1. Introduktion
Med udgivelsen af politikken "Science and Technology Support Carbon Peak Carbon Neutralization Implementation Plan (2022-2030)" er letvægtsbiler blevet en uundgåelig trend. Kropslet aluminiumslegering og avanceret højstyrkestål og andre materialer kan gennem rimelig anvendelse og distribution opnå en sikrere karrosseristruktur, mens produktionsomkostningerne for karosseriet helt i aluminium og fremtidige vedligeholdelsesomkostninger afbalanceres. Det er det mest effektive letvægtsmiddel.
Sømfri nitning og selvgennemborende nitning (Self-Piercing Riveting, SPR) er effektive måder at realisere forbindelsen af stål og aluminium uens metaller på, især sømfri nitning, intet behov for yderligere nitter, ingen stigning i kvaliteten af forbindelsespunktet, og de samlede omkostninger ved forbindelsen er lavere end for SPR. Den slankere letvægtsforbindelsesproces er stadig i proces- og eksperimentel forskningsstadie i Kina og har ikke været meget brugt i kropsstrukturen. I denne undersøgelse blev procesparametrene og den statiske ydeevne af den sømløse nitteteknologi sammenlignet ved at kombinere stål- og aluminiumsplader med forskellige materialetykkelser for at give materialevalg og forbindelsesdesignreference til anvendelse af sømfri nitteteknologi i kropsstrukturen.
2 proces
Nailless nitning er en stemplingsmekanisk forbindelsesproces, som bruger den lokale plastiske deformation af to eller flere lag metalplader til at fuldføre processen med dybtrækning og ekstruderingskompositbearbejdning og danner en sammenlåsende underskæringscirkel ved den ekstruderede samling. Formede eller rektangulære tilslutningspunkter, så den har en vis trækstyrke og forskydningsstyrke. Tilslutningsprocessen er vist i figur 1. Processen omfatter hovedsageligt forspænding, okklusal, stansning, trykholding og udstødning. Sømfri nitning kan bruges til forbindelse mellem ens eller uens plader med krav til limning, belægning og klæbende tætning.
Der er arbejdshærdning i formningsprocessen af sømfri nitning, hvilket forbedrer materialets flydespænding og bæreevnen af nittesamlingen. Profilparametrene for tværsnitsbilledet af den sømløse nittesamling er vist i figur 2. Hovedparametrene er tykkelsen af den øvre pladehals S1, de øvre og nedre plader Materiale sammenlåsende dybde C1, summen af bundtykkelsen af de øverste og nederste plader ved tilslutningspunktet (bundtykkelse) ST.
3 Procesparametre og statiske egenskaber
Forskningen i procesparametrene for den sømløse nitteforbindelse anvender hovedsageligt Taguchi-metoden og den ortogonale test for at evaluere formparametrene såsom halstykkelsen og sammenlåsningsdybden af samlingssektionsvisningen, bestemme nitningsretningen og den optimale kombination af procesparametre ; den statiske ydeevneforskning bruger hovedsageligt forskellige stål Statisk belastningsfejltest af aluminiumspladekombination, der sammenligner de mekaniske egenskaber af sømfri nittet forbindelse og SPR-forbindelse og analyserer indflydelsen af materialekvalitet, nitningsretning og materialetykkelse på de mekaniske egenskaber af sømfri nittet forbindelse.
3.1
Test materialer og metoder
Testmaterialet er 5000-serien af aluminiumslegering, og materialetykkelsen er 1,0 mm og 1,4 mm, som almindeligvis bruges i kropskonstruktion; stålpladen er CR3, CR340, og tykkelsen er 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm og 1,3 mm;
Nagleløse samlinger er testet for samlingsforskydning og trækstyrke ved statiske belastningsfejltest. Fordi det enkelte overlapsled er en almindelig ledform i kropsstrukturen, er prøvespecifikationerne vist i figur 3, forskydningsprøvestørrelsen er 85 mm×35 mm, og overlapningsleddet er 30 mm; krydstrækprøvestørrelsen er 120 mm × 35 mm, og diameteren af positioneringshullet er 10 mm. Den nittede prøve blev udsat for en statisk belastningsfejltest på en universel testmaskine CMT4304, og hastigheden af hele testprocessen blev kontrolleret til 10 mm/min.
Snitbilledet af den sømløse nittesamling opnås ved trådskæring af prøvesamlingen, og den er indlagt, poleret og korroderet, og de tilsvarende formparameterdata for snitbilledet opnås ved at observere under et optisk mikroskop.
3.2
Valg af procesparameter
3.2.1 Bestemmelse af nitteretning ved sømfri nitning
For at bestemme nitteretningen blev der valgt CR3 stålplade og 5000-seriens aluminiumslegering, og forskellige materialetykkelser og nitteretninger blev valgt for at evaluere topografiparametrene for snitbilledet af den sømløse nittesamling. Sammenlåsningsdybdeværdien blev brugt som et vigtigt grundlag for bedømmelsen af nittekvaliteten.
Det kan ses af tabel 2 ovenfor, at for stål-aluminium sømløse nitteforbindelser kan samme materialetykkelse og forskellige nitteretninger danne bedre sammenlåsning, og sammenlåsningstilstanden er ikke særlig følsom over for materialet; forskellige materialetykkelser, nitteretning fra tynd til Når den er tykkere, falder låsedybden betydeligt. Derfor er materialetykkelsen den væsentligste indflydelsesfaktor for sammenlåsningen af den sømløse nitteforbindelse, og retningen af den sømløse nitteforbindelse er fortrinsvis fra tyk plade til tynd plade.
3.2.2 Bestemmelse af nitteprocesparametre for sømfri nitning
Procesparametrene for den sømløse nittematrice påvirker nittesammenlåsningsdybden og nittekvaliteten. For at opnå de optimale procesparametre anvendes Taguchi-metoden til at vælge matricen. mm 5000 serie aluminiumsplade.
Kontrolfaktorerne er henholdsvis valgt stansediameter, dysedybde og bundtykkelse, og hver kontrolfaktor har 3 niveauer, se tabel 3.
Dybde af sammenlåsning som følge af respons, støjfaktor som smøremiddel, symptom som ledfremspring eller revner i pladen. Brug det ortogonale listeværktøj til at optimere og etablere det ortogonale eksperiment L9 af Wangda-karakteristikken. Ortogonale testkombinationer og testresultater er vist i tabel 4.
Det kan ses af tabel 4, at sammenlåsningsdybden af test 5 er den største, så det bestemmes, at de optimale procesparametre for sømfri nitning er 5,5 mm i stansediameter, 1,2 mm i matricedybde og 0. 8 mm i bundtykkelse.
3.3
3.3 Sammenligning af mekaniske egenskaber
Da der ikke findes nogen egnet standard til at bedømme de mekaniske egenskaber af stål-aluminium-samlinger i industrien, og da SPR har været meget udbredt i stål-aluminium-hybridkarosserikonstruktioner, bruges de mekaniske egenskaber af SPR-led som benchmark til at bedømme de mekaniske egenskaber ved sømløse nittesamlinger. Under betingelserne for samme materialetykkelse og materialetype, blev en prøve-niveau forbindelsesforskydnings- og tværtræk-statisk belastningsfejltest designet til at måle forskydnings- og trækbrudbelastningerne af to forbindelsesmetoder, sømfri nitning og SPR.
Kvaliteten af prøvestålpladen er CR3, og materialetykkelsen er 0,8 mm; aluminiumslegeringskvaliteten er 5000-serien, og materialetykkelsen er 1,4 mm. De optimale nitteretninger blev valgt for de to forbindelsesmetoder, blandt hvilke den sømløse nitning var fra tyk til tynd, og SPR var fra tynd til tyk og fra hård til blød. Der er 5 prøver i hver gruppe af test, og belastningsforskydningskurver og brudtilstande for træk- og forskydningsbelastningsfejl for hver gruppe af prøver er vist i figur 5 til 8.
3.3.1 Analyse af forskydningsstatisk belastningsfejltest
Det kan ses af figur 5 og 6, at under forskydningsbelastningstilstanden er fejltilstanden for den sømløse nitteforbindelse halsbruddet på den øvre plade, den maksimale fejlbelastning er 1620N og den gennemsnitlige fejl forskydning er 0,46 mm; fejltilstanden for SPR-forbindelsen er rivning af den øverste plade. Den maksimale fejlbelastning er 2364N, og den gennemsnitlige fejlforskydning er 4,95 mm.
Yderligere analyser viser, at begge under forskydningsbelastningstilstanden har en vis plastisk bufferenergiabsorption, og forskydningsstyrken af det sømløse nitled når 68,5 procent af SPR, men den gennemsnitlige forskydning af det sømløse nitled er væsentligt lavere, når maksimal fejl opstår Med hensyn til SPR er det kun 9,3 procent af SPR.
Yderligere analyse viser, at under trækbelastningstilstanden er svigtet af leddene i de to forbindelsesmetoder et sprødt brud, der er ingen plastisk deformationsbufferzone, trækstyrken af sømfri nitning er omkring 60,6 procent af SPR, og den gennemsnitlige forskydning på neglefri nittefejl er også lavere end SPR og når 65 procent af SPR. Som konklusion, sammenlignet med SPR-forbindelsen, selvom de mekaniske egenskaber af det sømløse nitled er reduceret, kan det anvendes i det ikke-hovedlastbærende kropsstrukturområde.
3.4
Analyse af faktorer, der påvirker statiske egenskaber
For yderligere at analysere den statiske ydeevne af de sømløse nittesamlinger, påfør de sømløse nittesamlinger for at danne designretningslinjer for kropsstrukturen, ud fra de tre aspekter af materialekvalitet, nitteretning og materialetykkelse, kombineret med samlingens tværsnitsvisning morfologiparametre og statiske belastningsfejltests. Dataene blev brugt til at analysere deres indflydelse på den statiske ydeevne af den sømløse stål-aluminiumforbindelse.
Prøvestørrelsen og testmetoden er som ovenfor. I testen vælges karakteren og tykkelsen af almindelige materialer i lavbelastningsområdet af kropsstrukturen. mm, 1,3 mm, testkombinationer og testresultater er vist i tabel 5.
3.4.1 Effekt af materialekvalitet
De første fire kombinationer med en materialetykkelse på 1,0mm blev udvalgt til at analysere indflydelsen af materialekvalitet på den statiske ydeevne af den sømløse nitforbindelse. Testresultaterne såsom maksimal forskydningskraft, maksimal trækkraft, værdi for låsedybde og fejltilstand er vist i tabel 6.
Ud fra analysen i figur 9 kan det ses, at forskydningsbrudstilstanden hovedsageligt afhænger af styrken af det øverste lag. Når styrken af det øvre lag er højere end styrken af det nedre lag, er forskydningsfejltilstanden generelt brud på forbindelsespunktet for det øvre lagmateriale; Med forøgelsen af styrken af det nederste lag ændres forskydningsfejltilstanden fra aftrækket af forbindelsespunktet til brud på forbindelsespunktet; på samme måde afhænger forskydningsstyrken hovedsageligt af styrken af det øvre lagmateriale og stiger med forøgelsen af styrken af det øverste lagmateriale.
Under den samme materialetykkelse er tværspændingens fejltilstand udtrækningen af forbindelsespunktet, hvilket ikke har noget at gøre med materialekvaliteten; trækbelastningen aftager med forøgelsen af materialestyrken.
Interlock-dybden falder, efterhånden som materialebelastningen øges, fordi jo stærkere materialet er, jo sværere er det for materialet at deformere sig under forbindelsen, hvilket gør sammenlåsningen vanskeligere.
3.4.2 Effekt af nitteretning
På samme måde, baseret på data fra de første fire kombinationer, kan nitteretningens indflydelse på den statiske ydeevne af den sømløse nitteforbindelse analyseres, som vist i figur 10.
Forbindelsesretningen for sømfri nitning er fra høj belastning til lav styrke. Selvom der er lille forskel i sammenlåsningsdybden, øges forskydningsbelastningen betydeligt. Kombination 1 er 53,4 procent højere end kombination 2, og kombination 3 er 45,6 procent højere end kombination 4; forbindelsesretningen er høj Fra styrke til lav styrke, selvom forskellen i sammenlåsningsdybde ikke er stor, reduceres trækstyrken markant. Kombination 1 er 33,6 procent lavere end kombination 2, og kombination 3 er 29,4 procent lavere end kombination 4.
3.4.3 Effekt af materialetykkelse
De valgte kombinations- og testresultatdata er vist i tabel 7, og indflydelsen af materialetykkelse på de sømløse nitteprocesparametre og statisk belastningsbrudstyrke sammenlignes og analyseres.
Det kan ses af tabel 7 og figur 11, at for forskydningsstyrken, jo tykkere det øverste materiale er, jo større sammenlåsningsdybde, jo større halstykkelse, jo højere forskydningsstyrke; jo tykkere det nederste materiale er, desto vanskeligere er deformationen af det øvre materiale, selvom interlock-dybden øges, men jo tyndere halstykkelsen er, jo lavere er forskydningsstyrken. Med hensyn til trækstyrken, jo tykkere det øverste og det nederste lag er, jo større er sammenlåsningsdybden og jo højere trækstyrken.
billede
For at øge forskydningsstyrken kræves derfor et tykkere øvre lag eller et tyndere nedre lag; stigningen i tykkelsen af de øvre og nedre lag kan øge trækstyrken.
4. Konklusion
en. Selvom den statiske ydeevne af den sømløse nitte forbindelse er lavere end SPR, kan den anvendes på det ikke-hovedlastbærende kropsstrukturområde;
b. Forskydningsstyrken er positivt korreleret med styrken af det øvre materiale; trækstyrken er negativt korreleret med styrken af det forbindende kompositmateriale;
c. Nitteretningen er fra højstyrkeplade til lavstyrke, og forskydningsstyrken er højere; nitteretningen er fra lavstyrkeplade til højstyrke, og trækstyrken er højere;
d. Den tykkere øvre materialetykkelse og den tyndere nedre materialetykkelse har højere forskydningsstyrke; forøgelsen af den øvre og nedre materialetykkelse kan øge trækstyrken.
