1. Pengenalan
Dengan keluaran dasar "Sains dan Teknologi Menyokong Pelan Pelaksanaan Peneutralan Karbon Puncak Karbon (2022-2030)", kereta ringan telah menjadi trend yang tidak dapat dielakkan. Aloi aluminium ringan badan dan keluli berkekuatan tinggi termaju dan bahan lain, melalui aplikasi dan pengedaran yang munasabah, boleh mencapai struktur badan yang lebih selamat sambil mengimbangi kos pengeluaran badan semua aluminium dan kos penyelenggaraan masa hadapan. Ia adalah cara ringan kenderaan yang paling berkesan.
Riveting tanpa paku dan riveting self-piercing (Self-Piercing Riveting, SPR) adalah cara yang berkesan untuk merealisasikan sambungan keluli dan logam aluminium yang berbeza, terutamanya rivet tanpa paku, tidak memerlukan rivet tambahan, tiada peningkatan dalam kualiti titik sambungan, dan kos keseluruhan sambungan adalah lebih rendah daripada SPR. Proses sambungan ringan yang lebih ramping masih dalam proses dan peringkat penyelidikan eksperimen di China, dan belum digunakan secara meluas dalam struktur badan. Dalam kajian ini, parameter proses dan prestasi statik teknologi rivet tanpa paku telah dibandingkan dengan menggabungkan kepingan keluli dan aluminium dengan ketebalan bahan yang berbeza, supaya dapat menyediakan rujukan reka bentuk pemilihan bahan dan sambungan untuk aplikasi teknologi rivet tanpa paku dalam struktur badan.
2 proses
Rivet tanpa paku ialah proses sambungan mekanikal pengecapan, yang menggunakan ubah bentuk plastik tempatan dua atau lebih lapisan kepingan logam untuk melengkapkan proses pemprosesan komposit lukisan dalam dan penyemperitan, dan membentuk bulatan undercut yang saling mengunci pada sambungan tersemperit. Titik sambungan berbentuk atau segi empat tepat, supaya ia mempunyai kekuatan tegangan dan kekuatan ricih tertentu. Proses penyambungan ditunjukkan dalam Rajah 1. Proses ini terutamanya termasuk pra-menegang, oklusal, tebukan, pegangan tekanan dan lontar. Rivet tanpa paku boleh digunakan untuk sambungan antara helaian yang sama atau tidak serupa dengan keperluan pelekat, salutan dan pengedap pelekat.
Terdapat pengerasan kerja dalam proses pembentukan rivet tanpa paku, yang meningkatkan kekuatan hasil bahan dan kapasiti galas sendi rivet. Parameter profil pandangan keratan rentas sambungan rivet tanpa paku ditunjukkan dalam Rajah 2. Parameter utama ialah ketebalan leher plat atas S1, plat atas dan bawah Kedalaman saling mengunci bahan C1, jumlah ketebalan bawah helaian atas dan bawah pada titik sambungan (ketebalan bawah) ST.
3 Parameter proses dan sifat statik
Penyelidikan mengenai parameter proses sambungan terpaku tanpa paku terutamanya menggunakan kaedah Taguchi dan ujian ortogon untuk menilai parameter bentuk seperti ketebalan leher dan kedalaman saling mengunci pandangan bahagian sendi, menentukan arah memukau dan gabungan optimum parameter proses ; penyelidikan prestasi statik terutamanya menggunakan keluli berbeza Ujian kegagalan beban statik gabungan kepingan aluminium, membandingkan sifat mekanikal sambungan terpaku tanpa paku dan sambungan SPR, dan menganalisis pengaruh gred bahan, arah memukau, dan ketebalan bahan pada sifat mekanikal rivet tanpa paku. sambungan.
3.1
Bahan dan kaedah ujian
Bahan ujian ialah 5000 siri aloi aluminium, dan ketebalan bahan ialah 1.0mm dan 1.4mm, yang biasanya digunakan dalam struktur badan; plat keluli ialah CR3, CR340, dan ketebalannya ialah 0.7mm, 0.8mm, 1mm dan 1.3mm;
Sambungan rivet tanpa paku diuji untuk kekuatan ricih dan tegangan sendi oleh ujian kegagalan beban statik. Oleh kerana sambungan pusingan tunggal adalah bentuk sambungan biasa dalam struktur badan, spesifikasi sampel ditunjukkan dalam Rajah 3, saiz sampel ricih ialah 85mm × 35mm, dan sambungan pusingan ialah 30mm; saiz sampel tegangan silang ialah 120mm × 35mm, dan diameter lubang kedudukan ialah 10mm. Sampel terpaku telah tertakluk kepada ujian kegagalan beban statik pada mesin ujian universal CMT4304, dan kelajuan keseluruhan proses ujian dikawal pada 10mm/min.
Pandangan keratan bagi sambungan terpaku tanpa paku diperolehi dengan memotong wayar pada sambungan sampel, dan ia bertatahkan, digilap dan berkarat, dan data parameter bentuk yang sepadan bagi pandangan keratan diperoleh dengan memerhati di bawah mikroskop optik.
3.2
Pemilihan parameter proses
3.2.1 Penentuan arah rivet untuk rivet tanpa paku
Untuk menentukan arah memukau, plat keluli CR3 dan aloi aluminium siri 5000 telah dipilih, dan ketebalan bahan yang berbeza dan arah memukau telah dipilih untuk menilai parameter topografi pandangan keratan bagi sambungan terpaku tanpa paku. Nilai kedalaman saling mengunci digunakan sebagai asas penting untuk menilai kualiti rivet.
Ia boleh dilihat daripada Jadual 2 di atas bahawa untuk sambungan terpaku tanpa paku keluli-aluminium, ketebalan bahan yang sama dan arah rivet yang berbeza boleh membentuk saling mengunci yang lebih baik, dan keadaan saling mengunci tidak begitu sensitif kepada bahan; ketebalan bahan yang berbeza, arah memukau dari nipis kepada Apabila lebih tebal, kedalaman interlock menurun dengan ketara. Oleh itu, ketebalan bahan adalah faktor yang mempengaruhi utama untuk saling mengunci sambungan terpaku tanpa paku, dan arah sambungan terpaku tanpa paku adalah sebaik-baiknya dari plat tebal ke plat nipis.
3.2.2 Penentuan parameter proses rivet untuk rivet tanpa paku
Parameter proses die rivet tanpa paku menjejaskan kedalaman interlock rivet dan kualiti rivet. Bagi mendapatkan parameter proses yang optimum, kaedah Taguchi digunakan untuk memilih die. mm 5000 siri plat aluminium.
Faktor kawalan masing-masing dipilih diameter tebuk, kedalaman die dan ketebalan tapak, dan setiap faktor kawalan mempunyai 3 tahap, lihat Jadual 3.
Kedalaman interlock akibat tindak balas, faktor bunyi sebagai pelincir, gejala sebagai penonjolan sendi atau retak pada kepingan. Gunakan alat senarai ortogon untuk mengoptimumkan dan wujudkan eksperimen ortogon L9 bagi ciri Wangda. Kombinasi ujian ortogon dan keputusan ujian ditunjukkan dalam Jadual 4.
Ia boleh dilihat daripada Jadual 4 bahawa kedalaman saling mengunci Ujian 5 adalah yang terbesar, jadi ditentukan bahawa parameter proses optimum untuk keling tanpa paku ialah 5.5 mm dalam diameter tebuk, 1.2 mm dalam kedalaman cetakan dan 0. 8 mm dalam ketebalan bawah.
3.3
3.3 Perbandingan sifat mekanikal
Oleh kerana tiada piawaian yang sesuai untuk menilai sifat mekanikal sambungan keluli-aluminium dalam industri, dan memandangkan SPR telah digunakan secara meluas dalam struktur badan hibrid keluli-aluminium, sifat mekanikal sambungan SPR digunakan sebagai penanda aras untuk menilai mekanikal. sifat sendi rivet tanpa paku. Di bawah keadaan ketebalan bahan dan jenis bahan yang sama, ricih sendi peringkat sampel dan ujian kegagalan beban statik tegangan silang telah direka untuk mengukur beban kegagalan ricih dan tegangan bagi dua kaedah sambungan, rivet tanpa paku dan SPR.
Gred plat keluli sampel ujian ialah CR3, dan ketebalan bahan ialah 0.8mm; gred aloi aluminium ialah 5000 siri, dan ketebalan bahan ialah 1.4mm. Arah rivet yang optimum telah dipilih untuk dua kaedah sambungan, antaranya rivet tanpa paku adalah dari tebal ke nipis, dan SPR adalah dari nipis ke tebal, dan dari keras ke lembut. Terdapat 5 sampel dalam setiap kumpulan ujian, dan lengkung anjakan beban dan mod kegagalan kegagalan beban tegangan dan ricih bagi setiap kumpulan sampel ditunjukkan dalam Rajah 5 hingga 8.
3.3.1 Analisis ujian kegagalan beban statik ricih
Ia boleh dilihat daripada Rajah 5 dan 6 bahawa di bawah keadaan beban ricih, mod kegagalan sambungan terpaku tanpa paku ialah patah leher plat atas, beban kegagalan maksimum ialah 1620N, dan kegagalan purata anjakan ialah 0.46mm; mod kegagalan sambungan SPR ialah koyak plat atas, Beban kegagalan maksimum ialah 2364N, dan anjakan kegagalan purata ialah 4.95mm.
Analisis lanjut menunjukkan bahawa di bawah keadaan beban ricih, kedua-duanya mempunyai penyerapan tenaga penampan plastik tertentu, dan kekuatan ricih sambungan terpaku tanpa paku mencapai 68.5 peratus daripada SPR, tetapi anjakan purata sambungan terpaku tanpa paku adalah jauh lebih rendah apabila kegagalan maksimum berlaku Dari segi SPR, ia hanya 9.3 peratus daripada SPR.
Analisis lanjut menunjukkan bahawa di bawah keadaan beban tegangan, kegagalan sambungan kedua-dua kaedah sambungan adalah patah rapuh, tiada zon penampan ubah bentuk plastik, kekuatan tegangan rivet tanpa paku adalah kira-kira 60.6 peratus daripada SPR, dan anjakan purata kegagalan memukau tanpa paku juga lebih rendah daripada SPR , mencapai 65 peratus daripada SPR. Kesimpulannya, berbanding dengan sambungan SPR, walaupun sifat mekanikal sendi rivet tanpa paku dikurangkan, ia boleh digunakan di kawasan struktur badan bukan pembawa beban utama.
3.4
Analisis Faktor Yang Mempengaruhi Sifat Statik
Untuk menganalisis lebih lanjut prestasi statik sambungan rivet tanpa paku, gunakan sendi rivet tanpa paku untuk membentuk garis panduan reka bentuk untuk struktur badan, daripada tiga aspek gred bahan, arah rivet dan ketebalan bahan, digabungkan dengan pandangan keratan rentas sendi parameter morfologi dan ujian kegagalan beban statik Data telah digunakan untuk menganalisis pengaruhnya terhadap prestasi statik sambungan tanpa paku keluli-aluminium.
Saiz sampel dan kaedah ujian adalah seperti di atas. Dalam ujian, gred dan ketebalan bahan biasa dalam kawasan beban rendah struktur badan dipilih. mm, 1.3mm, kombinasi ujian dan keputusan ujian ditunjukkan dalam Jadual 5.
3.4.1 Kesan Gred Bahan
Empat gabungan pertama dengan ketebalan bahan 1.0mm telah dipilih untuk menganalisis pengaruh gred bahan pada prestasi statik sambungan terpaku tanpa paku. Keputusan ujian seperti daya ricih maksimum, daya tegangan maksimum, nilai kedalaman interlock dan mod kegagalan ditunjukkan dalam Jadual 6.
Daripada analisis dalam Rajah 9, dapat dilihat bahawa mod kegagalan ricih terutamanya bergantung kepada kekuatan lapisan atas. Apabila kekuatan lapisan atas lebih tinggi daripada lapisan bawah, mod kegagalan ricih secara amnya adalah patah titik sambungan bahan lapisan atas; Dengan peningkatan kekuatan lapisan bawah, mod kegagalan ricih berubah dari tarik-lepas titik sambungan kepada patah titik sambungan; begitu juga, kekuatan ricih terutamanya bergantung pada kekuatan bahan lapisan atas, dan meningkat dengan peningkatan kekuatan bahan lapisan atas.
Di bawah ketebalan bahan yang sama, mod kegagalan tegangan silang ialah penarikan titik sambungan, yang tiada kaitan dengan gred bahan; beban tegangan berkurangan dengan peningkatan kekuatan bahan.
Kedalaman interlock berkurangan apabila beban bahan meningkat, kerana semakin kuat bahan, semakin sukar untuk bahan berubah bentuk semasa sambungan, menjadikan interlock semakin sukar.
3.4.2 Kesan arah memukau
Begitu juga, berdasarkan data empat kombinasi pertama, pengaruh arah rivet ke atas prestasi statik sambungan rivet tanpa paku boleh dianalisis, seperti ditunjukkan dalam Rajah 10.
Arah sambungan rivet tanpa paku adalah dari beban tinggi kepada kekuatan rendah. Walaupun terdapat sedikit perbezaan dalam kedalaman saling mengunci, beban ricih meningkat dengan ketara. Gabungan 1 adalah 53.4 peratus lebih tinggi daripada gabungan 2, dan kombinasi 3 adalah 45.6 peratus lebih tinggi daripada gabungan 4; arah sambungan adalah tinggi Dari kekuatan kepada kekuatan rendah, walaupun perbezaan dalam kedalaman saling mengunci tidak besar, kekuatan tegangan berkurangan dengan ketara. Kombinasi 1 adalah 33.6 peratus lebih rendah daripada kombinasi 2, dan kombinasi 3 adalah 29.4 peratus lebih rendah daripada gabungan 4.
3.4.3 Kesan Ketebalan Bahan
Data gabungan dan keputusan ujian yang dipilih ditunjukkan dalam Jadual 7, dan pengaruh ketebalan bahan pada parameter proses rivet tanpa paku dan kekuatan kegagalan beban statik dibandingkan dan dianalisis.
Ia boleh dilihat daripada Jadual 7 dan Rajah 11 bahawa, untuk kekuatan ricih, lebih tebal bahan atas, lebih besar kedalaman saling mengunci, lebih besar ketebalan leher, lebih tinggi kekuatan ricih; semakin tebal bahan yang lebih rendah, semakin sukar ubah bentuk bahan atas, walaupun kedalaman interlock meningkat, tetapi semakin nipis ketebalan leher, semakin rendah kekuatan ricih. Mengenai kekuatan tegangan, semakin tebal lapisan atas dan bawah, semakin besar kedalaman saling mengunci dan semakin tinggi kekuatan tegangan.
gambar
Oleh itu, untuk meningkatkan kekuatan ricih, lapisan atas yang lebih tebal atau lapisan bawah yang lebih nipis diperlukan; peningkatan dalam ketebalan lapisan atas dan bawah boleh meningkatkan kekuatan tegangan.
4. Kesimpulan
a. Walaupun prestasi statik sambungan terpaku tanpa paku adalah lebih rendah daripada SPR, ia boleh digunakan pada kawasan struktur badan bukan pembawa beban utama;
b. Kekuatan ricih berkorelasi positif dengan kekuatan bahan atas; kekuatan tegangan berkorelasi negatif dengan kekuatan bahan komposit penyambung;
c. Arah riveting adalah dari plat berkekuatan tinggi kepada kekuatan rendah, dan kekuatan ricih lebih tinggi; arah riveting adalah dari plat kekuatan rendah kepada kekuatan tinggi, dan kekuatan tegangan lebih tinggi;
d. Ketebalan bahan atas yang lebih tebal dan ketebalan bahan bawah yang lebih nipis mempunyai kekuatan ricih yang lebih tinggi; peningkatan ketebalan bahan atas dan bawah boleh meningkatkan kekuatan tegangan.
