1. Esittely
"Science and Technology Support Carbon Peak Carbon Neutralization Implementation Plan (2022-2030)" -käytännön julkaisemisen myötä kevyistä autoista on tullut väistämätön trendi. Rungon kevyt alumiiniseos ja kehittyneet lujat teräkset ja muut materiaalit voivat kohtuullisen käytön ja jakelun avulla saavuttaa turvallisemman rungon rakenteen samalla, kun se tasapainottaa kokonaan alumiinirungon tuotantokustannukset ja tulevat ylläpitokustannukset. Se on tehokkain ajoneuvon kevyt keino.
Naulaton niittaus ja itsestään lävistävä niittaus (Self-Piercing Riveting, SPR) ovat tehokkaita tapoja toteuttaa teräksen ja alumiinin erilaisten metallien liittäminen, erityisesti naulaton niittaus, lisäniittejä ei tarvita, liitoskohdan laatu ei parane, ja yhteyden kokonaiskustannukset ovat alhaisemmat kuin SPR:n. Kevyempi kevytliitosprosessi on vielä prosessi- ja kokeellisessa tutkimusvaiheessa Kiinassa, eikä sitä ole käytetty laajasti rungon rakenteessa. Tässä tutkimuksessa verrattiin naulattoman niittaustekniikan prosessiparametreja ja staattista suorituskykyä yhdistämällä eri materiaalipaksuisia teräs- ja alumiinilevyjä, jotta saadaan materiaalivalinta- ja liitossuunnittelureferenssi naulattoman niittaustekniikan soveltamiseen rungon rakenteessa.
2 prosessi
Naulaton niittaus on mekaaninen mekaaninen liitosprosessi, jossa käytetään kahden tai useamman metallilevykerroksen paikallista plastista muodonmuutosta syväveto- ja ekstruusiokomposiittityöstöprosessin loppuunsaattamiseksi, ja se muodostaa yhteenlukittuvan alileikkauksen ympyrän suulakepuristetussa liitoksessa. Muotoillut tai suorakaiteen muotoiset liitoskohdat siten, että sillä on tietty vetolujuus ja leikkauslujuus. Liitosprosessi on esitetty kuvassa 1. Prosessi sisältää pääasiassa esikiristyksen, okklusaalin, lävistyksen, paineen pitämisen ja irrotuksen. Naulatonta niittausta voidaan käyttää samojen tai erilaisten levyjen liittämiseen liimaus-, pinnoitus- ja liimatiivistysvaatimuksilla.
Naulattoman niittauksen muovausprosessissa tapahtuu työkarkaisua, joka parantaa materiaalin myötörajaa ja niitatun liitoksen kantokykyä. Naulattoman niitatun liitoksen poikkileikkauskuvan profiiliparametrit on esitetty kuvassa 2. Pääparametrit ovat ylälevyn kaulan paksuus S1, ylä- ja alalevy Materiaalin lukitussyvyys C1, pohjalevyn paksuuden summa. ylä- ja alalevyt liitoskohdassa (pohjapaksuus) ST.
3 Prosessiparametrit ja staattiset ominaisuudet
Naulattoman niitatun liitoksen prosessiparametrien tutkimuksessa käytetään pääasiassa Taguchi-menetelmää ja ortogonaalitestiä muotoparametrien, kuten kaulan paksuuden ja liitosleikkausnäkymän lukitussyvyyden arvioimiseksi, niittaussuunnan ja prosessiparametrien optimaalisen yhdistelmän määrittämiseksi. ; staattisen suorituskyvyn tutkimuksessa käytetään pääasiassa eri terästen alumiinilevyyhdistelmän staattisen kuormituksen murtumistestiä, jossa verrataan naulattomien niitattujen liitosten ja SPR-liitosten mekaanisia ominaisuuksia sekä analysoidaan materiaalilaadun, niittaussuunnan ja materiaalin paksuuden vaikutusta naulattomien niitattujen mekaanisiin ominaisuuksiin. yhteys.
3.1
Testausmateriaalit ja -menetelmät
Testimateriaali on 5000-sarjan alumiiniseosta ja materiaalin paksuus on 1,0 mm ja 1,4 mm, joita käytetään yleisesti rungon rakenteessa; teräslevy on CR3, CR340 ja paksuus on 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm ja 1,3 mm;
Naulattomien niitattujen liitosten liitosten leikkaus- ja vetolujuus testataan staattisilla kuormitusvirhetesteillä. Koska yksikerrosliitos on yleinen nivelmuoto runkorakenteessa, näytetiedot on esitetty kuvassa 3, leikkausnäytteen koko on 85 mm × 35 mm ja lantioliitos on 30 mm; poikkivetonäytteen koko on 120 mm × 35 mm ja paikannusreiän halkaisija on 10 mm. Niitatulle näytteelle suoritettiin staattisen kuormituksen vikatesti yleisellä testauskoneella CMT4304 ja koko testiprosessin nopeus säädettiin 10 mm/min.
Naulattoman niitatun liitoksen leikkauskuva saadaan näyteliitoksen lankaleikkauksella ja se upotetaan, kiillotetaan ja ruostetaan ja leikkauskuvan vastaavat muotoparametritiedot saadaan tarkastelemalla optisella mikroskoopilla.
3.2
Prosessiparametrin valinta
3.2.1 Niittaussuunnan määritys naulattomassa niittauksessa
Niittaussuunnan määrittämiseksi valittiin CR3-teräslevy ja 5000-sarjan alumiiniseos sekä eri materiaalipaksuudet ja niittaussuunnat arvioimaan naulattoman niitatun liitoksen leikkauskuvan topografisia parametreja. Lukitussyvyyden arvoa käytettiin tärkeänä perustana niittauksen laadun arvioinnissa.
Yllä olevasta taulukosta 2 voidaan nähdä, että teräs-alumiini naulattomissa niitatuissa liitoksissa sama materiaalipaksuus ja eri niittaussuunnat voivat muodostaa paremman lukituksen, eikä lukitustila ole kovin herkkä materiaalille; eri materiaalipaksuudet, niittaussuunta ohuesta paksumpaan, lukitussyvyys laskee merkittävästi. Siksi materiaalin paksuus on pääasiallinen vaikuttava tekijä naulattoman niitatun liitoksen lukitsemisessa ja naulattoman niitatun liitoksen suunta on edullisesti paksusta levystä ohueen levyyn.
3.2.2 Niittausprosessin parametrien määrittäminen naulattomassa niittauksessa
Naulattoman niittausmuotin prosessiparametrit vaikuttavat niittauksen lukitussyvyyteen ja niittauksen laatuun. Optimaalisten prosessiparametrien saamiseksi käytetään Taguchi-menetelmää muotin valitsemiseen. mm 5000 sarjan alumiinilevy.
Säätötekijät ovat vastaavasti valitut lävistimen halkaisijat, muotin syvyys ja pohjan paksuus, ja jokaisella ohjauskertoimella on 3 tasoa, katso taulukko 3.
Lukituksen syvyys vasteen seurauksena, melutekijä voiteluaineena, oire nivelen ulkonemana tai halkeamia levyssä. Käytä ortogonaaliluettelotyökalua Wangdan ominaisuuden ortogonaalisen kokeen L9 optimoimiseksi ja luomiseksi. Ortogonaaliset testiyhdistelmät ja testitulokset on esitetty taulukossa 4.
Taulukosta 4 voidaan nähdä, että testin 5 lukitussyvyys on suurin, joten määritetään, että optimaaliset prosessiparametrit naulattomaan niittaukseen ovat 5,5 mm meistin halkaisija, 1,2 mm meistin syvyys ja 0. Pohjan paksuus 8 mm.
3.3
3.3 Mekaanisten ominaisuuksien vertailu
Koska teollisuudessa ei ole sopivaa standardia teräs-alumiiniliitosten mekaanisten ominaisuuksien arvioimiseen ja koska SPR:ää on käytetty laajalti teräs-alumiini-hybridirunkorakenteissa, SPR-liitosten mekaanisia ominaisuuksia käytetään vertailukohtana mekaanisten ominaisuuksien arvioinnissa. naulattomien niitattujen liitosten ominaisuudet. Saman materiaalin paksuuden ja materiaalityypin olosuhteissa suunniteltiin näytetason liitosleikkaus- ja poikittaisvetoluormien murtumistesti kahden liitosmenetelmän, naulattoman niittauksen ja SPR:n, leikkaus- ja vetomurtokuormien mittaamiseksi.
Testinäyteteräslevyn laatu on CR3 ja materiaalin paksuus 0,8 mm; alumiiniseoslaatu on 5000-sarja ja materiaalin paksuus on 1,4 mm. Optimaaliset niittaussuunnat valittiin kahdelle liitostavalle, joista naulaton niittaus oli paksusta ohueen ja SPR ohuesta paksuun ja kovasta pehmeään. Kussakin testiryhmässä on 5 näytettä, ja kunkin näyteryhmän veto- ja leikkauskuormitushäiriöiden kuormitus-siirtymäkäyrät ja murtumistavat on esitetty kuvissa 5-8.
3.3.1 Leikkausstaattisen kuormituksen häiriötestin analyysi
Kuvista 5 ja 6 näkyy, että leikkauskuormitustilassa naulattoman niitatun liitoksen murtumistila on ylälevyn kaulamurtuma, suurin murtumakuorma on 1620N ja keskimurto siirtymä on 0,46 mm; SPR-liitännän vikatila on ylemmän levyn repeytyminen, Suurin vikakuorma on 2364N ja keskimääräinen vikasiirtymä on 4,95 mm.
Lisäanalyysi osoittaa, että leikkauskuormitustilassa molemmilla on tietty plastisen puskurin energian absorptio ja naulattoman niitatun liitoksen leikkauslujuus on 68,5 prosenttia SPR:stä, mutta naulattoman niitatun liitoksen keskimääräinen siirtymä on huomattavasti pienempi, kun suurin vika tapahtuu SPR:n suhteen se on vain 9,3 prosenttia SPR:stä.
Lisäanalyysi osoittaa, että vetokuormitustilassa molempien liitosmenetelmien liitosten vika on hauras murtuma, plastisen muodonmuutoksen puskurivyöhykettä ei ole, naulattoman niittauksen vetolujuus on noin 60,6 prosenttia SPR:stä ja keskimääräinen siirtymä naulaton niittausvika on myös pienempi kuin SPR ja saavuttaa 65 prosenttia SPR:stä. Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka naulattoman niitatun liitoksen mekaaniset ominaisuudet ovat heikentyneet SPR-liitokseen verrattuna, sitä voidaan käyttää ei-pääkuormaa kantavalla runkorakenteen alueella.
3.4
Staattisiin ominaisuuksiin vaikuttavien tekijöiden analyysi
Jotta naulattomien niitattujen liitosten staattista suorituskykyä voidaan analysoida tarkemmin, käytä naulattomia niitattuja liitoksia muodostamaan suunnitteluohjeet rungon rakenteelle kolmesta materiaalilaadusta, niittaussuunnasta ja materiaalin paksuudesta yhdistettynä liitoksen poikkileikkausnäkymään. morfologiset parametrit ja staattisen kuormituksen epäonnistumistestit Aineistoa käytettiin analysoimaan sen vaikutusta teräs-alumiini naulattoman liitoksen staattiseen suorituskykyyn.
Otoskoko ja testimenetelmä ovat kuten edellä. Testissä valitaan tavallisten materiaalien laatu ja paksuus korin rakenteen vähäkuormitusalueella. mm, 1,3 mm, testiyhdistelmät ja testitulokset on esitetty taulukossa 5.
3.4.1 Materiaalin arvosanan vaikutus
Ensimmäiset neljä yhdistelmää, joiden materiaalin paksuus oli 10mm, valittiin analysoimaan materiaalilaadun vaikutusta naulattoman niitatun liitoksen staattiseen suorituskykyyn. Testitulokset, kuten suurin leikkausvoima, suurin vetovoima, lukitussyvyyden arvo ja vikatila, on esitetty taulukossa 6.
Kuvan 9 analyysistä voidaan nähdä, että leikkausvika riippuu pääasiassa yläkerroksen lujuudesta. Kun ylemmän kerroksen lujuus on suurempi kuin alemman kerroksen lujuus, leikkausvikatila on yleensä ylemmän kerroksen materiaalin liitoskohdan murtuminen; Alemman kerroksen lujuuden kasvaessa leikkausvikatila muuttuu liitoskohdan irtoamisesta liitoskohdan murtumiseen; samoin leikkauslujuus riippuu pääasiassa ylemmän kerroksen materiaalin lujuudesta ja kasvaa ylemmän kerroksen materiaalin lujuuden kasvaessa.
Samalla materiaalipaksuudella poikkijännityksen vikatila on liitoskohdan irrotus, jolla ei ole mitään tekemistä materiaalilaadun kanssa; vetokuorma pienenee materiaalin lujuuden kasvaessa.
Lukitussyvyys pienenee materiaalikuorman kasvaessa, koska mitä vahvempi materiaali, sitä vaikeampi materiaalin on muotoutua liitoksen aikana, mikä vaikeuttaa lukitusta.
3.4.2 Niittaussuunnan vaikutus
Vastaavasti neljän ensimmäisen yhdistelmän tietojen perusteella voidaan analysoida niittaussuunnan vaikutusta naulattoman niitatun liitoksen staattiseen suorituskykyyn, kuten kuvassa 10 näkyy.
Naulattoman niittauksen liitossuunta on suuresta kuormituksesta matalaan lujuuteen. Vaikka lukitussyvyydessä on vähän eroa, leikkauskuorma kasvaa merkittävästi. Yhdistelmä 1 on 53,4 prosenttia korkeampi kuin yhdistelmä 2 ja yhdistelmä 3 on 45,6 prosenttia korkeampi kuin yhdistelmä 4; liitossuunta on korkea Lujuudesta alhaiseen lujuuteen, vaikka ero lukitussyvyydessä ei ole suuri, vetolujuus pienenee merkittävästi. Yhdistelmä 1 on 33,6 prosenttia pienempi kuin yhdistelmä 2 ja yhdistelmä 3 on 29,4 prosenttia pienempi kuin yhdistelmä 4.
3.4.3 Materiaalin paksuuden vaikutus
Valitut yhdistelmä- ja testitulostiedot on esitetty taulukossa 7, ja materiaalin paksuuden vaikutusta naulattomaan niittausprosessin parametreihin ja staattisen kuormituksen murtumislujuuteen verrataan ja analysoidaan.
Taulukosta 7 ja kuviosta 11 voidaan nähdä, että leikkauslujuuden kannalta mitä paksumpi ylempi materiaali, mitä suurempi lukitussyvyys, mitä suurempi kaulan paksuus, sitä suurempi leikkauslujuus; Mitä paksumpi alempi materiaali, sitä vaikeampi on ylämateriaalin muodonmuutos, vaikka Lukitussyvyys kasvaa, mutta mitä ohuempi kaulan paksuus, sitä pienempi leikkauslujuus. Mitä paksumpi on ylempi ja alempi kerros, sitä suurempi on lukitussyvyys ja suurempi vetolujuus.
kuva
Siksi leikkauslujuuden lisäämiseksi tarvitaan paksumpi yläkerros tai ohuempi alempi kerros; ylemmän ja alemman kerroksen paksuuden kasvu voi lisätä vetolujuutta.
4. Johtopäätös
a. Vaikka naulattoman niitatun liitoksen staattinen suorituskyky on pienempi kuin SPR:n, sitä voidaan soveltaa muuhun kuin pääkuormaa kantavaan korin rakenteen alueelle;
b. Leikkauslujuus korreloi positiivisesti ylemmän materiaalin lujuuden kanssa; vetolujuus korreloi negatiivisesti yhdistävän komposiittimateriaalin lujuuteen;
c. Niittaussuunta on korkean lujuuden levystä matalalujuuteen, ja leikkauslujuus on suurempi; niittaussuunta on matalan lujuuden levystä korkeaan lujuuteen, ja vetolujuus on suurempi;
d. Paksumman ylemmän materiaalin paksuudella ja ohuemmalla alemmalla materiaalipaksuudella on suurempi leikkauslujuus; ylemmän ja alemman materiaalin paksuuden lisääminen voi lisätä vetolujuutta.
