взаимно заключване на материала C1, сумата от дебелината на дъното на горните и долните листове в точката на свързване (дебелина на дъното) ST.
3 Параметри на процеса и статични свойства
Изследването на параметрите на процеса на нитованата връзка без гвоздеи възприема основно метода на Taguchi и ортогоналния тест за оценка на параметрите на формата като дебелината на шийката и дълбочината на заключване на изгледа на сечението на съединението, определяне на посоката на занитване и оптималната комбинация от параметри на процеса ; изследването на статичното представяне използва главно различни стоманени тестове за разрушаване при статично натоварване на комбинация от алуминиеви листове, сравнявайки механичните свойства на нитованата връзка без пирони и SPR връзката и анализирайки влиянието на класа на материала, посоката на занитване и дебелината на материала върху механичните свойства на нитовената връзка без пирони Връзка.
3.1
Тестови материали и методи
Тестовият материал е алуминиева сплав от серия 5000, а дебелината на материала е 1,0 mm и 1,4 mm, които обикновено се използват в структурата на тялото; стоманената плоча е CR3, CR340, а дебелината е 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm и 1,3 mm;
Занитените съединения без гвоздеи се изпитват за срязване на съединението и якост на опън чрез тестове за повреда при статично натоварване. Тъй като единичната фуга е често срещана форма на фуга в структурата на тялото, спецификациите на пробата са показани на Фигура 3, размерът на срязващата проба е 85 mm × 35 mm, а фугата е 30 mm; размерът на пробата за напречен опън е 120 mm × 35 mm, а диаметърът на позициониращия отвор е 10 mm. Занитената проба беше подложена на тест за повреда при статично натоварване на универсална машина за изпитване CMT4304 и скоростта на целия процес на изпитване беше контролирана на 10 mm/min.
Изгледът на сечението на нитовеното съединение без гвоздеи се получава чрез рязане с тел на мостреното съединение и то се инкрустира, полира и корозира, а съответните данни за параметрите на формата на изгледа на сечението се получават чрез наблюдение под оптичен микроскоп.
3.2
Избор на параметри на процеса
3.2.1 Определяне на посоката на занитване при занитване без пирони
За да се определи посоката на занитване, бяха избрани стоманена плоча CR3 и алуминиева сплав от серия 5000 и бяха избрани различни дебелини на материала и посоки на занитване, за да се оценят параметрите на топографията на изгледа на сечението на нитованата връзка без гвоздеи. Стойността на дълбочината на блокиране беше използвана като важна основа за преценка на качеството на занитване.
Може да се види от таблица 2 по-горе, че за стоманено-алуминиеви занитвани връзки без гвоздеи, една и съща дебелина на материала и различни посоки на занитване могат да образуват по-добро блокиране и състоянието на заключване не е много чувствително към материала; различни дебелини на материала, посока на занитване от тънък до Когато е по-дебел, дълбочината на блокировката намалява значително. Следователно, дебелината на материала е основният влияещ фактор за взаимното заключване на занитената връзка без гвоздеи и посоката на занитената връзка без гвоздеи е за предпочитане от дебела плоча към тънка плоча.
3.2.2 Определяне на параметрите на процеса на занитване за занитване без пирони
Параметрите на процеса на матрицата за занитване без гвоздеи влияят върху дълбочината на занитване и качеството на занитване. За да се получат оптималните параметри на процеса, методът Taguchi се използва за избор на матрицата. mm 5000 серия алуминиева плоча.
Контролните фактори са съответно избран диаметър на поансона, дълбочина на матрицата и дебелина на основата и всеки контролен фактор има 3 нива, вижте Таблица 3.
Дълбочина на блокиране в резултат на реакция, шумов фактор като смазка, симптом като изпъкналост на фугата или пукнатини в листа. Използвайте инструмента за ортогонален списък, за да оптимизирате и установите ортогоналния експеримент L9 на характеристиката на Wangda. Ортогоналните тестови комбинации и резултатите от теста са показани в таблица 4.
Може да се види от Таблица 4, че дълбочината на взаимно заключване на Тест 5 е най-голямата, така че е определено, че оптималните параметри на процеса за занитване без гвоздеи са 5,5 mm в диаметър на щанца, 1,2 mm в дълбочина на матрицата и 0. 8 мм дебелина на дъното.
3.3
3.3 Сравнение на механичните свойства
Тъй като няма подходящ стандарт за преценка на механичните свойства на стоманено-алуминиеви съединения в индустрията и тъй като SPR е широко използван в стоманено-алуминиеви хибридни конструкции на каросерията, механичните свойства на SPR съединенията се използват като еталон за оценка на механичните свойства на занитени съединения без гвоздеи. При условията на една и съща дебелина на материала и тип материал беше проектиран тест за разрушаване при срязване на фугата на ниво проба и статично натоварване на напречен опън, за да се измери натоварването на срязване и разрушаване на опън при два метода на свързване, занитване без гвоздеи и SPR.
Класът на тестовата проба стоманена плоча е CR3, а дебелината на материала е 0.8mm; класът на алуминиевата сплав е серия 5000, а дебелината на материала е 1,4 мм. Избрани са оптималните посоки на занитване за двата метода на свързване, сред които занитването без гвоздеи е от дебело към тънко, а SPR е от тънко към дебело и от твърдо към меко. Има 5 проби във всяка група от тестове и кривите на натоварване-изместване и режимите на повреда на повреди при натоварване на опън и срязване на всяка група проби са показани на фигури 5 до 8.
3.3.1 Анализ на теста за повреда при срязващо статично натоварване
Може да се види от фигури 5 и 6, че при състояние на срязващо натоварване, режимът на повреда на нитовената връзка без гвоздеи е счупването на шийката на горната плоча, максималното натоварване на повреда е 1620N, а средната повреда изместването е 0,46 мм; режимът на повреда на SPR връзката е разкъсване на горната плоча, максималното натоварване на повреда е 2364N, а средното изместване на повреда е 4,95 mm.
Допълнителен анализ показва, че при състояние на натоварване на срязване и двете имат определено поглъщане на енергия от пластмасов буфер и якостта на срязване на нитованата връзка без пирони достига 68,5 процента от SPR, но средното изместване на нитованата връзка без пирони е значително по-ниска, когато настъпва максимален отказ По отношение на SPR, той е само 9,3 процента от SPR.
По-нататъшен анализ показва, че при състояние на натоварване на опън повредата на ставите на двата метода на свързване е крехко счупване, няма буферна зона за пластична деформация, якостта на опън на занитване без пирони е около 60,6 процента от SPR и средното изместване на повредата при занитване без пирони също е по-ниска от SPR, достигайки 65 процента от SPR. В заключение, в сравнение с SPR връзката, въпреки че механичните свойства на нитовеното съединение без гвоздеи са намалени, то може да се прилага в неосновната носеща товар област на конструкцията на тялото.
3.4
Анализ на факторите, влияещи върху статичните свойства
За да анализирате по-нататък статичното представяне на занитените съединения без пирони, приложете нитовите съединения без пирони, за да формирате насоки за проектиране на структурата на каросерията, от трите аспекта на степен на материала, посока на занитване и дебелина на материала, комбинирани с изглед на напречното сечение на съединението морфологични параметри и тестове за повреда при статично натоварване Данните бяха използвани за анализиране на влиянието им върху статичните характеристики на връзката стомана-алуминий без пирони.
Размерът на извадката и методът на изпитване са както по-горе. При теста се избират степента и дебелината на обичайните материали в зоната с ниско натоварване на структурата на каросерията. mm, 1,3 mm, тестовите комбинации и резултатите от теста са показани в таблица 5.
3.4.1 Ефект от степента на материала
Първите четири комбинации с дебелина на материала от 1.0 mm бяха избрани, за да се анализира влиянието на степента на материала върху статичното представяне на нитовената връзка без гвоздеи. Резултатите от изпитването като максимална сила на срязване, максимална сила на опън, стойност на дълбочината на блокировка и режим на повреда са показани в таблица 6.
От анализа на фигура 9 може да се види, че режимът на повреда при срязване зависи главно от якостта на горния слой. Когато якостта на горния слой е по-висока от тази на долния слой, режимът на повреда при срязване обикновено е счупването на точката на свързване на материала на горния слой; С увеличаването на якостта на долния слой, режимът на разрушаване при срязване се променя от издърпване на точката на свързване до счупване на точката на свързване; по подобен начин якостта на срязване зависи главно от якостта на материала на горния слой и се увеличава с увеличаването на якостта на материала на горния слой.
При същата дебелина на материала режимът на повреда на напречното напрежение е издърпването на точката на свързване, което няма нищо общо с класа на материала; натоварването на опън намалява с увеличаване на якостта на материала.
Дълбочината на блокировката намалява с увеличаване на натоварването на материала, тъй като колкото по-здрав е материалът, толкова по-трудно е за материала да се деформира по време на свързването, което прави блокировката по-трудна.
3.4.2 Ефект от посоката на занитване
По същия начин, на базата на данните от първите четири комбинации, може да се анализира влиянието на посоката на занитване върху статичното представяне на занитената връзка без гвоздеи, както е показано на фигура 10.
Посоката на свързване при занитване без пирони е от високо натоварване до ниска якост. Въпреки че има малка разлика в дълбочината на свързване, натоварването на срязване се увеличава значително. Комбинация 1 е с 53,4% по-висока от комбинация 2, а комбинация 3 е с 45,6% по-висока от комбинация 4; посоката на свързване е висока От якост до ниска якост, въпреки че разликата в дълбочината на заключване не е голяма, якостта на опън е значително намалена. Комбинация 1 е с 33,6 процента по-ниска от комбинация 2, а комбинация 3 е с 29,4 процента по-ниска от комбинация 4.
3.4.3 Ефект от дебелината на материала
Избраната комбинация и данните от резултатите от изпитването са показани в таблица 7 и влиянието на дебелината на материала върху параметрите на процеса на занитване без гвоздеи и якостта на разрушаване при статично натоварване е сравнено и анализирано.
Може да се види от Таблица 7 и Фигура 11, че за якостта на срязване, колкото по-дебел е горният материал, толкова по-голяма е дълбочината на свързване, колкото по-голяма е дебелината на шийката, толкова по-висока е якостта на срязване; колкото по-дебел е долният материал, толкова по-трудна е деформацията на горния материал, въпреки че Дълбочината на блокировката се увеличава, но колкото по-тънка е дебелината на шийката, толкова по-ниска е якостта на срязване. По отношение на якостта на опън, колкото по-дебели са горният и долният слой, толкова по-голяма е дълбочината на свързване и толкова по-висока е якостта на опън.
снимка
Следователно, за да се увеличи якостта на срязване, е необходим по-дебел горен слой или по-тънък долен слой; увеличаването на дебелината на горния и долния слой може да увеличи якостта на опън.
4. Заключение
а. Въпреки че статичното представяне на нитовената връзка без гвоздеи е по-ниско от това на SPR, то може да се приложи към неосновната носеща товар област на структурата на тялото;
b. Якостта на срязване е в положителна корелация със здравината на горния материал; якостта на опън е в отрицателна корелация с якостта на свързващия композитен материал;
° С. Посоката на занитване е от плоча с висока якост до ниска якост, а якостта на срязване е по-висока; посоката на занитване е от плоча с ниска якост до висока якост и якостта на опън е по-висока;
д. По-дебелата горна дебелина на материала и по-тънката долна дебелина на материала имат по-висока якост на срязване; увеличаването на дебелината на горния и долния материал може да увеличи якостта на опън.
