1. Uvod
Sa objavljivanjem politike "Podrška za nauku i tehnologiju Carbon Peak Carbon Neutralization Plan Implementation Plan (2022-2030)", laki automobili su postali neizbježan trend. Lagana aluminijska legura i napredni čelik visoke čvrstoće i drugi materijali, razumnom primjenom i distribucijom, mogu postići sigurniju strukturu karoserije uz balansiranje troškova proizvodnje potpuno aluminijskog tijela i budućih troškova održavanja. To je najefikasnije sredstvo za laka vozila.
Zakivanje bez eksera i samoprobijajuće zakivanje (Self-Piercing Riveting, SPR) su efikasni načini za ostvarivanje veze čelika i aluminijuma različitih metala, posebno zakivanje bez eksera, bez potrebe za dodatnim zakovicama, bez povećanja kvaliteta spojne tačke i ukupna cijena veze je niža od cijene SPR-a. Lagani proces povezivanja je još uvijek u fazi procesa i eksperimentalnog istraživanja u Kini i nije se široko koristio u strukturi karoserije. U ovoj studiji uspoređeni su procesni parametri i statičke performanse tehnologije zakivanja bez eksera kombinacijom čeličnih i aluminijskih limova različitih debljina materijala, kako bi se obezbijedio odabir materijala i referenca za dizajn spoja za primjenu tehnologije zakivanja bez eksera u strukturi karoserije.
2 proces
Zakivanje bez noktiju je proces mehaničkog spajanja štancanja, koji koristi lokalnu plastičnu deformaciju dva ili više slojeva lima kako bi se dovršio proces dubokog izvlačenja i obrade kompozita ekstruzijom, te formira isprepleteni podrezani krug na ekstrudiranom spoju. Oblikovane ili pravokutne spojne točke, tako da ima određenu vlačnu čvrstoću i čvrstoću na smicanje. Proces povezivanja je prikazan na slici 1. Proces uglavnom uključuje prethodno zatezanje, okluzalno, probijanje, držanje pritiska i izbacivanje. Zakivanje bez eksera može se koristiti za spajanje istih ili različitih listova sa zahtjevima za lijepljenje, premazivanje i zaptivanje ljepilom.
U procesu formiranja zakivanja bez eksera dolazi do radnog očvršćavanja, što poboljšava granicu tečenja materijala i nosivost zakivanog spoja. Parametri profila poprečnog presjeka zakovnog spoja bez eksera prikazani su na slici 2. Glavni parametri su debljina vrata gornje ploče S1, gornje i donje ploče Dubina spajanja materijala C1, zbir debljine dna ploče. gornji i donji lim na mjestu spajanja (debljina dna) ST.
3 Parametri procesa i statička svojstva
Istraživanje parametara procesa zakovnog spoja bez eksera uglavnom usvaja Taguchijevu metodu i ortogonalni test za procjenu parametara oblika kao što su debljina vrata i dubina spoja u pogledu presjeka spoja, određivanje smjera zakivanja i optimalne kombinacije parametara procesa. ; istraživanje statičkih performansi uglavnom koristi različiti čelik Ispitivanje kvara na statičko opterećenje kombinacije aluminijskih limova, upoređujući mehanička svojstva spoja bez eksera i SPR spoja, i analizirajući utjecaj kvalitete materijala, smjera zakivanja i debljine materijala na mehanička svojstva spoja bez eksera. veza.
3.1
Ispitni materijali i metode
Materijal za testiranje je legura aluminijuma serije 5000, a debljina materijala je 1,0 mm i 1,4 mm, koji se obično koriste u strukturi karoserije; čelična ploča je CR3, CR340, a debljine 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm i 1,3 mm;
Zakovani spojevi bez eksera testiraju se na smicanje i vlačnu čvrstoću spoja ispitivanjem statičkog opterećenja. Budući da je jednostruki preklopni spoj uobičajen oblik zgloba u strukturi karoserije, specifikacije uzorka su prikazane na slici 3, veličina uzorka smicanja je 85 mm×35 mm, a preklopni spoj je 30 mm; veličina uzorka poprečnog zatezanja je 120 mm × 35 mm, a prečnik rupe za pozicioniranje je 10 mm. Zakivani uzorak podvrgnut je statičkom testu kvara opterećenja na univerzalnoj mašini za ispitivanje CMT4304, a brzina cijelog procesa ispitivanja kontrolirana je na 10 mm/min.
Presjek spoja bez eksera dobije se rezanjem spoja uzorka žicom, koji se intarzira, polira i korodira, a odgovarajući podaci o parametru oblika presjeka dobivaju se promatranjem pod optičkim mikroskopom.
3.2
Odabir parametara procesa
3.2.1 Određivanje smjera zakivanja za zakivanje bez eksera
Kako bi se odredio smjer zakivanja, odabrana je čelična ploča CR3 i aluminijska legura serije 5000, a odabrane su različite debljine materijala i smjerovi zakivanja za procjenu topografskih parametara presjeka zakovnog spoja bez eksera. Vrijednost dubine spajanja korištena je kao važna osnova za ocjenjivanje kvalitete zakivanja.
Iz gornje Tabele 2 može se vidjeti da za spojeve čelik-aluminij bez eksera, ista debljina materijala i različiti smjerovi zakivanja mogu stvoriti bolje međusobno blokiranje, a stanje međusobnog zaključavanja nije jako osjetljivo na materijal; različite debljine materijala, smjer zakivanja od tankog do kada je deblji, dubina blokade značajno opada. Stoga je debljina materijala glavni faktor utjecaja na spajanje zakivanog spoja bez eksera, a smjer veze bez eksera je poželjno od debele ploče do tanke ploče.
3.2.2 Određivanje parametara procesa zakivanja za zakivanje bez eksera
Parametri procesa matrice za zakivanje bez eksera utječu na dubinu blokade zakivanja i kvalitetu zakivanja. Da bi se dobili optimalni parametri procesa, za odabir kalupa koristi se Taguchi metoda. mm aluminijumska ploča serije 5000.
Kontrolni faktori su odabrani prečnik proboja, dubina matrice i debljina baze, a svaki kontrolni faktor ima 3 nivoa, vidi tabelu 3.
Dubina blokade kao rezultat reakcije, faktor buke kao mazivo, simptom kao izbočenje spoja ili pukotine u lim. Koristite alatku za ortogonalnu listu za optimizaciju i uspostavljanje ortogonalnog eksperimenta L9 Wangda karakteristike. Ortogonalne kombinacije testova i rezultati testa prikazani su u tabeli 4.
Iz tabele 4 se može vidjeti da je dubina međusobnog spajanja kod Testa 5 najveća, pa je utvrđeno da su optimalni procesni parametri za zakivanje bez eksera 5,5 mm u promjeru proboja, 1,2 mm u dubini matrice i 0. 8 mm debljine dna.
3.3
3.3 Poređenje mehaničkih svojstava
Budući da ne postoji odgovarajući standard za procjenu mehaničkih svojstava čelik-aluminijskih spojeva u industriji, i budući da se SPR naširoko koristi u čelično-aluminijskim hibridnim strukturama karoserije, mehanička svojstva SPR spojeva se koriste kao mjerilo za procjenu mehaničkih svojstva zakovnih spojeva bez eksera. U uvjetima iste debljine materijala i vrste materijala, dizajnirano je ispitivanje smicanja spoja na razini uzorka i poprečnog vlačnog statičkog opterećenja kako bi se izmjerila posmična i vlačna opterećenja za dvije metode spajanja, zakivanje bez eksera i SPR.
Kvaliteta čelične ploče testnog uzorka je CR3, a debljina materijala je 0.8mm; razred aluminijumske legure je serija 5000, a debljina materijala je 1,4 mm. Odabrani su optimalni pravci zakivanja za dva načina spajanja, među kojima je zakivanje bez eksera od debelog do tankog, a SPR od tankog do debelog i od tvrdog do mekog. U svakoj grupi ispitivanja ima 5 uzoraka, a krivulje opterećenja i pomaka i načini loma vlačnog i posmičnog opterećenja svake grupe uzoraka prikazani su na slikama 5 do 8.
3.3.1 Analiza ispitivanja smicanja statičkog opterećenja
Na slikama 5 i 6 se može vidjeti da je pod stanjem posmičnog opterećenja, način loma spoja bez eksera zakovicama prijelom vrata gornje ploče, maksimalno opterećenje loma je 1620N, a prosječni otkaz pomak je 0,46 mm; način kvara SPR veze je kidanje gornje ploče, maksimalno opterećenje loma je 2364N, a prosječni pomak loma je 4,95 mm.
Daljnja analiza pokazuje da u stanju posmičnog opterećenja oba imaju određenu apsorpciju energije plastičnog pufera, a čvrstoća na smicanje zakovanog spoja bez eksera dostiže 68,5 posto SPR-a, ali je prosječni pomak spoja bez eksera znatno manji kada dolazi do maksimalnog kvara U smislu SPR-a, to je samo 9,3 posto SPR-a.
Daljnja analiza pokazuje da je pod vlačnim opterećenjem kvar spojeva dvije metode spajanja krhki lom, ne postoji tampon zona plastične deformacije, vlačna čvrstoća zakivanja bez eksera iznosi oko 60,6 posto SPR-a, a prosječan pomak od Neuspjeh zakivanja bez eksera je također manji od SPR-a, dostižući 65 posto SPR-a. Zaključno, u poređenju sa SPR vezom, iako su mehanička svojstva zakovanog spoja bez eksera smanjena, može se primeniti u području strukture karoserije koja nije glavna nosivost.
3.4
Analiza faktora koji utječu na statička svojstva
Da biste dalje analizirali statičke performanse spojeva bez eksera, primijenite spojeve bez eksera kako biste formirali smjernice za dizajn strukture karoserije, s tri aspekta kvaliteta materijala, smjera zakivanja i debljine materijala, u kombinaciji s pogledom na poprečni presjek spoja. morfološki parametri i ispitivanje statičkog opterećenja. Podaci su korišteni za analizu njegovog utjecaja na statičke performanse spoja čelik-aluminij bez eksera.
Veličina uzorka i metoda ispitivanja su kao gore. U testu je odabrana kvaliteta i debljina uobičajenih materijala u području niskog opterećenja karoserije. mm, 1,3 mm, kombinacije ispitivanja i rezultati ispitivanja prikazani su u tabeli 5.
3.4.1 Utjecaj kvalitete materijala
Prve četiri kombinacije sa debljinom materijala od 1.0mm odabrane su za analizu utjecaja kvalitete materijala na statičke performanse spoja bez eksera. Rezultati ispitivanja kao što su maksimalna posmična sila, maksimalna vlačna sila, vrijednost dubine blokade i način loma prikazani su u tablici 6.
Iz analize na slici 9. može se vidjeti da način posmičnog loma uglavnom ovisi o čvrstoći gornjeg sloja. Kada je čvrstoća gornjeg sloja veća od čvrstoće donjeg sloja, mod smicanja je općenito lom spojne točke materijala gornjeg sloja; Sa povećanjem čvrstoće donjeg sloja dolazi do promjene načina smicanja od povlačenja spojne točke do loma spojne točke; slično tome, posmična čvrstoća uglavnom ovisi o čvrstoći materijala gornjeg sloja, a raste s povećanjem čvrstoće materijala gornjeg sloja.
Pod istom debljinom materijala, način kvara poprečne napetosti je povlačenje spojne tačke, što nema nikakve veze sa klasom materijala; vlačno opterećenje opada s povećanjem čvrstoće materijala.
Dubina blokade se smanjuje kako se opterećenje materijala povećava, jer što je materijal jači, to je teže da se materijal deformiše tokom spajanja, što otežava blokadu.
3.4.2 Utjecaj smjera zakivanja
Slično, na osnovu podataka prve četiri kombinacije, može se analizirati utjecaj smjera zakivanja na statičke performanse zakivanog spoja bez eksera, kao što je prikazano na slici 10.
Smjer spajanja zakivanja bez eksera je od velikog opterećenja do niske čvrstoće. Iako postoji mala razlika u dubini spajanja, posmično opterećenje se značajno povećava. Kombinacija 1 je 53,4 posto viša od kombinacije 2, a kombinacija 3 je 45,6 posto viša od kombinacije 4; smjer spajanja je visok Od čvrstoće do niske čvrstoće, iako razlika u dubini spajanja nije velika, vlačna čvrstoća je značajno smanjena. Kombinacija 1 je 33,6 posto niža od kombinacije 2, a kombinacija 3 je 29,4 posto niža od kombinacije 4.
3.4.3 Utjecaj debljine materijala
Odabrana kombinacija i podaci o rezultatima ispitivanja prikazani su u tablici 7, a uspoređen je i analiziran utjecaj debljine materijala na parametre procesa zakivanja bez eksera i otpornost na statičko opterećenje.
Iz tablice 7 i slike 11 može se vidjeti da, za čvrstoću na smicanje, što je gornji materijal deblji, što je veća dubina spajanja, što je veća debljina vrata, veća je posmična čvrstoća; što je deblji donji materijal, to je teža deformacija gornjeg materijala, iako se dubina spajanja povećava, ali što je debljina vrata tanja, to je niža otpornost na smicanje. Što se tiče vlačne čvrstoće, što je deblji gornji i donji sloj, to je veća dubina međusobnog spajanja i veća je vlačna čvrstoća.
slika
Stoga je za povećanje otpornosti na smicanje potreban deblji gornji ili tanji donji sloj; povećanje debljine gornjeg i donjeg sloja može povećati vlačnu čvrstoću.
4 Zaključak
a. Iako su statičke performanse zakovanog spoja bez eksera niže od one kod SPR-a, može se primijeniti na područje strukture karoserije koja nije glavna nosivost;
b. Smična čvrstoća je u pozitivnoj korelaciji sa čvrstoćom gornjeg materijala; vlačna čvrstoća je u negativnoj korelaciji sa čvrstoćom spojnog kompozitnog materijala;
c. Smjer zakivanja je od ploče visoke čvrstoće do ploče niske čvrstoće, a čvrstoća na smicanje je veća; smjer zakivanja je od ploče male čvrstoće do visoke čvrstoće, a vlačna čvrstoća je veća;
d. Veća debljina gornjeg materijala i tanja donja debljina materijala imaju veću otpornost na smicanje; povećanje gornje i donje debljine materijala može povećati vlačnu čvrstoću.
