1. Įvadas
Išleidus „Mokslo ir technologijų paramos anglies dioksido didžiausio anglies dioksido kiekio neutralizavimo įgyvendinimo planą (2022-2030)“ politiką, lengvieji automobiliai tapo neišvengiama tendencija. Lengvojo aliuminio lydinio korpusas ir pažangus didelio stiprumo plienas bei kitos medžiagos, pagrįstai pritaikius ir paskirstant, gali pasiekti saugesnę kėbulo struktūrą, kartu subalansuojant viso aliuminio korpuso gamybos sąnaudas ir būsimas priežiūros išlaidas. Tai pati veiksmingiausia lengvoji transporto priemonė.
Kniedijimas be nagų ir savaime praduriamas kniedijimas (Self-Piercing Riveting, SPR) yra veiksmingi būdai sujungti skirtingus plieno ir aliuminio metalus, ypač bevinį kniedijimą, nereikia papildomų kniedžių, nepagerėja sujungimo taško kokybė ir bendra ryšio kaina yra mažesnė nei SPR. Plonesnis ir lengvesnis sujungimo procesas Kinijoje vis dar yra proceso ir eksperimentinių tyrimų stadijoje ir nebuvo plačiai naudojamas kūno struktūroje. Šiame tyrime bevinių kniedijimo technologijos proceso parametrai ir statinės charakteristikos buvo lyginami derinant plieno ir aliuminio lakštus su skirtingo storio medžiagomis, kad būtų pateikta medžiagų parinkimo ir sujungimo dizaino nuoroda bevinio kniedijimo technologijos pritaikymui korpuso konstrukcijoje.
2 procesas
Kniedijimas be nagų yra štampavimo mechaninis sujungimo procesas, kurio metu naudojama dviejų ar daugiau lakštinio metalo sluoksnių vietinė plastinė deformacija, kad būtų užbaigtas giluminio tempimo ir ekstruzijos kompozito apdorojimas, o ekstruzinėje jungtyje suformuojamas susijungiantis įpjovimo apskritimas. Formos arba stačiakampės sujungimo taškai, kad būtų tam tikras tempiamasis ir šlyties stiprumas. Sujungimo procesas parodytas 1 paveiksle. Procesas daugiausia apima išankstinį priveržimą, okliuziją, perforavimą, slėgio palaikymą ir išstūmimą. Kniedijimas be nagų gali būti naudojamas jungiant vienodus arba skirtingus lakštus, kuriems taikomi klijavimo, dengimo ir klijų sandarinimo reikalavimai.
Bevinių kniedijimo formavimo procese vyksta darbinis grūdinimas, kuris pagerina medžiagos takumo ribą ir kniedytos jungties laikomąją galią. Bevinio kniedytos jungties skerspjūvio vaizdo profilio parametrai parodyti 2 paveiksle. Pagrindiniai parametrai yra viršutinės plokštės kaklelio storis S1, viršutinės ir apatinės plokštės Medžiagos blokavimo gylis C1, dugno storio suma viršutiniai ir apatiniai lakštai sujungimo vietoje (apačios storis) ST.
3 Proceso parametrai ir statinės savybės
Be vinių kniedytos jungties proceso parametrų tyrime daugiausia naudojamas Taguchi metodas ir ortogonalinis testas, siekiant įvertinti formos parametrus, tokius kaip kaklo storis ir jungties pjūvio vaizdo sujungimo gylis, nustatyti kniedijimo kryptį ir optimalų proceso parametrų derinį. ; statinių charakteristikų tyrime daugiausia naudojamas įvairaus plieno aliuminio lakštų derinio statinės apkrovos gedimo bandymas, lyginant bevinių kniedytų jungčių ir SPR jungties mechanines savybes ir analizuojama medžiagos rūšies, kniedijimo krypties ir medžiagos storio įtaka bevinių kniedytų medžiagų mechaninėms savybėms. ryšį.
3.1
Bandymo medžiagos ir metodai
Bandomoji medžiaga yra 5000 serijos aliuminio lydinys, o medžiagos storis yra 1,0 mm ir 1,4 mm, kurie dažniausiai naudojami kėbulo konstrukcijoms; plieno plokštė yra CR3, CR340, o storis yra 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm ir 1,3 mm;
Kniedytos jungtys be nagų tikrinamos dėl jungties šlyties ir atsparumo tempimui atliekant statinės apkrovos gedimo bandymus. Kadangi viengubinė jungtis yra įprasta kėbulo struktūros jungties forma, pavyzdžio specifikacijos parodytos 3 paveiksle, šlyties mėginio dydis yra 85 mm × 35 mm, o juosmens jungtis yra 30 mm; skersinio tempimo mėginio dydis yra 120 mm × 35 mm, o padėties nustatymo angos skersmuo yra 10 mm. Kniedytas pavyzdys buvo atliktas statinės apkrovos gedimo bandymas universaliu bandymo aparatu CMT4304, o viso bandymo proceso greitis buvo kontroliuojamas 10 mm/min.
Bevinio kniedytos jungties pjūvio vaizdas gaunamas nupjaunant pavyzdinę jungtį, ji yra inkrustuota, poliruota ir korozijos būdu, o atitinkami pjūvio vaizdo formos parametrų duomenys gaunami stebint optiniu mikroskopu.
3.2
Proceso parametrų pasirinkimas
3.2.1 Kniedijimo krypties nustatymas beviniam kniedijimui
Kniedijimo krypčiai nustatyti pasirinkta CR3 plieno plokštė ir 5000 serijos aliuminio lydinys, o bevinio kniedytos jungties pjūvio vaizdo topografiniams parametrams įvertinti parinktos skirtingos medžiagos storiai ir kniedijimo kryptys. Sukibimo gylio vertė buvo naudojama kaip svarbus pagrindas vertinant kniedijimo kokybę.
Iš aukščiau pateiktos 2 lentelės matyti, kad plieno ir aliuminio bevinių kniedytų jungčių atveju tas pats medžiagos storis ir skirtingos kniedijimo kryptys gali sudaryti geresnį blokavimą, o blokavimo būsena nėra labai jautri medžiagai; skirtingo storio medžiagos, kniedijimo kryptis nuo plonos iki Kai storesnė, blokavimo gylis žymiai sumažėja. Todėl medžiagos storis yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos bevinio kniedytos jungties sujungimui, o bevinio kniedytos jungties kryptis pageidautina nuo storos plokštės iki plonos plokštės.
3.2.2 Bevinių kniedijimo kniedijimo proceso parametrų nustatymas
Bevinio kniedijimo matricos proceso parametrai turi įtakos kniedijimo blokavimo gyliui ir kniedijimo kokybei. Norint gauti optimalius proceso parametrus, štampui parinkti naudojamas Taguchi metodas. mm 5000 serijos aliuminio plokštė.
Kontroliniai faktoriai yra atitinkamai parinktas perforatoriaus skersmuo, štampo gylis ir pagrindo storis, o kiekvienas valdymo faktorius turi 3 lygius, žr. 3 lentelę.
Blokavimo gylis dėl atsako, triukšmo faktorius kaip tepalas, simptomas kaip jungties išsikišimas arba lakšto įtrūkimai. Naudokite stačiakampio sąrašo įrankį, kad optimizuotumėte ir nustatytumėte Wangda charakteristikos ortogonalinį eksperimentą L9. Stačiakampių testų deriniai ir tyrimo rezultatai pateikti 4 lentelėje.
Iš 4 lentelės matyti, kad 5 bandymo blokavimo gylis yra didžiausias, todėl nustatyta, kad optimalūs bevinių kniedijimo proceso parametrai yra 5,5 mm perforatoriaus skersmuo, 1,2 mm štampavimo gylis ir 0. 8 mm dugno storis.
3.3
3.3 Mechaninių savybių palyginimas
Kadangi pramonėje nėra tinkamo standarto, leidžiančio įvertinti mechanines plieno ir aliuminio jungčių savybes, o SPR buvo plačiai naudojamas plieno ir aliuminio hibridinėse kėbulų konstrukcijose, SPR jungčių mechaninės savybės yra naudojamos kaip etalonas sprendžiant mechanines savybes. bevinių kniedytų jungčių savybės. Esant tokiam pačiam medžiagos storiui ir medžiagos tipui, buvo sukurtas bandinio lygmens jungties šlyties ir kryžminės tempimo statinės apkrovos gedimo bandymas, skirtas dviejų sujungimo būdų – bevinio kniedijimo ir SPR – šlyties ir tempimo trūkimo apkrovoms išmatuoti.
Bandomojo pavyzdžio plieno plokštės klasė yra CR3, o medžiagos storis yra 0,8 mm; aliuminio lydinio klasė yra 5000 serijos, o medžiagos storis yra 1,4 mm. Optimalios kniedijimo kryptys buvo parinktos dviem sujungimo būdams, tarp kurių bevinis kniedijimas buvo nuo storo iki plono, o SPR – nuo plono iki storo ir nuo kieto iki minkšto. Kiekvienoje bandymų grupėje yra po 5 pavyzdžius, o kiekvienos bandinių grupės tempimo ir šlyties apkrovos gedimų apkrovos poslinkio kreivės ir gedimo būdai parodyti 5–8 paveiksluose.
3.3.1 Šlyties statinės apkrovos gedimo bandymo analizė
Iš 5 ir 6 paveikslų matyti, kad esant šlyties apkrovai, bevinio kniedytos jungties gedimo būdas yra viršutinės plokštės kaklelio lūžis, didžiausia gedimo apkrova yra 162{3}}N, o vidutinis gedimas. poslinkis yra 0,46 mm; SPR jungties gedimo būdas yra viršutinės plokštės plyšimas, didžiausia gedimo apkrova yra 2364 N, o vidutinis gedimo poslinkis yra 4,95 mm.
Tolesnė analizė rodo, kad esant šlyties apkrovai, jie abu turi tam tikrą plastiko buferio energijos sugėrimą, o bevinio kniedytos jungties šlyties stipris siekia 68,5 procento SPR, tačiau vidutinis bevinio kniedytos jungties poslinkis yra žymiai mažesnis, kai įvyksta didžiausias gedimas Kalbant apie SPR, tai tik 9,3 procento SPR.
Tolesnė analizė rodo, kad esant tempimo apkrovai, abiejų sujungimo metodų jungčių gedimas yra trapus, nėra plastinės deformacijos buferinės zonos, bevinių kniedijimo atsparumas tempimui yra apie 60,6 procento SPR, o vidutinis jungčių poslinkis kniedijimo be nagų gedimas taip pat yra mažesnis nei SPR ir siekia 65 procentus SPR. Apibendrinant galima teigti, kad, palyginti su SPR jungtimi, nors ir sumažintos bevinio kniedytos jungties mechaninės savybės, ją galima pritaikyti nepagrindinėje apkrovą laikančioje kėbulo konstrukcijos srityje.
3.4
Faktorių, turinčių įtakos statinėms savybėms, analizė
Norėdami toliau analizuoti bevinių kniedytų jungčių statinį veikimą, naudokite bevinius kniedytas jungtis, kad sudarytumėte kėbulo struktūros projektavimo gaires, atsižvelgiant į tris medžiagos kokybės, kniedijimo krypties ir medžiagos storio aspektus, kartu su jungties skerspjūvio vaizdu. morfologijos parametrai ir statinės apkrovos gedimo bandymai Duomenys buvo naudojami analizuojant jo įtaką bevinio plieno-aliuminio jungties statinėms savybėms.
Mėginio dydis ir tyrimo metodas yra tokie, kaip nurodyta pirmiau. Bandymo metu parenkama įprastų medžiagų klasė ir storis mažos apkrovos kėbulo konstrukcijos zonoje. mm, 1,3 mm, bandymų deriniai ir bandymų rezultatai pateikti 5 lentelėje.
3.4.1 Medžiagos kokybės poveikis
Pirmieji keturi deriniai, kurių medžiagos storis 10mm, buvo pasirinkti siekiant išanalizuoti medžiagos klasės įtaką bevinio kniedytos jungties statiniam veikimui. Bandymų rezultatai, tokie kaip didžiausia šlyties jėga, didžiausia tempimo jėga, blokavimo gylio vertė ir gedimo režimas, pateikti 6 lentelėje.
Iš 9 paveiksle pateiktos analizės matyti, kad šlyties gedimo režimas daugiausia priklauso nuo viršutinio sluoksnio stiprumo. Kai viršutinio sluoksnio stiprumas yra didesnis nei apatinio sluoksnio, šlyties gedimo režimas paprastai yra viršutinio sluoksnio medžiagos sujungimo taško lūžis; Didėjant apatinio sluoksnio stiprumui, šlyties gedimo režimas keičiasi nuo sujungimo taško ištraukimo iki sujungimo taško lūžio; taip pat šlyties stipris daugiausia priklauso nuo viršutinio sluoksnio medžiagos stiprumo ir didėja didėjant viršutinio sluoksnio medžiagos stiprumui.
Esant tokiam pačiam medžiagos storiui, skersinio įtempimo gedimo būdas yra sujungimo taško ištraukimas, kuris neturi nieko bendra su medžiagos rūšimi; tempimo apkrova mažėja didėjant medžiagos stiprumui.
Blokavimo gylis mažėja didėjant medžiagos apkrovai, nes kuo tvirtesnė medžiaga, tuo sunkiau medžiaga deformuojasi sujungimo metu, todėl blokuoti sunkiau.
3.4.2 Kniedijimo krypties poveikis
Panašiai, remiantis pirmųjų keturių derinių duomenimis, galima analizuoti kniedijimo krypties įtaką bevinio kniedytos jungties statiniam veikimui, kaip parodyta 10 pav.
Kniedijimo be nagų jungties kryptis yra nuo didelės apkrovos iki mažo stiprumo. Nors blokavimo gylis mažai skiriasi, šlyties apkrova žymiai padidėja. 1 derinys yra 53,4 procento didesnis nei 2 derinys, o 3 derinys 45,6 procento didesnis nei 4 derinys; sujungimo kryptis aukšta Nuo stiprumo iki mažo stiprumo, nors blokavimo gylio skirtumas nėra didelis, tačiau stipris tempiamas gerokai sumažėja. 1 derinys yra 33,6 procento mažesnis nei 2 derinys, o 3 derinys 29,4 procento mažesnis nei 4 derinys.
3.4.3 Medžiagos storio poveikis
Pasirinktas derinys ir bandymo rezultatų duomenys pateikti 7 lentelėje, palyginta ir analizuojama medžiagos storio įtaka bevinio kniedijimo proceso parametrams ir statinės apkrovos atsparumui.
Iš 7 lentelės ir 11 paveikslo matyti, kad, atsižvelgiant į šlyties stiprumą, kuo storesnė viršutinė medžiaga, kuo didesnis blokavimo gylis, kuo didesnis kaklelio storis, tuo didesnis šlyties stiprumas; kuo storesnė apatinė medžiaga, tuo sunkesnė viršutinės medžiagos deformacija, nors blokavimo gylis didėja, bet kuo plonesnis kaklo storis, tuo mažesnis šlyties stiprumas. Kalbant apie atsparumą tempimui, kuo storesni viršutiniai ir apatiniai sluoksniai, tuo didesnis blokavimo gylis ir didesnis atsparumas tempimui.
paveikslėlį
Todėl norint padidinti šlyties stiprumą, reikalingas storesnis viršutinis sluoksnis arba plonesnis apatinis sluoksnis; viršutinio ir apatinio sluoksnių storio padidėjimas gali padidinti atsparumą tempimui.
4. Išvada
a. Nors bevinio kniedytos jungties statinės charakteristikos yra mažesnės nei SPR, ją galima pritaikyti nepagrindinei apkrovą laikančios kėbulo konstrukcijos sričiai;
b. Šlyties stipris teigiamai koreliuoja su viršutinės medžiagos stiprumu; atsparumas tempimui neigiamai koreliuoja su jungiamosios kompozitinės medžiagos stiprumu;
c. Kniedijimo kryptis yra nuo didelio stiprio plokštės iki mažo stiprumo, o šlyties stiprumas yra didesnis; kniedijimo kryptis yra nuo mažo stiprumo plokštės iki didelio stiprumo, o tempiamasis stipris yra didesnis;
d. Storesnis viršutinės medžiagos storis ir plonesnis apatinis medžiagos storis turi didesnį šlyties atsparumą; padidinus viršutinės ir apatinės medžiagos storį, gali padidėti atsparumas tempimui.
