1. Sissejuhatus
Teadus- ja tehnoloogiatoetuse süsinikdioksiidi maksimaalse süsinikusisalduse neutraliseerimise rakenduskava (2022-2030) avaldamisega on kergautodest saanud vältimatu trend. Kergest alumiiniumisulamist ja täiustatud kõrgtugevast terasest ja muudest materjalidest saab mõistliku kasutamise ja levitamise abil saavutada ohutuma kerestruktuuri, tasakaalustades samal ajal täielikult alumiiniumist korpuse tootmiskulusid ja tulevasi hoolduskulusid. See on kõige tõhusam sõiduki kerge vahend.
Naeluta neetimine ja iseläbisev neetimine (Self-Piercing Riveting, SPR) on tõhusad viisid terasest ja alumiiniumist erinevate metallide ühendamiseks, eriti naelteta neetimiseks, lisaneetide vajaduse puudumine, ühenduspunkti kvaliteedi paranemine ja ühenduse kogumaksumus on madalam kui SPR-il. Lahjem kerge ühendusprotsess on Hiinas endiselt protsessi- ja eksperimentaalse uurimise etapis ning seda pole kerekonstruktsioonis laialdaselt kasutatud. Selles uuringus võrreldi naelteta neetimistehnoloogia protsessi parameetreid ja staatilist jõudlust, kombineerides erineva materjali paksusega teras- ja alumiiniumlehti, et anda materjali valiku ja ühenduse disaini viide naelteta neetimistehnoloogia rakendamiseks korpuse struktuuris.
2 protsess
Naeluta neetimine on stantsimismehaaniline ühendamisprotsess, mis kasutab kahe või enama lehtmetallikihi lokaalset plastilist deformatsiooni süvatõmbe- ja ekstrusioonikomposiitide töötlemise protsessi lõpuleviimiseks ning moodustab ekstrudeeritud liitekohas blokeeriva sisselõikeringi. Vormitud või ristkülikukujulised ühenduspunktid, nii et sellel on teatud tõmbe- ja nihketugevus. Ühendusprotsess on näidatud joonisel 1. Protsess hõlmab peamiselt eelpingutamist, oklusiooni, stantsimist, rõhu hoidmist ja väljutamist. Naelteta neetimist saab kasutada samade või erinevate lehtede ühendamiseks liimimise, katmise ja liimiga tihendamisega.
Naeluta neetimise vormimisprotsessis esineb töökarastamist, mis parandab materjali voolavust ja neetühenduse kandevõimet. Naelteta neetühenduse ristlõike vaate profiiliparameetrid on toodud joonisel 2. Peamisteks parameetriteks on ülemise plaadi kaela paksus S1, ülemine ja alumine plaat Materjali lukustussügavus C1, põhja paksuse summa. ülemised ja alumised lehed ühenduspunktis (põhja paksus) ST.
3 Protsessi parameetrid ja staatilised omadused
Naelteta neetitud ühenduse protsessiparameetrite uurimisel kasutatakse peamiselt Taguchi meetodit ja ortogonaalset testi, et hinnata kuju parameetreid, nagu kaela paksus ja liite lõikevaate lukustussügavus, määrata neetimissuund ja protsessiparameetrite optimaalne kombinatsioon. ; Staatilise jõudluse uuringus kasutatakse peamiselt erinevat terasest alumiiniumpleki kombinatsiooni staatilise koormuse purunemise katset, milles võrreldakse naelteta needitud ühenduse ja SPR-ühenduse mehaanilisi omadusi ning analüüsitakse materjali kvaliteedi, neetimissuuna ja materjali paksuse mõju naelteta neetitud ühenduse mehaanilistele omadustele. ühendus.
3.1
Katsematerjalid ja meetodid
Katsematerjal on 5000 seeria alumiiniumsulam ja materjali paksus on 1,0 mm ja 1,4 mm, mida tavaliselt kasutatakse kerekonstruktsioonis; terasplaat on CR3, CR340 ja paksus on 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm ja 1,3 mm;
Naelteta needitud liigeste nihke- ja tõmbetugevust testitakse staatilise koormuse katsetega. Kuna ühekordne vööliigend on kere struktuuris levinud liigend, on näidise spetsifikatsioonid näidatud joonisel 3, nihkeproovi suurus on 85 mm × 35 mm ja vööliigend on 30 mm; risttõmbe proovi suurus on 120 mm × 35 mm ja positsioneerimisava läbimõõt on 10 mm. Needitud proovile tehti universaalse katsemasina CMT4304 staatilise koormuse rikke test ja kogu katseprotsessi kiirust kontrolliti kiirusel 10 mm/min.
Naelteta neetühenduse lõikevaade saadakse näidisliite traatlõikamisel ning see on inkrusteeritud, poleeritud ja korrodeeritud ning lõikevaate vastavad kujuparameetrite andmed saadakse optilise mikroskoobi all vaatledes.
3.2
Protsessi parameetrite valik
3.2.1 Naeluta neetimise neetimissuuna määramine
Neetimissuuna määramiseks valiti CR3 terasplaat ja 5000 seeria alumiiniumsulam ning naelteta neetühenduse lõikevaate topograafiliste parameetrite hindamiseks valiti erinevad materjali paksused ja neetimissuunad. Blokeerimissügavuse väärtust kasutati neetimiskvaliteedi hindamisel olulise alusena.
Ülaltoodud tabelist 2 on näha, et teras-alumiinium naelteta needitud ühenduste puhul võib sama materjali paksus ja erinevad neetimissuunad moodustada parema blokeeringu ning blokeeringu olek ei ole materjali suhtes eriti tundlik; erinevad materjalipaksused, neetimissuund õhukesest kuni paksemaks muutudes langeb lukustussügavus oluliselt. Seetõttu on naelteta neetühenduse põimimisel peamine mõjutegur materjali paksus ja naelteta needitud ühenduse suund on eelistatavalt paksust plaadist õhukese plaadini.
3.2.2 Naeluta neetimise neetimisprotsessi parameetrite määramine
Naeluta neetimisvormi protsessiparameetrid mõjutavad neetimise lukustuse sügavust ja neetimiskvaliteeti. Optimaalsete protsessiparameetrite saamiseks kasutatakse stantsi valimiseks Taguchi meetodit. mm 5000 seeria alumiiniumplaat.
Kontrollteguriteks on vastavalt valitud stantsi läbimõõt, stantsi sügavus ja aluse paksus ning igal kontrollteguril on 3 taset, vt tabel 3.
Blokeeringu sügavus reaktsiooni tulemusena, mürategur määrdeainena, sümptom liigese väljaulatuvuse või lehe pragudena. Kasutage Wangda karakteristiku ortogonaalse katse L9 optimeerimiseks ja loomiseks ortogonaalse loendi tööriista. Ortogonaalsed testikombinatsioonid ja testi tulemused on toodud tabelis 4.
Tabelist 4 on näha, et katse 5 lukustussügavus on suurim, seega tehakse kindlaks, et naelteta neetimise protsessi optimaalsed parameetrid on stantsi läbimõõt 5,5 mm, stantsi sügavus 1,2 mm ja 0. Põhja paksus 8 mm.
3.3
3.3 Mehaaniliste omaduste võrdlus
Kuna tööstuses puudub sobiv standard teras-alumiiniumliidete mehaaniliste omaduste hindamiseks ja kuna SPR-i on laialdaselt kasutatud teras-alumiinium hübriidkerekonstruktsioonides, kasutatakse SPR-liidete mehaanilisi omadusi mehaaniliste omaduste hindamisel etalonina. naelteta needitud liigeste omadused. Sama materjali paksuse ja materjalitüübi tingimustes töötati välja proovitaseme vuugi nihke- ja risttõmbe staatilise koormuse purunemise katse, et mõõta kahe ühendusmeetodi, naelteta neetimise ja SPR-i nihke- ja tõmbekahjustuste koormusi.
Katseproovi terasplaadi mark on CR3 ja materjali paksus on 0,8 mm; alumiiniumisulami klass on 5000-seeria ja materjali paksus on 1,4 mm. Optimaalsed neetimissuunad valiti kahe ühendusmeetodi jaoks, mille hulgas oli naelteta neetimine paksust õhukeseni ja SPR õhukesest paksuni ja kõvast pehmeni. Igas katserühmas on 5 näidist ning iga proovirühma tõmbe- ja nihkekoormuse rikete koormuse-nihke kõverad ja purunemisrežiimid on näidatud joonistel 5 kuni 8.
3.3.1 Staatilise nihkekoormuse katse analüüs
Joonistelt 5 ja 6 on näha, et nihkekoormuse olekus on naelteta needitud ühenduse rikete mooduseks ülemise plaadi kaelamurd, maksimaalne purunemiskoormus on 1620N ja keskmine rike. nihe on 0,46 mm; SPR-ühenduse rikkerežiim on ülemise plaadi rebenemine, maksimaalne rikkekoormus on 2364 N ja keskmine rikke nihe on 4,95 mm.
Täiendav analüüs näitab, et nihkekoormuse tingimustes on mõlemal teatud plastiline puhverenergia neeldumine ja naelteta needitud liite nihketugevus ulatub 68,5 protsendini SPR-st, kuid naelteta neetühenduse keskmine nihe on oluliselt väiksem, kui tekib maksimaalne rike SPR-i osas on see vaid 9,3 protsenti SPR-st.
Täiendav analüüs näitab, et tõmbekoormuse oleku korral on kahe ühendusmeetodi liigeste purunemine habras purunemine, plastilise deformatsiooni puhvertsoon puudub, naelteta neetimise tõmbetugevus on umbes 60,6 protsenti SPR-st ja nende keskmine nihe naelteta neetimise rike on samuti madalam kui SPR, ulatudes 65 protsendini SPR-st. Kokkuvõtteks võib öelda, et võrreldes SPR-ühendusega, kuigi naelteta neetühenduse mehaanilised omadused on vähenenud, saab seda rakendada mittepeamisel kandva kerekonstruktsiooni piirkonnas.
3.4
Staatilisi omadusi mõjutavate tegurite analüüs
Naelteta needitud liigeste staatiliste toimivuste edasiseks analüüsimiseks rakendage naelteta needitud liitekohad, et moodustada kere struktuuri disainijuhised, lähtudes materjali kvaliteedist, neetimissuunast ja materjali paksusest koos liite ristlõike vaatega. morfoloogilised parameetrid ja staatilise koormuse rikkekatsed Andmeid kasutati analüüsimaks selle mõju teras-alumiinium naelteta ühenduse staatilisusele.
Valimi suurus ja katsemeetod on nagu ülaltoodud. Testis valitakse kerekonstruktsiooni väikese koormusega alas levinud materjalide mark ja paksus. mm, 1,3 mm, katsekombinatsioonid ja katsetulemused on toodud tabelis 5.
3.4.1 Materjali klassi mõju
Esimesed neli kombinatsiooni materjali paksusega 10mm valiti selleks, et analüüsida materjali kvaliteedi mõju naelteta needitud ühenduse staatilisele jõudlusele. Katsetulemused, nagu maksimaalne nihkejõud, maksimaalne tõmbejõud, lukustussügavuse väärtus ja rikkerežiim, on näidatud tabelis 6.
Joonisel 9 olevast analüüsist on näha, et nihkekahjustuse režiim sõltub peamiselt ülemise kihi tugevusest. Kui ülemise kihi tugevus on suurem kui alumise kihi tugevus, on nihketõkke režiim üldiselt ülemise kihi materjali ühenduspunkti purunemine; Alumise kihi tugevuse suurenemisega muutub nihkekahjustuse režiim ühenduspunkti äratõmbamisest ühenduspunkti murdumiseni; samamoodi sõltub nihketugevus peamiselt ülemise kihi materjali tugevusest ja suureneb koos ülemise kihi materjali tugevuse suurenemisega.
Sama materjali paksuse korral on ristpinge rikkerežiim ühenduspunkti väljatõmbamine, millel pole materjali klassiga mingit pistmist; tõmbekoormus väheneb koos materjali tugevuse suurenemisega.
Blokeeringu sügavus väheneb materjali koormuse kasvades, sest mida tugevam on materjal, seda raskem on materjalil ühenduse käigus deformeeruda, muutes blokeeringu keerulisemaks.
3.4.2 Neetimissuuna mõju
Samamoodi saab nelja esimese kombinatsiooni andmete põhjal analüüsida neetimissuuna mõju naelteta needitud ühenduse staatilisele jõudlusele, nagu on näidatud joonisel 10.
Naeluta neetimise ühendussuund on suurest koormusest madala tugevusega. Kuigi blokeerimissügavuses on vähe erinevusi, suureneb nihkekoormus oluliselt. Kombinatsioon 1 on 53,4 protsenti kõrgem kui kombinatsioon 2 ja kombinatsioon 3 on 45,6 protsenti kõrgem kui kombinatsioon 4; ühendussuund on kõrge Tugevusest madala tugevuseni, kuigi erinevus lukustussügavuses ei ole suur, väheneb tõmbetugevus oluliselt. Kombinatsioon 1 on 33,6 protsenti madalam kui kombinatsioon 2 ja kombinatsioon 3 on 29,4 protsenti madalam kui kombinatsioon 4.
3.4.3 Materjali paksuse mõju
Valitud kombinatsiooni ja katsetulemuste andmed on toodud tabelis 7 ning võrreldakse ja analüüsitakse materjali paksuse mõju naelteta neetimisprotsessi parameetritele ja staatilise koormuse purunemistugevusele.
Tabelist 7 ja jooniselt 11 on näha, et nihketugevuse puhul on seda paksem pealismaterjal, seda suurem on lukustussügavus, mida suurem on kaela paksus, seda suurem on nihketugevus; mida paksem on alumine materjal, seda raskem on ülemise materjali deformatsioon, kuigi lukustuse sügavus suureneb, kuid mida õhem on kaela paksus, seda väiksem on nihketugevus. Mis puudutab tõmbetugevust, siis mida paksem on ülemine ja alumine kiht, seda suurem on lukustussügavus ja suurem tõmbetugevus.
pilt
Seetõttu on nihketugevuse suurendamiseks vaja paksemat ülemist või õhemat alumist kihti; ülemise ja alumise kihi paksuse suurenemine võib suurendada tõmbetugevust.
4. Järeldus
a. Kuigi naelteta needitud ühenduse staatiline jõudlus on madalam kui SPR-il, saab seda rakendada mittepeamisel kandva kerekonstruktsiooni piirkonnale;
b. Nihketugevus on positiivses korrelatsioonis pealmise materjali tugevusega; tõmbetugevus on negatiivses korrelatsioonis ühendava komposiitmaterjali tugevusega;
c. Neetimissuund on kõrgtugevast plaadist madala tugevusega plaadile ja nihketugevus on suurem; neetimissuund on madala tugevusega plaadist suure tugevusega ja tõmbetugevus on suurem;
d. Paksem ülemine materjali paksus ja õhem alumine materjali paksus on suurema nihketugevusega; ülemise ja alumise materjali paksuse suurenemine võib suurendada tõmbetugevust.
