1. Введение
С выпуском политики «Научная и техническая поддержка Плана реализации нейтрализации выбросов углерода (2022-2030)» легкость автомобилей стала неизбежной тенденцией. Легкий алюминиевый сплав кузова и усовершенствованная высокопрочная сталь и другие материалы, благодаря разумному применению и распространению, могут обеспечить более безопасную конструкцию кузова, уравновешивая стоимость производства полностью алюминиевого кузова и будущие затраты на техническое обслуживание. Это наиболее эффективное средство облегчения транспортных средств.
Безгвоздевая заклепка и самопроникающая заклепка (Самопроникающая заклепка, SPR) - эффективные способы реализации соединения стали и алюминия разнородных металлов, особенно безгвоздевая заклепка, отсутствие необходимости в дополнительных заклепках, отсутствие повышения качества места соединения и общая стоимость подключения ниже, чем у SPR. Процесс более компактного легкого соединения все еще находится в стадии процесса и экспериментальных исследований в Китае и не нашел широкого применения в конструкции кузова. В этом исследовании параметры процесса и статические характеристики технологии безгвоздевой заклепки сравнивались путем объединения стальных и алюминиевых листов с различной толщиной материала, чтобы обеспечить выбор материала и конструкцию соединения для применения технологии безгвоздевой заклепки в конструкции кузова.
2 процесс
Клепка без гвоздей - это процесс механического соединения штамповкой, в котором используется локальная пластическая деформация двух или более слоев листового металла для завершения процесса глубокой вытяжки и экструзии композитной обработки, и формируется блокирующий круг поднутрения на экструдированном соединении. Фасонные или прямоугольные точки соединения, чтобы он имел определенную прочность на растяжение и прочность на сдвиг. Процесс соединения показан на рис. 1. Процесс в основном включает в себя предварительное затягивание, окклюзионную фиксацию, штамповку, удержание давления и извлечение. Клепка без гвоздей может использоваться для соединения одинаковых или разнородных листов с требованиями склеивания, покрытия и герметизации клеем.
В процессе формирования безгвоздевой клепки происходит наклеп, что повышает предел текучести материала и несущую способность заклепочного соединения. Параметры профиля поперечного сечения безгвоздевого заклепочного соединения показаны на рисунке 2. Основные параметры: толщина шейки верхней пластины S1, материала верхней и нижней пластин, глубина замкового соединения С1, сумма толщин нижней верхний и нижний листы в месте соединения (толщина дна) ст.
3 Параметры процесса и статические свойства
Исследование параметров процесса заклепочного соединения без гвоздей в основном использует метод Тагучи и ортогональный тест для оценки параметров формы, таких как толщина шейки и глубина блокировки в разрезе соединения, определение направления заклепки и оптимальное сочетание параметров процесса. ; В исследовании статических характеристик в основном используются различные стали. Испытание на разрушение под статической нагрузкой комбинации алюминиевых листов, сравнение механических свойств клепаного соединения без гвоздя и соединения SPR, а также анализ влияния класса материала, направления клепки и толщины материала на механические свойства клепаного соединения без гвоздя. связь.
3.1
Материалы и методы испытаний
Испытуемый материал представляет собой алюминиевый сплав серии 5000, а толщина материала составляет 1,0 мм и 1,4 мм, которые обычно используются в конструкции кузова; стальной лист CR3, CR340, толщина 0,7 мм, 0,8 мм, 1 мм и 1,3 мм;
Заклепочные соединения без гвоздей проверяются на прочность на сдвиг и растяжение с помощью испытаний на разрушение при статической нагрузке. Поскольку одиночное соединение внахлестку является распространенной формой соединения в конструкции кузова, технические характеристики образца показаны на рисунке 3, размер образца при сдвиге составляет 85 мм × 35 мм, а соединение внахлестку составляет 30 мм; размер образца поперечного растяжения составляет 120 мм × 35 мм, а диаметр отверстия для позиционирования составляет 10 мм. Клепаный образец был подвергнут испытанию на разрушение под статической нагрузкой на универсальной испытательной машине CMT4304, при этом скорость всего процесса испытаний контролировалась на уровне 10 мм/мин.
Вид в разрезе безгвоздевого заклепочного соединения получают путем разрезания образца соединения проволокой, инкрустации, полировки и коррозии, а соответствующие данные о параметрах формы вида в разрезе получают путем наблюдения под оптическим микроскопом.
3.2
Выбор параметров процесса
3.2.1 Определение направления клепки для безгвоздевой клепки
Чтобы определить направление клепки, были выбраны стальной лист CR3 и алюминиевый сплав серии 5000, а также были выбраны различные толщины материала и направления клепки для оценки топографических параметров вида в разрезе безгвоздевого заклепочного соединения. Значение глубины блокировки использовалось в качестве важной основы для оценки качества клепки.
Из приведенной выше таблицы 2 видно, что для заклепочных соединений без гвоздей из стали и алюминия одинаковая толщина материала и различные направления заклепывания могут обеспечить лучшее сцепление, а состояние блокировки не очень чувствительно к материалу; различная толщина материала, направление клепки от тонкого к более толстому, глубина блокировки значительно уменьшается. Следовательно, толщина материала является основным фактором, влияющим на блокировку заклепочного соединения без гвоздей, и направление заклепочного соединения без гвоздей предпочтительно от толстой пластины к тонкой пластине.
3.2.2 Определение параметров процесса клепки для безгвоздевой клепки
Параметры процесса безгвоздевой клепальной матрицы влияют на глубину блокировки и качество клепки. Чтобы получить оптимальные параметры процесса, для выбора матрицы используется метод Тагучи. Алюминиевая пластина серии 5000 мм.
Факторами управления являются соответственно выбранные диаметр пуансона, глубина штампа и толщина основания, и каждый фактор управления имеет 3 уровня, см. Таблицу 3.
Глубина блокировки в результате срабатывания, шумовой фактор как смазка, симптом в виде выступа стыка или трещин в листе. Используйте инструмент ортогонального списка для оптимизации и установите ортогональный эксперимент L9 характеристики Вангды. Комбинации ортогональных тестов и результаты тестов показаны в таблице 4.
Из таблицы 4 видно, что глубина блокировки в испытании 5 является наибольшей, поэтому было определено, что оптимальные параметры процесса для безгвоздевой клепки составляют диаметр пуансона 5,5 мм, глубина матрицы 1,2 мм и 0. Толщина дна 8 мм.
3.3
3.3 Сравнение механических свойств
Поскольку в промышленности не существует подходящего стандарта для оценки механических свойств соединений сталь-алюминий, а также поскольку SPR широко используется в конструкциях гибридных стальных и алюминиевых кузовов, механические свойства соединений SPR используются в качестве эталона для оценки механических свойств. свойства безгвоздевых заклепочных соединений. В условиях одинаковой толщины материала и типа материала было разработано испытание на разрушение соединения на сдвиг и поперечное растяжение при статической нагрузке на уровне образца для измерения нагрузок на сдвиг и растяжение при двух методах соединения, заклепке без гвоздей и SPR.
Марка стального листа испытательного образца - CR3, а толщина материала - 0,8 мм; марка алюминиевого сплава - серия 5000, а толщина материала - 1,4 мм. Были выбраны оптимальные направления клепки для двух способов соединения, среди которых безгвоздевая клепка от толстого к тонкому, а СПР от тонкого к толстому и от жесткого к мягкому. В каждой группе испытаний по 5 образцов, а кривые нагрузки-перемещения и режимы разрушения при растяжении и сдвиге для каждой группы образцов показаны на рисунках 5–8.
3.3.1 Анализ испытаний на разрушение при сдвиге при статической нагрузке
Из рисунков 5 и 6 видно, что в состоянии сдвигающей нагрузки вид разрушения безгвоздевого заклепочного соединения представляет собой разрушение шейки верхней пластины, максимальная разрушающая нагрузка составляет 1620Н, а средняя разрушающая смещение 0,46 мм; Тип отказа соединения SPR - разрыв верхней пластины. Максимальная нагрузка при отказе составляет 2364 Н, а среднее смещение при отказе - 4,95 мм.
Дальнейший анализ показывает, что в состоянии поперечной нагрузки оба они имеют определенное поглощение энергии пластического буфера, а прочность на сдвиг безгвоздевого заклепочного соединения достигает 68,5% SPR, но среднее смещение безгвоздевого заклепочного соединения значительно ниже, когда происходит максимальный отказ С точки зрения SPR, это всего 9,3 процента от SPR.
Дальнейший анализ показывает, что в состоянии растягивающей нагрузки разрушение соединений двух методов соединения представляет собой хрупкое разрушение, буферная зона пластической деформации отсутствует, прочность на растяжение безгвоздевой клепки составляет около 60,6 процента SPR, а среднее смещение отказ от клепки без гвоздей также ниже, чем SPR, достигая 65 процентов SPR. В заключение, по сравнению с соединением SPR, хотя механические свойства безгвоздевого заклепочного соединения снижаются, его можно применять в неосновной несущей зоне конструкции кузова.
3.4
Анализ факторов, влияющих на статические свойства
Чтобы дополнительно проанализировать статические характеристики заклепочных соединений без гвоздей, примените заклепочные соединения без гвоздей для формирования рекомендаций по проектированию конструкции кузова с учетом трех аспектов класса материала, направления заклепки и толщины материала в сочетании с поперечным сечением соединения. морфологические параметры и испытания на разрушение при статической нагрузке. Данные были использованы для анализа их влияния на статические характеристики безгвоздевого соединения сталь-алюминий.
Размер выборки и метод испытаний указаны выше. При испытании выбирают марку и толщину обычных материалов в зоне низкой нагрузки конструкции кузова. мм, 1,3 мм, комбинации испытаний и результаты испытаний представлены в таблице 5.
3.4.1 Влияние класса материала
Первые четыре комбинации с толщиной материала 1,0 мм были выбраны для анализа влияния марки материала на статические характеристики безгвоздевого заклепочного соединения. Результаты испытаний, такие как максимальное усилие сдвига, максимальное усилие растяжения, значение глубины блокировки и вид разрушения, показаны в таблице 6.
Из анализа на рисунке 9 видно, что режим разрушения при сдвиге в основном зависит от прочности верхнего слоя. Когда прочность верхнего слоя выше, чем у нижнего слоя, режим разрушения при сдвиге обычно представляет собой разрушение точки соединения материала верхнего слоя; С увеличением прочности нижнего слоя режим разрушения при сдвиге меняется с отрыва точки соединения на разрушение точки соединения; аналогично прочность на сдвиг в основном зависит от прочности материала верхнего слоя и увеличивается с увеличением прочности материала верхнего слоя.
При одинаковой толщине материала тип разрушения поперечного натяжения - отрыв точки соединения, что не имеет ничего общего с маркой материала; растягивающая нагрузка уменьшается с увеличением прочности материала.
Глубина блокировки уменьшается по мере увеличения нагрузки на материал, потому что чем прочнее материал, тем труднее материалу деформироваться во время соединения, что затрудняет блокировку.
3.4.2 Влияние направления клепки
Аналогичным образом, на основе данных первых четырех комбинаций можно проанализировать влияние направления заклепывания на статические характеристики безгвоздевого заклепочного соединения, как показано на рисунке 10.
Направление соединения безгвоздевой клепки - от высокой нагрузки к низкой прочности. Хотя разница в глубине блокировки незначительна, нагрузка на сдвиг значительно возрастает. Комбинация 1 на 53,4% выше, чем комбинация 2, а комбинация 3 на 45,6% выше, чем комбинация 4; направление соединения высокое От прочности к низкой прочности, хотя разница в глубине блокировки невелика, прочность на растяжение значительно снижается. Комбинация 1 на 33,6% ниже, чем комбинация 2, а комбинация 3 на 29,4% ниже, чем комбинация 4.
3.4.3 Влияние толщины материала
Выбранная комбинация и данные результатов испытаний показаны в таблице 7, а также сравнивается и анализируется влияние толщины материала на параметры процесса безгвоздевой клепки и сопротивление разрушению при статической нагрузке.
Из таблицы 7 и рисунка 11 видно, что для прочности на сдвиг чем толще верхний материал, тем больше глубина зацепления, чем больше толщина шейки, тем выше прочность на сдвиг; чем толще нижний материал, тем сложнее деформация верхнего материала, хотя глубина блокировки увеличивается, но чем тоньше толщина шейки, тем ниже прочность на сдвиг. Что касается прочности на растяжение, чем толще верхний и нижний слои, тем больше глубина сцепления и выше прочность на растяжение.
картина
Поэтому для повышения прочности на сдвиг требуется более толстый верхний слой или более тонкий нижний слой; увеличение толщины верхнего и нижнего слоев может увеличить предел прочности.
4. Вывод
а. Хотя статические характеристики безгвоздевого клепаного соединения ниже, чем у SPR, его можно применять к неосновным несущим участкам конструкции кузова;
б. Прочность на сдвиг положительно коррелирует с прочностью материала верха; прочность на растяжение отрицательно коррелирует с прочностью соединительного композитного материала;
в. Направление клепки - от высокопрочной пластины к низкопрочной, а прочность на сдвиг выше; направление клепки от низкопрочной пластины к высокопрочной, а прочность на растяжение выше;
д. Более толстая верхняя толщина материала и более тонкая нижняя толщина материала имеют более высокую прочность на сдвиг; увеличение толщины верхнего и нижнего материала может увеличить предел прочности на растяжение.
