البحث عن معلمات العملية والخصائص الثابتة لتقنية التثبيت غير الملحومة المصنوعة من الفولاذ والألومنيوم

1 المقدمة

مع إصدار سياسة "Science and Technology Support Carbon Peak Carbon Neutralization Plan (2022-2030)" Policy ، أصبح وزن السيارات خفيف الوزن اتجاهًا لا مفر منه. يمكن لسبائك الألومنيوم الخفيف للجسم والفولاذ المتقدم عالي القوة والمواد الأخرى ، من خلال التطبيق والتوزيع المعقول ، تحقيق هيكل جسم أكثر أمانًا مع موازنة تكلفة إنتاج هيكل الألومنيوم بالكامل وتكاليف الصيانة المستقبلية. إنها الوسيلة الأكثر فعالية للسيارة خفيفة الوزن.

التثبيت غير المتماثل والتثبيت الذاتي الثقب (التثبيت الذاتي الثقب ، SPR) هي طرق فعالة لتحقيق اتصال الفولاذ والمعادن غير المتشابهة ، خاصة التثبيت عديم السذاجة ، لا حاجة للمسامير الإضافية ، لا زيادة في جودة نقطة الاتصال ، و التكلفة الإجمالية للاتصال أقل من تكلفة SPR. لا تزال عملية الاتصال الخفيف الوزن الأقل حجماً قيد المعالجة ومرحلة البحث التجريبي في الصين ، ولم يتم استخدامها على نطاق واسع في بنية الجسم. في هذه الدراسة ، تمت مقارنة معلمات العملية والأداء الساكن لتقنية التثبيت بدون سذاجة من خلال الجمع بين ألواح الصلب والألومنيوم بسماكات مختلفة للمواد ، وذلك لتوفير اختيار المواد ومرجع تصميم الاتصال لتطبيق تقنية التثبيت عديمة السذاجة في هيكل الجسم.

2 عملية

التثبيت بدون تثبيت هو عملية اتصال ميكانيكية للختم ، والتي تستخدم تشوه البلاستيك المحلي لطبقتين أو أكثر من الصفائح المعدنية لإكمال عملية السحب العميق ومعالجة البثق المركب ، وتشكل دائرة تقويض متشابكة عند الوصلة المبثوقة. نقاط اتصال مستطيلة الشكل أو مستطيلة ، بحيث تتمتع بقوة شد معينة وقوة قص. عملية التوصيل موضحة في الشكل 1. تتضمن العملية بشكل أساسي التشديد المسبق والإطباق والتثقيب والإمساك بالضغط والإخراج. يمكن استخدام البرشمة بدون نائل للربط بين الألواح المتشابهة أو غير المتشابهة مع متطلبات اللصق والطلاء وختم المادة اللاصقة.

هناك تصلب في العمل في عملية التشكيل للتثبيت بدون سذاجة ، مما يحسن قوة الخضوع للمادة وقدرة التحمل للمفصل المُثبت بالبرشام. يوضح الشكل 2 معلمات المظهر الجانبي للرؤية المقطعية للمفصل المثبَّت بدون عديم اللون. وتتمثل المعلمات الرئيسية في سمك رقبة اللوحة العلوية S1 ، واللوحات العلوية والسفلية ، عمق تشابك المواد C1 ، مجموع سمك القاع لـ الأوراق العلوية والسفلية عند نقطة الاتصال (سمك القاع) ST.

3 معلمات العملية والخصائص الثابتة

يعتمد البحث على معلمات عملية الوصلة المبرشمة عديمة النوى بشكل أساسي على طريقة Taguchi والاختبار المتعامد لتقييم معلمات الشكل مثل سماكة العنق والعمق المتشابك لعرض مقطع المفصل ، وتحديد اتجاه التثبيت والجمع الأمثل لمعلمات العملية ؛ يستخدم بحث الأداء الثابت بشكل أساسي اختبارًا مختلفًا لفشل الحمل الثابت للصلب لتركيبة صفائح الألمنيوم ، ومقارنة الخواص الميكانيكية للوصلة غير المبرمجة واتصال SPR ، وتحليل تأثير درجة المادة ، واتجاه التثبيت ، وسمك المادة على الخواص الميكانيكية للبرشام عديم اللون. اتصال.

3.1

مواد وطرق الاختبار

مادة الاختبار عبارة عن 5 0 0 0 سلسلة من سبائك الألومنيوم ، وسمك المادة 1.0 مم و 1.4 مم ، والتي تستخدم بشكل شائع في هيكل الجسم ؛ الصفيحة الفولاذية CR3 ، CR340 ، وسمكها 0.7 مم ، 0.8 مم ، 1 مم و 1.3 مم ؛

يتم اختبار الوصلات المثبتة ببرشام من Naillless من أجل قص المفاصل وقوة الشد عن طريق اختبارات فشل الحمل الثابت. نظرًا لأن مفصل اللفة الواحدة هو شكل مشترك شائع في هيكل الجسم ، فإن مواصفات العينة موضحة في الشكل 3 ، وحجم عينة القص 85 مم × 35 مم ، ومفصل اللفة 30 مم ؛ حجم عينة الشد المتقاطع 120 مم × 35 مم ، وقطر ثقب تحديد المواقع هو 10 مم. تم إخضاع العينة المثبَّتة لاختبار فشل تحميل ثابت على آلة اختبار عالمية CMT4304 ، وتم التحكم في سرعة عملية الاختبار بأكملها عند 10 مم / دقيقة.

يتم الحصول على المنظر المقطعي للمفصل المثبَّت عديم اللون عن طريق قطع الأسلاك لمفصل العينة ، وهو مطعمة ومصقولة ومتآكلة ، ويتم الحصول على بيانات معلمة الشكل المقابلة للمنظر المقطعي عن طريق المراقبة تحت المجهر البصري.

3.2

اختيار معلمة العملية

3.2.1 تحديد اتجاه التثبيت للتثبيت بدون سذاجة

من أجل تحديد اتجاه التثبيت ، تم اختيار الصفيحة الفولاذية CR3 وسبائك الألومنيوم من سلسلة 5000 ، وتم اختيار سماكات مختلفة للمواد واتجاهات التثبيت لتقييم معلمات التضاريس للرؤية المقطعية للمفصل المثبَّت. تم استخدام قيمة العمق المتشابك كأساس مهم للحكم على جودة التثبيت.

يمكن أن نرى من الجدول 2 أعلاه أنه بالنسبة للوصلات المبرشمة المصنوعة من الصلب والألومنيوم ، فإن نفس سماكة المادة واتجاهات التثبيت المختلفة يمكن أن تشكل تشابكًا أفضل ، وحالة التشابك ليست حساسة جدًا للمادة ؛ سمك مادة مختلفة ، اتجاه التثبيت من رقيقة إلى عندما يكون أكثر سمكًا ، ينخفض ​​عمق التعشيق بشكل كبير. لذلك ، فإن سمك المادة هو العامل المؤثر الرئيسي في تشابك الوصلة المثبَّتة عديمة النعومة ، ويفضل أن يكون اتجاه الوصلة المثبَّتة عديمة الشكل من الصفيحة السميكة إلى الصفيحة الرقيقة.

3.2.2 تحديد معلمات عملية التثبيت للتثبيت بدون سذاجة

تؤثر معلمات العملية لقالب التثبيت غير الساذج على عمق التثبيت المتشابك وجودة التثبيت. من أجل الحصول على معلمات العملية المثلى ، يتم استخدام طريقة Taguchi لاختيار القالب. لوحة الألومنيوم سلسلة 5000 مم.

يتم تحديد عوامل التحكم على التوالي قطر الثقب ، وعمق القالب وسمك القاعدة ، ولكل عامل تحكم 3 مستويات ، انظر الجدول 3.

عمق التعشيق نتيجة للاستجابة ، عامل الضوضاء كمواد تشحيم ، من أعراض بروز المفصل أو تشققات في الصفيحة. استخدم أداة القائمة المتعامدة لتحسين وإنشاء التجربة المتعامدة L9 لخاصية Wangda. مجموعات الاختبار المتعامدة ونتائج الاختبار موضحة في الجدول 4.

يمكن أن نرى من الجدول 4 أن عمق التشابك للاختبار 5 هو الأكبر ، لذلك تم تحديد أن معلمات العملية المثلى للتثبيت بدون سلاسة يبلغ قطرها 5.5 مم ، و 1.2 مم في عمق القالب ، و 0. 8 ملم في سمك القاع.

3.3

3.3 مقارنة الخواص الميكانيكية

نظرًا لعدم وجود معيار مناسب للحكم على الخواص الميكانيكية لمفاصل الصلب والألمنيوم في الصناعة ، وبما أن SPR مستخدمة على نطاق واسع في هياكل الجسم الهجينة المصنوعة من الصلب والألومنيوم ، فإن الخصائص الميكانيكية لمفاصل SPR تستخدم كمعيار للحكم على الميكانيكية خواص المفاصل التي لا تنضب. في ظل ظروف نفس سماكة المادة ونوع المادة ، تم تصميم اختبار القص المشترك على مستوى العينة واختبار فشل الحمل الثابت المتقاطع لقياس أحمال القص والشد لطريقتين من التوصيل ، التثبيت بدون سذاجة و SPR.

درجة الصفيحة الفولاذية لعينة الاختبار هي CR3 ، وسمك المادة 0. درجة سبائك الألومنيوم 5000 سلسلة ، وسمك المادة 1.4 مم. تم اختيار اتجاهات التثبيت المثلى لطريقتين للتوصيل ، من بينهما كان التثبيت عديم اللون من سميك إلى رفيع ، وكان SPR من رفيع إلى سميك ، ومن صلب إلى ناعم. توجد 5 عينات في كل مجموعة من الاختبارات ، وتظهر في الأشكال من 5 إلى 8 منحنيات إزاحة الحمل وأنماط فشل حمل الشد والقص لكل مجموعة من العينات.

3.3.1 تحليل اختبار فشل الحمل الساكن للقص

يمكن أن نرى من الشكلين 5 و 6 أنه في ظل حالة حمل القص ، يكون وضع الفشل في التوصيل المثبَّت بدون سلاسة هو كسر الرقبة في اللوحة العلوية ، وأقصى حمل للفشل هو 162 0 N ، ومتوسط ​​الفشل الإزاحة 0.46 مم ؛ وضع فشل اتصال SPR هو تمزق اللوحة العلوية ، وأقصى حمل فشل هو 2364N ، ومتوسط ​​إزاحة الفشل 4.95 مم.

يوضح التحليل الإضافي أنه في ظل حالة حمل القص ، يتمتع كلاهما بامتصاص معين لطاقة عازلة بلاستيكية ، وتصل قوة القص للمفصل المثبَّت بدون سلاسة إلى 68.5 بالمائة من SPR ، لكن متوسط ​​الإزاحة للمفصل المثبَّت عديم النعومة يكون أقل بشكل ملحوظ عندما يحدث الحد الأقصى من الفشل من حيث SPR ، فهو يمثل 9.3 بالمائة فقط من SPR.

يوضح التحليل الإضافي أنه في ظل حالة حمل الشد ، فإن فشل مفاصل طريقتين التوصيل هو كسر هش ، ولا توجد منطقة عازلة للتشوه البلاستيكي ، وقوة الشد للتثبيت بدون سذاجة حوالي 60.6 في المائة من SPR ، ومتوسط ​​إزاحة فشل التثبيت عديم السذاجة هو أيضًا أقل من SPR ، حيث يصل إلى 65 بالمائة من SPR. في الختام ، مقارنةً باتصال SPR ، على الرغم من انخفاض الخواص الميكانيكية للمفصل المثبَّت بالبرشام ، يمكن تطبيقه في منطقة هيكل الجسم غير الرئيسية التي تحمل الأحمال.

3.4

تحليل العوامل التي تؤثر على الخصائص الثابتة

من أجل إجراء مزيد من التحليل للأداء الثابت للمفاصل المثبَّتة التي لم يتم تثبيتها بالبرشام ، قم بتطبيق الوصلات ذات البرشام العديم الشكل لتشكيل إرشادات التصميم لهيكل الجسم ، من الجوانب الثلاثة لدرجة المواد ، واتجاه التثبيت ، وسمك المادة ، جنبًا إلى جنب مع عرض المقطع العرضي المشترك معلمات التشكل واختبارات فشل الحمل الساكن تم استخدام البيانات لتحليل تأثيرها على الأداء الساكن لوصلة الصلب والألومنيوم الخالية من النيون.

حجم العينة وطريقة الاختبار على النحو الوارد أعلاه. في الاختبار ، يتم تحديد درجة وسمك المواد الشائعة في منطقة التحميل المنخفض لهيكل الجسم. مم ، 1.3 مم ، مجموعات الاختبار ونتائج الاختبار موضحة في الجدول 5.

3.4.1 تأثير درجة المواد

تم اختيار المجموعات الأربع الأولى بسمك مادة 1. 0 مم لتحليل تأثير درجة المادة على الأداء الثابت للاتصال المبرشم عديم اللون. نتائج الاختبار مثل قوة القص القصوى ، وقوة الشد القصوى ، وقيمة عمق التعشيق ووضع الفشل موضحة في الجدول 6.

من التحليل في الشكل 9 ، يمكن ملاحظة أن وضع فشل القص يعتمد بشكل أساسي على قوة الطبقة العليا. عندما تكون قوة الطبقة العليا أعلى من تلك الموجودة في الطبقة السفلية ، فإن وضع فشل القص يكون بشكل عام كسر نقطة اتصال مادة الطبقة العليا ؛ مع زيادة قوة الطبقة السفلية ، يتغير وضع فشل القص من سحب نقطة الاتصال إلى كسر نقطة الاتصال ؛ وبالمثل ، فإن مقاومة القص تعتمد بشكل أساسي على قوة مادة الطبقة العليا ، وتزداد مع زيادة قوة مادة الطبقة العليا.

تحت نفس سماكة المادة ، يكون وضع فشل التوتر المتقاطع هو سحب نقطة الاتصال ، والتي لا علاقة لها بدرجة المادة ؛ يتناقص حمل الشد مع زيادة قوة المادة.

يتناقص عمق التعشيق مع زيادة حمل المواد ، لأنه كلما زادت قوة المادة ، زادت صعوبة تشوه المادة أثناء الاتصال ، مما يجعل التعشيق أكثر صعوبة.

3.4.2 تأثير اتجاه التثبيت

وبالمثل ، استنادًا إلى بيانات المجموعات الأربع الأولى ، يمكن تحليل تأثير اتجاه التثبيت على الأداء الثابت للاتصال المثبت عديم اللون ، كما هو موضح في الشكل 10.

اتجاه التوصيل للتثبيت بدون سلاسة هو من الحمل العالي إلى القوة المنخفضة. على الرغم من وجود اختلاف بسيط في عمق التشابك ، إلا أن حمل القص يزيد بشكل كبير. المجموعة 1 أعلى بنسبة 53.4 في المائة من المجموعة 2 ، والمجموعة 3 أعلى بنسبة 45.6 في المائة من المجموعة 4 ؛ اتجاه الاتصال مرتفع من القوة إلى القوة المنخفضة ، على الرغم من أن الاختلاف في عمق التشابك ليس كبيرًا ، تقل قوة الشد بشكل كبير. المجموعة 1 أقل بنسبة 33.6 في المائة من المجموعة 2 ، والخلطة 3 أقل بنسبة 29.4 في المائة من المجموعة 4.

3.4.3 تأثير سماكة المادة

يتم عرض التركيبة المختارة وبيانات نتيجة الاختبار في الجدول 7 ، ويتم مقارنة وتحليل تأثير سمك المادة على معلمات عملية التثبيت عديمة السذاجة وقوة فشل الحمل الثابت.

يمكن أن نرى من الجدول 7 والشكل 11 أنه بالنسبة لقوة القص ، كلما زادت سماكة المادة العلوية ، زاد عمق التشابك ، وكلما زاد سمك العنق ، زادت قوة القص ؛ كلما زادت سماكة المادة السفلية ، زادت صعوبة تشوه المادة العلوية ، على الرغم من زيادة عمق التعشيق ، ولكن كلما كانت سماكة العنق أرق ، انخفضت قوة القص. فيما يتعلق بمقاومة الشد ، كلما زادت سماكة الطبقات العلوية والسفلية ، زاد عمق التشابك وزادت قوة الشد.

صورة
لذلك ، لزيادة مقاومة القص ، يلزم وجود طبقة علوية أكثر سمكًا أو طبقة سفلية أرق ؛ الزيادة في سمك الطبقات العليا والسفلى يمكن أن تزيد من قوة الشد.

4. الخلاصة

أ. على الرغم من أن الأداء الثابت للوصلة المثبَّتة عديمة السذاجة أقل من أداء SPR ، إلا أنه يمكن تطبيقها على منطقة هيكل الجسم غير الرئيسية الحاملة للحمل ؛

ب. ترتبط قوة القص بشكل إيجابي مع قوة المادة العلوية ؛ ترتبط قوة الشد ارتباطًا سلبيًا بقوة المادة المركبة الموصلة ؛

ج. اتجاه التثبيت من لوحة عالية القوة إلى قوة منخفضة ، وقوة القص أعلى ؛ اتجاه التثبيت من صفيحة منخفضة القوة إلى قوة عالية ، وقوة الشد أعلى ؛

د. سماكة المادة العلوية السميكة وسمك المادة السفلية الأرق لهما قوة قص أعلى ؛ زيادة سمك المادة العلوية والسفلية يمكن أن تزيد من قوة الشد.