1. Introducció
Amb el llançament de la política "Science and Technology Support Carbon Peak Carbon Neutralization Implementation Plan (2022-2030)" (Pla d'implementació de la neutralització de carboni del pic de carboni), el pes lleuger dels automòbils s'ha convertit en una tendència inevitable. L'aliatge d'alumini lleuger del cos i l'acer avançat d'alta resistència i altres materials, mitjançant una aplicació i distribució raonables, poden aconseguir una estructura del cos més segura alhora que equilibren el cost de producció del cos d'alumini i els costos de manteniment futurs. És el vehicle lleuger més eficaç.
El reblat sense claus i el rebló autoperforant (Self-Piercing Riveting, SPR) són maneres efectives d'aconseguir la connexió de metalls diferents d'acer i alumini, especialment el reblons sense claus, sense necessitat de reblons addicionals, sense augment de la qualitat del punt de connexió i el cost global de la connexió és inferior al de SPR. El procés de connexió lleugera més lleugera encara es troba en fase d'investigació experimental a la Xina i no s'ha utilitzat àmpliament a l'estructura del cos. En aquest estudi, es van comparar els paràmetres del procés i el rendiment estàtic de la tecnologia de reblat sense clau combinant làmines d'acer i alumini amb diferents gruixos de material, per tal de proporcionar una selecció de material i una referència de disseny de connexió per a l'aplicació de la tecnologia de reblat sense claus a l'estructura del cos.
2 procés
El reblat sense claus és un procés de connexió mecànica d'estampació, que utilitza la deformació plàstica local de dues o més capes de xapa metàl·lica per completar el procés d'embutició profunda i processament de compostos d'extrusió, i forma un cercle entrellaçat a l'articulació extruïda. Punts de connexió en forma o rectangulars, de manera que tingui una certa resistència a la tracció i al tall. El procés de connexió es mostra a la figura 1. El procés inclou principalment el pre-estrenyiment, l'oclusal, el punxonat, la retenció de la pressió i l'expulsió. El reblat sense claus es pot utilitzar per a la connexió entre les mateixes làmines o diferents amb requisits d'enganxament, recobriment i segellat adhesiu.
Hi ha un enduriment per treball en el procés de formació del reblat sense claus, que millora la resistència a la fluència del material i la capacitat de suport de la junta reblada. A la figura 2 es mostren els paràmetres de perfil de la vista de la secció transversal de la junta reblada sense claus. Els paràmetres principals són el gruix del coll de la placa superior S1, les plaques superior i inferior Profunditat d'enclavament del material C1, la suma del gruix inferior de les làmines superior i inferior al punt de connexió (gruix inferior) ST.
3 Paràmetres de procés i propietats estàtiques
La investigació sobre els paràmetres de procés de la connexió reblada sense claus adopta principalment el mètode Taguchi i la prova ortogonal per avaluar els paràmetres de la forma, com ara el gruix del coll i la profunditat d'enclavament de la vista de la secció de l'articulació, determinar la direcció de reblat i la combinació òptima dels paràmetres del procés. ; La investigació del rendiment estàtic utilitza principalment diferents proves de fallada de càrrega estàtica d'acer de la combinació de xapes d'alumini, comparant les propietats mecàniques de la connexió reblada sense claus i la connexió SPR, i analitzant la influència del grau del material, la direcció del reblat i el gruix del material en les propietats mecàniques dels reblats sense claus. connexió.
3.1
Materials i mètodes de prova
El material de prova és d'aliatge d'alumini de la sèrie 5000 i el gruix del material és d'1,0 mm i 1,4 mm, que s'utilitzen habitualment en l'estructura del cos; la placa d'acer és CR3, CR340 i el gruix és de 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm i 1,3 mm;
Les juntes reblonades sense claus es posen a prova per a la resistència a la cisalla i la tracció de les unions mitjançant proves de fallada de càrrega estàtica. Com que l'articulació solapada és una forma d'articulació comuna a l'estructura del cos, les especificacions de la mostra es mostren a la figura 3, la mida de la mostra de cisalla és de 85 mm × 35 mm i l'articulació de la solapa és de 30 mm; la mida de la mostra de tracció creuada és de 120 mm × 35 mm i el diàmetre del forat de posicionament és de 10 mm. La mostra reblada es va sotmetre a una prova de fallada de càrrega estàtica en una màquina de prova universal CMT4304 i la velocitat de tot el procés de prova es va controlar a 10 mm/min.
La vista en secció de l'articulació reblada sense claus s'obté mitjançant el tall de filferro de l'articulació de la mostra, s'incrusta, es polida i es corroeix, i les dades dels paràmetres de forma corresponents de la vista en secció s'obtenen observant sota un microscopi òptic.
3.2
Selecció de paràmetres del procés
3.2.1 Determinació de la direcció del reblat per al reblat sense claus
Per tal de determinar la direcció de reblat, es van seleccionar una placa d'acer CR3 i un aliatge d'alumini de la sèrie 5000, i es van seleccionar diferents gruixos de material i direccions de reblat per avaluar els paràmetres de topografia de la vista en secció de l'articulació reblada sense claus. El valor de profunditat d'enclavament es va utilitzar com a base important per jutjar la qualitat del reblat.
Es pot veure a la taula 2 anterior que per a les connexions reblats sense claus d'acer-alumini, el mateix gruix del material i diferents direccions de reblat poden formar un millor enclavament i l'estat d'enclavament no és molt sensible al material; diferents gruixos de material, direcció de reblat de prim a quan és més gruixut, la profunditat d'enclavament cau significativament. Per tant, el gruix del material és el principal factor que influeix en l'enclavament de la connexió reblada sense claus, i la direcció de la connexió reblada sense claus és preferiblement de placa gruixuda a placa prima.
3.2.2 Determinació dels paràmetres del procés de reblat per al reblat sense claus
Els paràmetres del procés de la matriu de reblat sense claus afecten la profunditat i la qualitat del reblat. Per tal d'obtenir els paràmetres òptims del procés, s'utilitza el mètode Taguchi per seleccionar la matriu. Placa d'alumini sèrie 5000 mm.
Els factors de control són el diàmetre del punxó, la profunditat de la matriu i el gruix de la base, respectivament, i cada factor de control té 3 nivells, vegeu la taula 3.
Profunditat d'enclavament com a resultat de la resposta, factor de soroll com a lubricant, símptoma com a protuberància de l'articulació o esquerdes a la làmina. Utilitzeu l'eina de llista ortogonal per optimitzar i establir l'experiment ortogonal L9 de la característica de Wangda. Les combinacions de proves ortogonals i els resultats de les proves es mostren a la taula 4.
Es pot veure a la taula 4 que la profunditat d'enclavament de la prova 5 és la més gran, de manera que es determina que els paràmetres òptims de procés per al reblat sense claus són de 5,5 mm de diàmetre de punxó, 1,2 mm de profunditat de matriu i 0. 8 mm de gruix inferior.
3.3
3.3 Comparació de propietats mecàniques
Com que no hi ha un estàndard adequat per jutjar les propietats mecàniques de les juntes d'acer-alumini a la indústria, i com que SPR s'ha utilitzat àmpliament en estructures de carrosseria híbrida d'acer-alumini, les propietats mecàniques de les juntes SPR s'utilitzen com a referència per jutjar la mecànica. Propietats de les juntes reblades sense claus. Sota les condicions del mateix gruix de material i tipus de material, es va dissenyar una prova de fallada de càrrega estàtica de cisalla a nivell de mostra i tracció creuada per mesurar les càrregues de fallada de cisalla i tracció de dos mètodes de connexió, reblat sense claus i SPR.
El grau de la placa d'acer de la mostra de prova és CR3 i el gruix del material és de 0,8 mm; el grau d'aliatge d'alumini és de la sèrie 5000 i el gruix del material és d'1,4 mm. Es van seleccionar les direccions de reblat òptimes per als dos mètodes de connexió, entre els quals el reblat sense claus era de gruixut a prim, i el SPR era de prim a gruixut i de dur a tou. Hi ha 5 mostres a cada grup de proves, i a les figures 5 a 8 es mostren les corbes de càrrega-desplaçament i els modes de fallada de les fallades per càrrega de tracció i cisalla de cada grup de mostres.
3.3.1 Anàlisi de la prova de fallada de càrrega estàtica per cisalla
Es pot veure a les figures 5 i 6 que sota l'estat de càrrega de cisalla, el mode de fallada de la connexió reblada sense claus és la fractura del coll de la placa superior, la càrrega de fallada màxima és de 1620N i la fallada mitjana. el desplaçament és de 0,46 mm; el mode de fallada de la connexió SPR és el trencament de la placa superior, la càrrega màxima de fallada és de 2364N i el desplaçament mitjà de fallada és de 4,95 mm.
Una anàlisi més detallada mostra que sota l'estat de càrrega de cisalla, tots dos tenen una certa absorció d'energia d'amortidor de plàstic, i la resistència al tall de l'articulació reblada sense claus arriba al 68,5 per cent de SPR, però el desplaçament mitjà de l'articulació reblada sense clau és significativament menor quan el es produeix la fallada màxima En termes de SPR, només és del 9,3 per cent de SPR.
Una anàlisi addicional mostra que sota l'estat de càrrega de tracció, la fallada de les articulacions dels dos mètodes de connexió és una fractura trencadissa, no hi ha una zona d'amortiment de deformació plàstica, la resistència a la tracció del reblat sense claus és d'uns 60,6 per cent de SPR i el desplaçament mitjà de La fallada del reblat sense claus també és inferior a la SPR, arribant al 65 per cent de la SPR. En conclusió, en comparació amb la connexió SPR, tot i que es redueixen les propietats mecàniques de l'articulació reblada sense claus, es pot aplicar a la zona de l'estructura del cos que no porta càrrega principal.
3.4
Anàlisi dels factors que afecten les propietats estàtiques
Per analitzar més el rendiment estàtic de les juntes reblonades sense claus, apliqueu les juntes reblonades sense claus per formar directrius de disseny per a l'estructura del cos, des dels tres aspectes del grau del material, la direcció del reblat i el gruix del material, combinats amb la vista transversal de la junta. paràmetres de morfologia i proves de fallada de càrrega estàtica. Les dades es van utilitzar per analitzar la seva influència en el rendiment estàtic de la connexió sense claus d'acer-alumini.
La mida de la mostra i el mètode de prova són els anteriors. A la prova, es selecciona el grau i el gruix dels materials comuns a la zona de baixa càrrega de l'estructura del cos. mm, 1,3 mm, les combinacions de proves i els resultats de les proves es mostren a la taula 5.
3.4.1 Efecte del grau del material
Les quatre primeres combinacions amb un gruix de material d'1,0mm es van seleccionar per analitzar la influència del grau del material en el rendiment estàtic de la connexió reblada sense claus. Els resultats de la prova, com ara la força de cisalla màxima, la força de tracció màxima, el valor de profunditat d'enclavament i el mode de fallada, es mostren a la taula 6.
A partir de l'anàlisi de la figura 9, es pot veure que el mode de fallada per cisalla depèn principalment de la resistència de la capa superior. Quan la força de la capa superior és superior a la de la capa inferior, el mode de fallada de cisalla és generalment la fractura del punt de connexió del material de la capa superior; Amb l'augment de la força de la capa inferior, el mode de fallada de cisalla canvia de l'extracció del punt de connexió a la fractura del punt de connexió; de la mateixa manera, la resistència al tall depèn principalment de la resistència del material de la capa superior i augmenta amb l'augment de la resistència del material de la capa superior.
Sota el mateix gruix del material, el mode de fallada de la tensió creuada és l'extracció del punt de connexió, que no té res a veure amb el grau del material; la càrrega de tracció disminueix amb l'augment de la resistència del material.
La profunditat d'enclavament disminueix a mesura que augmenta la càrrega del material, perquè com més fort és el material, més difícil serà que el material es deformi durant la connexió, cosa que dificulta l'enclavament.
3.4.2 Efecte de la direcció del reblat
De la mateixa manera, a partir de les dades de les quatre primeres combinacions, es pot analitzar la influència de la direcció de reblat en el rendiment estàtic de la connexió reblada sense claus, tal com es mostra a la figura 10.
La direcció de connexió del reblat sense claus és d'alta càrrega a baixa resistència. Tot i que hi ha poca diferència en la profunditat d'enclavament, la càrrega de cisalla augmenta significativament. La combinació 1 és un 53,4 per cent més alta que la combinació 2, i la combinació 3 és un 45,6 per cent més alta que la combinació 4; la direcció de connexió és alta Des de la força fins a la baixa resistència, encara que la diferència de profunditat d'enclavament no és gran, la resistència a la tracció es redueix significativament. La combinació 1 és un 33,6 per cent més baixa que la combinació 2, i la combinació 3 és un 29,4 per cent més baixa que la combinació 4.
3.4.3 Efecte del gruix del material
La combinació seleccionada i les dades del resultat de la prova es mostren a la taula 7, i es compara i s'analitza la influència del gruix del material en els paràmetres del procés de reblat sense claus i la resistència a la fallada de la càrrega estàtica.
A la taula 7 i a la figura 11 es pot veure que, per a la resistència al tall, com més gruixut és el material superior, més gran és la profunditat d'entrellaçament, més gran és el gruix del coll, més gran és la resistència al tall; Com més gruixut sigui el material inferior, més difícil serà la deformació del material superior, tot i que la profunditat d'enclavament augmenta, però com més prim és el gruix del coll, menor serà la resistència al tall. Pel que fa a la resistència a la tracció, com més gruixudes siguin les capes superior i inferior, més gran és la profunditat d'entrellaçament i més gran és la resistència a la tracció.
imatge
Per tant, per augmentar la resistència al tall, cal una capa superior més gruixuda o una capa inferior més prima; l'augment del gruix de les capes superior i inferior pot augmentar la resistència a la tracció.
4 Conclusió
a. Tot i que el rendiment estàtic de la connexió reblada sense claus és inferior al de SPR, es pot aplicar a l'àrea de l'estructura del cos que no porta càrrega principal;
b. La resistència al tall està positivament correlacionada amb la resistència del material superior; la resistència a la tracció està correlacionada negativament amb la resistència del material compost de connexió;
c. La direcció de reblat és des de la placa d'alta resistència a la de baixa resistència, i la resistència al tall és més alta; la direcció de reblat és de placa de baixa resistència a alta resistència i la resistència a la tracció és més alta;
d. El gruix del material superior més gruixut i el gruix del material inferior més prim tenen una major resistència a la cisalla; l'augment del gruix del material superior i inferior pot augmentar la resistència a la tracció.
