1. Inngangur
Með útgáfu stefnunnar „Science and Technology Support Carbon Peak Carbon Neutralization Implementation Plan (2022-2030)“ hefur léttvigt bíla orðið óumflýjanleg þróun. Líkamslétt álblendi og háþróað hástyrkt stál og önnur efni, með sanngjörnu beitingu og dreifingu, geta náð öruggari líkamsbyggingu á sama tíma og jafnvægi er á milli framleiðslukostnaðar alls áls og viðhaldskostnaðar í framtíðinni. Það er áhrifaríkasta létt ökutæki.
Naglalaus hnoð og sjálfsgöt hnoð (Self-Piercing Riveting, SPR) eru áhrifaríkar leiðir til að átta sig á tengingu á ólíkum málmum úr stáli og áli, sérstaklega naglalausri hnoð, engin þörf á viðbótarhnoðum, engin aukning á gæðum tengipunktsins og heildarkostnaður við tenginguna er lægri en SPR. Léttara tengingarferlið er enn á ferli og tilraunarannsóknarstigi í Kína og hefur ekki verið mikið notað í líkamsbyggingu. Í þessari rannsókn voru ferlibreytur og kyrrstöðuframmistaða naglalausu hnoðtækninnar borin saman með því að sameina stál- og álplötur með mismunandi efnisþykktum, til að veita efnisval og tengihönnunarviðmiðun fyrir beitingu naglalausrar hnoðtækni í líkamsbyggingu.
2 ferli
Naglalaus hnoð er stimplun vélrænt tengingarferli, sem notar staðbundna plastaflögun tveggja eða fleiri laga af málmplötum til að ljúka ferlinu við djúpteikningu og útpressunarsamsettan vinnslu, og myndar samtengdan undirskorinn hring við útpressuðu samskeytin. Lagaðir eða rétthyrndir tengipunktar, þannig að það hafi ákveðinn togstyrk og skurðstyrk. Tengingarferlið er sýnt á mynd 1. Ferlið felur aðallega í sér forspenningu, lokun, gata, þrýstingshald og útkast. Naglalaus hnoð er hægt að nota fyrir tengingu milli sömu eða ólíkra blaða með límingu, húðun og límþéttingu.
Það er vinnuherðing í mótunarferli naglalausrar hnoðunar, sem bætir flæðistyrk efnisins og burðargetu hnoðsamskeytisins. Sniðbreytur þverskurðar á naglalausa hnoðsamskeyti eru sýndar á mynd 2. Helstu breytur eru þykkt efri plötuháls S1, efri og neðri plötu Efni samlæst dýpt C1, summa botnþykktar á efri og neðri blöðin á tengipunkti (neðri þykkt) ST.
3 Ferlabreytur og truflanir eiginleikar
Rannsóknin á ferlibreytum naglalausu hnoðtengingarinnar samþykkir aðallega Taguchi aðferðina og hornrétta prófið til að meta lögunarbreytur eins og hálsþykkt og samlæsandi dýpt samskeytisins, ákvarða hnoðstefnu og ákjósanlegasta samsetningu ferlisbreyta. ; kyrrstöðurannsóknin notar aðallega mismunandi stál Stöðugt álagsbilunarpróf á álplötusamsetningu, borið saman vélræna eiginleika naglalausrar hnoðtengingar og SPR tengingar, og greinir áhrif efnisstigs, hnoðstefnu og efnisþykktar á vélrænni eiginleika naglalausra hnoðna. Tenging.
3.1
Prófaðu efni og aðferðir
Prófunarefnið er 5000 röð álblendi og efnisþykktin er 1,0 mm og 1,4 mm, sem eru almennt notuð í líkamsbyggingu; stálplatan er CR3, CR340 og þykktin er 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm og 1,3 mm;
Naglalausa hnoðsamskeyti eru prófuð með tilliti til skurðar og togstyrks með truflanir á truflanir. Vegna þess að einn hringliðurinn er algengt samskeyti í líkamsbyggingunni, eru sýnislýsingarnar sýndar á mynd 3, klippisýnisstærðin er 85 mm × 35 mm og hringliðurinn er 30 mm; kross togsýnisstærðin er 120 mm × 35 mm og þvermál staðsetningargatsins er 10 mm. Hnoðað sýnishornið var gert fyrir truflanir á bilunarprófi á alhliða prófunarvél CMT4304 og hraða alls prófunarferlisins var stjórnað við 10 mm/mín.
Sneiðmynd af naglalausu hnoðsamskeyti er fengin með því að klippa sýnishornið, og það er greypt inn, fáður og tærð, og samsvarandi lögun færibreytu gögn skurðarmyndarinnar eru fengin með því að skoða undir sjónsmásjá.
3.2
Val á færibreytum ferli
3.2.1 Ákvörðun hnoðstefnu fyrir naglalausa hnoð
Til að ákvarða hnoðstefnuna voru valin CR3 stálplata og 5000 röð álblendi, og mismunandi efnisþykkt og hnoðstefnur voru valdar til að meta landslagsbreytur skurðarmyndarinnar á naglalausu hnoðsamskeyti. Samlæsandi dýptargildið var notað sem mikilvægur grunnur til að dæma hnoðgæði.
Það má sjá af töflu 2 hér að ofan að fyrir stál-ál naglalausar hnoðtengingar getur sama efnisþykkt og mismunandi hnoðstefnur myndað betri samlæsingu og samlæsingarástandið er ekki mjög viðkvæmt fyrir efninu; mismunandi efnisþykkt, hnoðstefna frá þunnu til Þegar þykkt er, lækkar lásdýpt verulega. Þess vegna er efnisþykktin aðaláhrifaþátturinn fyrir samlæsingu naglalausu hnoðtengingarinnar og stefna naglalausu hnoðtengingarinnar er helst frá þykkri plötu til þunnrar plötu.
3.2.2 Ákvörðun á breytum hnoðferlis fyrir naglalausa hnoð
Ferlisbreytur naglalausa hnoðdýpunnar hafa áhrif á hnoðtengingardýpt og hnoðgæði. Til að fá bestu ferlibreytur er Taguchi aðferðin notuð til að velja teninginn. mm 5000 röð álplata.
Stýriþættirnir eru valdir gataþvermál, dýpt dýptar og grunnþykkt, og hver stýristuðull hefur 3 stig, sjá töflu 3.
Dýpt samlæsingar sem afleiðing af svörun, hávaðaþáttur sem smurefni, einkenni sem útskot á liðum eða sprungur í lakinu. Notaðu hornrétta listatólið til að fínstilla og koma á hornréttri tilraun L9 af Wangda einkenni. Réttarprófasamsetningar og prófunarniðurstöður eru sýndar í töflu 4.
Það má sjá af töflu 4 að samlæsandi dýpt prófs 5 er stærst, þannig að það er ákvarðað að ákjósanlegustu ferlibreytur fyrir naglalausa hnoð séu 5,5 mm í þvermál gata, 1,2 mm í dýpt og 0. 8 mm í botnþykkt.
3.3
3.3 Samanburður á vélrænni eiginleikum
Þar sem enginn hentugur staðall er til til að dæma vélræna eiginleika stál-álsamskeytis í iðnaðinum, og þar sem SPR hefur verið mikið notað í stál-álblendingarbyggingum, eru vélrænir eiginleikar SPR samskeyti notaðir sem viðmið til að dæma vélrænni eiginleikar naglalausra hnoðaðra liða. Við aðstæður með sömu efnisþykkt og efnisgerð var sýnishornsprófun á samskeyti og truflanir á kyrrstöðuálagi hönnuð til að mæla klippu- og togbilunarálag tveggja tengiaðferða, naglalausra hnoða og SPR.
Einkunn stálplötu prófunarsýnisins er CR3 og efnisþykktin er 0,8 mm; álblöndunarflokkurinn er 5000 röð og efnisþykktin er 1,4 mm. Ákjósanlegustu hnoðstefnurnar voru valdar fyrir tengiaðferðirnar tvær, þar á meðal var naglalausa hnoðið frá þykkt til þunnt, og SPR var frá þunnt til þykkt og frá harðri til mjúkur. Það eru 5 sýni í hverjum prófunarhópi og álagsfærsluferlar og bilunarmáta tog- og skurðálagsbilunar hvers hóps sýna eru sýndar á myndum 5 til 8.
3.3.1 Greining á bilunarprófi á klippistöðuálagi
Það má sjá á myndum 5 og 6 að við klippuálagsástand er bilunarhamur naglalausu hnoðtengingarinnar hálsbrot efri plötunnar, hámarksbilunarálag er 1620N og meðalbilun tilfærsla er 0,46 mm; bilunarhamur SPR tengingarinnar er að rífa efri plötuna, hámarks bilunarálag er 2364N og meðalbilunartilfærsla er 4,95 mm.
Nánari greining sýnir að við klippuálagsástandið hafa þær báðar ákveðið plastpúðaorkuupptöku og skurðstyrkur naglalausa hnoðsamskeytisins nær 68,5 prósentum af SPR, en meðaltilfærsla naglalausa hnoðsamskeytisins er verulega lægri þegar hámarksbilun á sér stað Hvað varðar SPR er það aðeins 9,3 prósent af SPR.
Frekari greining sýnir að við togálagsástandið er bilun í samskeytum beggja tengiaðferða brothætt, það er ekkert plastaflögunarstuðpúðasvæði, togstyrkur naglalausra hnoða er um 60,6 prósent af SPR og meðaltilfærsla á bilun við naglalausa hnoð er einnig lægri en SPR og nær 65 prósentum af SPR. Að lokum, samanborið við SPR-tenginguna, þó að vélrænni eiginleikar naglalausa hnoðsamskeytisins séu skertir, er hægt að beita því á svæði sem ekki er aðalburðarbæri líkamsbyggingarinnar.
3.4
Greining á þáttum sem hafa áhrif á truflanir
Til þess að greina frekar kyrrstöðuafköst naglalausu hnoðsamsuðunna, notaðu naglalausu hnoðsamskeytin til að mynda hönnunarleiðbeiningar fyrir líkamsbygginguna, frá þremur þáttum efnisstigs, hnoðstefnu og efnisþykktar, ásamt þversniðssýn formfræðibreytur og truflanir á truflanir á truflanir Gögnin voru notuð til að greina áhrif þeirra á stöðuafköst stál-ál naglalausu tengingarinnar.
Úrtaksstærðin og prófunaraðferðin eru eins og hér að ofan. Í prófinu eru einkunn og þykkt algengra efna valin á lághleðslusvæði líkamsbyggingarinnar. mm, 1,3 mm, prófunarsamsetningar og prófunarniðurstöður eru sýndar í töflu 5.
3.4.1 Áhrif efnisstigs
Fyrstu fjórar samsetningarnar með efnisþykktina 1.0mm voru valdar til að greina áhrif efnisstigs á kyrrstöðuafköst naglalausu hnoðtengingarinnar. Prófunarniðurstöður eins og hámarks klippakraftur, hámarks togkraftur, samlæsingardýptargildi og bilunarhamur eru sýndar í töflu 6.
Af greiningunni á mynd 9 má sjá að klippubilunarhamurinn fer aðallega eftir styrk efra lagsins. Þegar styrkur efra lagsins er hærri en neðra lagsins er klippibilunarhamurinn almennt brot á tengipunkti efri lagsins; Með aukningu á styrk neðra lagsins breytist klippibilunarhamurinn frá því að draga af tengipunktinum í brot á tengipunktinum; að sama skapi veltur skúfstyrkurinn aðallega á styrk efra lagsins og eykst með aukningu á styrkleika efra lagsins.
Undir sömu efnisþykkt er bilunarhamur krossspennunnar afdráttur tengipunktsins, sem hefur ekkert með efnisflokkinn að gera; togálagið minnkar með auknum styrkleika efnisins.
Samlæsingardýptin minnkar eftir því sem efnisálagið eykst, því því sterkara sem efnið er, því erfiðara er fyrir efnið að aflagast við tenginguna, sem gerir samlæsinguna erfiðari.
3.4.2 Áhrif hnoðstefnu
Á sama hátt, byggt á gögnum fyrstu fjögurra samsetninganna, er hægt að greina áhrif hnoðstefnunnar á kyrrstöðuafköst naglalausu hnoðtengingarinnar, eins og sýnt er á mynd 10.
Tengistefna naglalausra hnoða er frá miklu álagi til lágs styrks. Þó lítill munur sé á samlæsandi dýpi eykst klippiálagið verulega. Samsetning 1 er 53,4 prósent hærri en samsetning 2 og samsetning 3 er 45,6 prósent hærri en samsetning 4; tengistefnan er mikil Frá styrkleika til lítillar styrkleika, þó munurinn á samlæsandi dýpt sé ekki mikill, minnkar togstyrkurinn verulega. Samsetning 1 er 33,6 prósent lægri en samsetning 2 og samsetning 3 er 29,4 prósent lægri en samsetning 4.
3.4.3 Áhrif efnisþykktar
Valin samsetning og prófunarniðurstöðugögn eru sýnd í töflu 7, og áhrif efnisþykktar á færibreytur naglalausra hnoðferlisins og styrkleika truflana álagsbilunar eru borin saman og greind.
Það má sjá af töflu 7 og mynd 11 að fyrir skúfstyrkinn, því þykkara sem efra efni er, því meiri samlæsandi dýpt, því meiri hálsþykkt, því meiri skurðstyrkur; því þykkara sem neðra efnið er, því erfiðara er aflögun efra efnisins, þó Samlæsudýptin eykst, en því þynnri sem hnakkaþykktin er, því lægri er skurðstyrkurinn. Varðandi togstyrkinn, því þykkari sem efri og neðri lögin eru, því meiri er samlæsandi dýpt og því meiri togstyrkur.
mynd
Þess vegna, til að auka skurðstyrkinn, þarf þykkara efra lag eða þynnra neðra lag; aukning á þykkt efri og neðri laganna getur aukið togstyrkinn.
4 Niðurstaða
a. Þrátt fyrir að kyrrstöðuafköst naglalausu hnoðtengingarinnar séu lægri en SPR, þá er hægt að beita því á líkamsbyggingarsvæði sem ekki er aðalburðarberandi;
b. Skúfstyrkurinn er jákvæður í tengslum við styrk efra efnisins; togstyrkurinn er neikvæður í tengslum við styrk samsetts efnisins sem tengist;
c. Hnoðstefnan er frá hástyrktarplötu til lágstyrks og klippistyrkurinn er hærri; hnoðstefnan er frá lágstyrktarplötu til hástyrks og togstyrkurinn er hærri;
d. Þykkari efri efnisþykktin og þynnri neðri efnisþykktin hafa hærri skurðstyrk; hækkun á efri og neðri efnisþykkt getur aukið togstyrkinn.
