1. Uvod
Z objavo pravilnika »Načrt za izvajanje nevtralizacije ogljika pri največji porabi ogljika v podpori znanosti in tehnologije (2022-2030)« je lahka avtomobilska masa postala neizogiben trend. Lahka aluminijeva zlitina ohišja in napredno jeklo visoke trdnosti ter drugi materiali lahko z razumno uporabo in distribucijo dosežejo varnejšo strukturo karoserije, hkrati pa uravnotežijo proizvodne stroške karoserije iz aluminija in prihodnje stroške vzdrževanja. Je najučinkovitejše sredstvo za lahka vozila.
Kovičenje brez žebljev in samoprebojno kovičenje (Self-Piercing Riveting, SPR) sta učinkovita načina za izvedbo povezave jekla in aluminija različnih kovin, zlasti kovičenje brez žebljev, brez potrebe po dodatnih kovicah, brez povečanja kakovosti priključne točke in skupni stroški povezave so nižji kot pri SPR. Postopek vitkejšega lahkega povezovanja je na Kitajskem še vedno v procesu in v fazi eksperimentalnih raziskav in ni bil široko uporabljen v strukturi karoserije. V tej študiji so bili procesni parametri in statična zmogljivost tehnologije kovičenja brez žebljev primerjani s kombiniranjem jeklenih in aluminijastih plošč z različnimi debelinami materiala, da bi zagotovili izbiro materiala in referenco za načrtovanje povezave za uporabo tehnologije kovičenja brez žebljev v strukturi karoserije.
2 postopek
Kovičenje brez žebljev je mehanski postopek žigosanja, ki uporablja lokalno plastično deformacijo dveh ali več plasti pločevine za dokončanje postopka globokega vlečenja in obdelave kompozita z iztiskanjem ter oblikuje prepleteni spodrezani krog na ekstrudiranem spoju. Oblikovane ali pravokotne priključne točke, tako da ima določeno natezno trdnost in strižno trdnost. Postopek povezovanja je prikazan na sliki 1. Postopek v glavnem vključuje predhodno zategovanje, okluzijo, prebijanje, zadrževanje pritiska in izmet. Kovičenje brez žebljev se lahko uporablja za povezavo med enakimi ali različnimi ploščami z zahtevami lepljenja, premazovanja in tesnjenja z lepilom.
V procesu oblikovanja kovičenja brez žebljev pride do utrjevanja, ki izboljša mejo tečenja materiala in nosilnost kovičenega spoja. Parametri profila prečnega prereza kovičenega spoja brez žebljev so prikazani na sliki 2. Glavni parametri so debelina vratu zgornje plošče S1, zgornje in spodnje plošče, globina prepletanja materiala C1, vsota debeline dna zgornji in spodnji listi na spojni točki (spodnja debelina) ST.
3 Procesni parametri in statične lastnosti
Raziskave procesnih parametrov kovičene povezave brez žebljev v glavnem sprejemajo Taguchijevo metodo in ortogonalni test za ovrednotenje parametrov oblike, kot sta debelina vratu in globina zaklepanja pogleda spojnega odseka, določanje smeri kovičenja in optimalno kombinacijo procesnih parametrov ; raziskave statične učinkovitosti večinoma uporabljajo različne jeklene preskuse statične obremenitve kombinacije aluminijastih plošč, primerjajo mehanske lastnosti kovičene povezave brez žebljev in povezave SPR ter analizirajo vpliv razreda materiala, smeri kovičenja in debeline materiala na mehanske lastnosti kovičene povezave brez žebljev. povezava.
3.1
Testni materiali in metode
Preskusni material je aluminijeva zlitina serije 5000, debelina materiala pa je 1,0 mm in 1,4 mm, ki se običajno uporabljata v strukturi karoserije; jeklena plošča je CR3, CR340, debelina pa je 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm in 1,3 mm;
Zakovičeni spoji brez žebljev so preizkušeni glede strižne in natezne trdnosti s statičnimi obremenitvenimi preskusi. Ker je enojni prekrivni spoj običajna oblika sklepa v strukturi telesa, so specifikacije vzorca prikazane na sliki 3, velikost strižnega vzorca je 85 mm × 35 mm, prekrivni spoj pa 30 mm; velikost navzkrižnega nateznega vzorca je 120 mm × 35 mm, premer pozicionirne luknje pa 10 mm. Zakovičeni vzorec je bil podvržen statičnemu preizkusu obremenitve na univerzalnem preskusnem stroju CMT4304, hitrost celotnega preskusnega procesa pa je bila kontrolirana na 10 mm/min.
Pogled na prerez kovičenega spoja brez žebljev se pridobi z rezanjem žice vzorčnega spoja, ki se vstavi, polira in korodira, ustrezni podatki parametrov oblike pogleda na prerez pa se pridobijo z opazovanjem pod optičnim mikroskopom.
3.2
Izbira parametrov procesa
3.2.1 Določitev smeri kovičenja za kovičenje brez žebljev
Za določitev smeri kovičenja sta bili izbrani jeklena plošča CR3 in aluminijeva zlitina serije 5000 ter različne debeline materiala in smeri kovičenja, da bi ocenili topografske parametre pogleda prereza kovičenega spoja brez žebljev. Vrednost globine zaklepanja je bila uporabljena kot pomembna osnova za presojo kakovosti kovičenja.
Iz zgornje tabele 2 je razvidno, da lahko za jekleno-aluminijeve kovičene povezave brez žebljev enaka debelina materiala in različne smeri kovičenja tvorijo boljše prepletanje, pri čemer stanje prepletanja ni zelo občutljivo na material; različne debeline materiala, smer kovičenja od tankega do Pri debelejšem se globina zaklepa znatno zmanjša. Zato je debelina materiala glavni dejavnik, ki vpliva na medsebojno spajanje kovičene povezave brez žebljev, smer kovičene povezave brez žebljev pa je prednostno od debele plošče do tanke plošče.
3.2.2 Določanje parametrov postopka kovičenja za kovičenje brez žebljev
Procesni parametri matrice za kovičenje brez žebljev vplivajo na globino zaklepanja kovičenja in kakovost kovičenja. Da bi dosegli optimalne procesne parametre, se za izbiro matrice uporablja metoda Taguchi. mm aluminijasta plošča serije 5000.
Kontrolni faktorji so izbrani premer luknjača, globina matrice in osnovna debelina, vsak kontrolni faktor pa ima 3 stopnje, glejte tabelo 3.
Globina zaklepanja kot posledica odziva, faktor hrupa kot mazivo, simptom kot izboklina spoja ali razpoke v plošči. Uporabite orodje za ortogonalni seznam za optimizacijo in vzpostavitev ortogonalnega poskusa L9 karakteristike Wangda. Ortogonalne preskusne kombinacije in rezultati preskusa so prikazani v tabeli 4.
Iz tabele 4 je razvidno, da je prepletena globina testa 5 največja, zato je ugotovljeno, da so optimalni procesni parametri za kovičenje brez žebljev 5,5 mm v premeru luknjača, 1,2 mm v globini matrice in 0. 8 mm debeline dna.
3.3
3.3 Primerjava mehanskih lastnosti
Ker v industriji ni primernega standarda za presojo mehanskih lastnosti jekleno-aluminijevih spojev in ker se SPR široko uporablja v jekleno-aluminijevih hibridnih karoserijskih strukturah, se mehanske lastnosti SPR-spojev uporabljajo kot merilo za presojo mehanskih lastnosti kovičenih spojev brez žebljev. V pogojih enake debeline materiala in vrste materiala je bil zasnovan preskus porušitve strižnega spoja in prečne natezne obremenitve na ravni vzorca za merjenje strižne in natezne obremenitve porušitve dveh načinov povezovanja, kovičenja brez žebljev in SPR.
Razred jeklene plošče preskusnega vzorca je CR3, debelina materiala pa 0.8 mm; razred aluminijeve zlitine je serija 5000, debelina materiala pa 1,4 mm. Izbrani smo bili optimalni smeri kovičenja za dva načina povezovanja, med katerimi je bilo kovičenje brez žebljev od debelo proti tanko, SPR pa od tanko proti debelo in od trdo proti mehko. V vsaki skupini preskusov je 5 vzorcev, krivulje obremenitev-premik in načini odpovedi pri nateznih in strižnih obremenitvah vsake skupine vzorcev pa so prikazani na slikah 5 do 8.
3.3.1 Analiza preskusa porušitve pri strižni statični obremenitvi
Iz slik 5 in 6 je razvidno, da je pod stanjem strižne obremenitve način okvare kovičene povezave brez žebljev zlom vratu zgornje plošče, največja porušitvena obremenitev je 1620N, povprečna porušitev premik je 0,46 mm; način okvare povezave SPR je trganje zgornje plošče, največja obremenitev okvare je 2364N, povprečni premik okvare pa 4,95 mm.
Nadaljnja analiza kaže, da imata oba v stanju strižne obremenitve določeno absorpcijo energije plastičnega blažilnika in strižna trdnost kovičenega spoja brez žebljev doseže 68,5 odstotka SPR, vendar je povprečni premik kovičenega spoja brez žebljev bistveno nižji, ko pride do največje napake Kar zadeva SPR, znaša le 9,3 odstotka SPR.
Nadaljnja analiza kaže, da je pod stanjem natezne obremenitve okvara spojev obeh načinov povezave krhek lom, ni vmesne cone plastične deformacije, natezna trdnost kovičenja brez žebljev je približno 60,6 odstotka SPR in povprečni premik napaka pri kovičenju brez žebljev je prav tako nižja od SPR in doseže 65 odstotkov SPR. Skratka, v primerjavi s povezavo SPR, čeprav so mehanske lastnosti kovičenega spoja brez žebljev zmanjšane, ga je mogoče uporabiti na področju neglavne nosilne karoserije.
3.4
Analiza dejavnikov, ki vplivajo na statične lastnosti
Za nadaljnjo analizo statične učinkovitosti kovičenih spojev brez žebljev uporabite kovičene spoje brez žebljev, da oblikujete smernice za oblikovanje karoserije s treh vidikov razreda materiala, smeri kovičenja in debeline materiala v kombinaciji s prečnim prerezom spoja. morfološki parametri in preskusi porušenosti pri statičnih obremenitvah Podatki so bili uporabljeni za analizo vpliva na statično zmogljivost povezave jeklo-aluminij brez žebljev.
Velikost vzorca in preskusna metoda sta kot zgoraj. Pri preskusu sta izbrana kakovost in debelina običajnih materialov v območju nizke obremenitve strukture karoserije. mm, 1,3 mm, preskusne kombinacije in rezultati preskusa so prikazani v tabeli 5.
3.4.1 Učinek stopnje materiala
Prve štiri kombinacije z debelino materiala 1.0mm so bile izbrane za analizo vpliva kakovosti materiala na statično zmogljivost kovičene povezave brez žebljev. Rezultati preskusa, kot so največja strižna sila, največja natezna sila, vrednost globine zaklepanja in način okvare, so prikazani v tabeli 6.
Iz analize na sliki 9 je razvidno, da je način porušitve na strig v glavnem odvisen od trdnosti zgornje plasti. Ko je trdnost zgornjega sloja višja od trdnosti spodnjega sloja, je način strižne okvare na splošno zlom točke povezave materiala zgornjega sloja; S povečevanjem trdnosti spodnjega sloja se način strižne porušitve spremeni od odriva spojnega mesta do loma spojnega mesta; podobno je strižna trdnost v glavnem odvisna od trdnosti materiala zgornje plasti in se povečuje s povečanjem trdnosti materiala zgornje plasti.
Pri enaki debelini materiala je način okvare prečne napetosti izvlečenje priključne točke, ki nima nobene zveze z razredom materiala; natezna obremenitev se zmanjšuje z večanjem trdnosti materiala.
Globina zaklepanja se zmanjšuje z večanjem obremenitve materiala, ker močnejši kot je material, težje se material med spajanjem deformira, zaradi česar je zaklepanje težje.
3.4.2 Vpliv smeri kovičenja
Podobno je mogoče na podlagi podatkov prvih štirih kombinacij analizirati vpliv smeri kovičenja na statično delovanje kovičene povezave brez žebljev, kot je prikazano na sliki 10.
Smer povezave pri kovičenju brez žebljev je od velike obremenitve do nizke trdnosti. Čeprav je medsebojna globina majhne razlike, se strižna obremenitev znatno poveča. Kombinacija 1 je za 53,4 odstotka večja od kombinacije 2, kombinacija 3 pa za 45,6 odstotka večja od kombinacije 4; smer povezave je visoka Od trdnosti do nizke trdnosti, čeprav razlika v globini zaklepanja ni velika, je natezna trdnost znatno zmanjšana. Kombinacija 1 je za 33,6 odstotka nižja od kombinacije 2, kombinacija 3 pa za 29,4 odstotka nižja od kombinacije 4.
3.4.3 Vpliv debeline materiala
Podatki o izbrani kombinaciji in rezultatih preskusa so prikazani v tabeli 7, v njej pa je primerjan in analiziran vpliv debeline materiala na procesne parametre kovičenja brez žebljev in porušitveno trdnost pri statičnih obremenitvah.
Iz tabele 7 in slike 11 je razvidno, da je za strižno trdnost debelejši zgornji material, večja je prepletena globina, večja kot je debelina vratu, večja je strižna trdnost; debelejši kot je spodnji material, težja je deformacija zgornjega materiala, čeprav se globina zaklepa poveča, a tanjša kot je debelina vratu, nižja je strižna trdnost. Kar zadeva natezno trdnost, debelejši kot sta zgornja in spodnja plast, večja je medsebojna globina in večja je natezna trdnost.
slika
Zato je za povečanje strižne trdnosti potrebna debelejša zgornja plast ali tanjša spodnja plast; povečanje debeline zgornje in spodnje plasti lahko poveča natezno trdnost.
4 Zaključek
a. Čeprav je statična zmogljivost kovičene povezave brez žebljev nižja kot pri SPR, jo je mogoče uporabiti na neglavnem območju nosilne karoserije;
b. Strižna trdnost je v pozitivni korelaciji s trdnostjo zgornjega materiala; natezna trdnost je v negativni korelaciji s trdnostjo veznega kompozitnega materiala;
c. Smer kovičenja je od plošče visoke trdnosti do nizke trdnosti, strižna trdnost pa je višja; smer kovičenja je od plošče z nizko trdnostjo do visoke trdnosti, natezna trdnost pa je višja;
d. Debelejša zgornja debelina materiala in tanjša spodnja debelina materiala imata večjo strižno trdnost; povečanje zgornje in spodnje debeline materiala lahko poveča natezno trdnost.
