1. Perkenalan
Dengan dirilisnya kebijakan "Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Mendukung Rencana Implementasi Netralisasi Karbon Puncak Karbon (2022-2030)", mobil berbobot ringan telah menjadi tren yang tak terelakkan. Aloi aluminium ringan bodi dan baja berkekuatan tinggi canggih serta material lainnya, melalui aplikasi dan distribusi yang wajar, dapat mencapai struktur bodi yang lebih aman sambil menyeimbangkan biaya produksi bodi aluminium sepenuhnya dan biaya perawatan di masa mendatang. Ini adalah sarana ringan kendaraan yang paling efektif.
Nailless riveting dan self-piercing riveting (Self-Piercing Riveting, SPR) adalah cara yang efektif untuk mewujudkan penyambungan logam baja dan aluminium yang berbeda, terutama paku keling tanpa paku, tidak perlu paku keling tambahan, tidak ada peningkatan kualitas titik sambungan, dan biaya keseluruhan koneksi lebih rendah daripada SPR. Proses penyambungan yang lebih ramping dan ringan masih dalam proses dan tahap penelitian eksperimental di China, dan belum banyak digunakan dalam struktur tubuh. Dalam studi ini, parameter proses dan kinerja statis dari teknologi nailless riveting dibandingkan dengan menggabungkan lembaran baja dan aluminium dengan ketebalan material yang berbeda, sehingga dapat memberikan referensi pemilihan material dan desain sambungan untuk penerapan teknologi nailless riveting pada struktur bodi.
2 proses
Nailless riveting adalah proses penyambungan mekanis stamping, yang menggunakan deformasi plastik lokal dari dua atau lebih lapisan lembaran logam untuk menyelesaikan proses deep drawing dan pemrosesan komposit ekstrusi, dan membentuk lingkaran undercut yang saling terkait pada sambungan yang diekstrusi. Titik sambung berbentuk atau persegi panjang, sehingga memiliki kuat tarik dan kuat geser tertentu. Proses penyambungan ditunjukkan pada Gambar 1. Proses utamanya meliputi pre-tightening, oklusal, punching, pressure holding dan ejection. Paku keling tanpa paku dapat digunakan untuk sambungan antara lembaran yang sama atau berbeda dengan persyaratan perekatan, pelapisan, dan penyegelan perekat.
Ada pengerasan kerja dalam proses pembentukan paku keling tanpa paku, yang meningkatkan kekuatan luluh material dan daya dukung sambungan keling. Parameter profil dari tampilan penampang sambungan paku keling tanpa paku ditunjukkan pada Gambar 2. Parameter utama adalah ketebalan leher pelat atas S1, pelat atas dan bawah Bahan saling mengunci kedalaman C1, jumlah ketebalan bagian bawah dari lembaran atas dan bawah pada titik sambungan (ketebalan bawah) ST.
3 Parameter proses dan properti statis
Penelitian tentang parameter proses sambungan paku keling tanpa paku terutama mengadopsi metode Taguchi dan uji ortogonal untuk mengevaluasi parameter bentuk seperti ketebalan leher dan kedalaman saling mengunci dari tampilan bagian sambungan, menentukan arah keling dan kombinasi parameter proses yang optimal ; penelitian kinerja statis terutama menggunakan uji kegagalan beban statis baja yang berbeda dari kombinasi lembaran aluminium, membandingkan sifat mekanik sambungan terpaku tanpa paku dan sambungan SPR, dan menganalisis pengaruh tingkat material, arah memukau, dan ketebalan material pada sifat mekanik terpaku tanpa paku koneksi.
3.1
Bahan dan metode pengujian
Bahan ujinya adalah paduan aluminium seri 5000, dan ketebalan bahannya 1,0 mm dan 1,4 mm, yang biasanya digunakan dalam struktur bodi; pelat baja adalah CR3, CR340, dan ketebalannya 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm, dan 1,3 mm;
Sambungan paku keling tanpa paku diuji untuk geser sambungan dan kekuatan tarik dengan uji kegagalan beban statis. Karena sambungan satu putaran adalah bentuk sambungan umum dalam struktur bodi, spesifikasi sampel ditunjukkan pada Gambar 3, ukuran sampel geser adalah 85mm×35mm, dan sambungan putaran adalah 30mm; ukuran sampel tarik silang adalah 120mm × 35mm, dan diameter lubang pemosisian adalah 10mm. Sampel terpaku dikenai uji kegagalan beban statis pada mesin uji universal CMT4304, dan kecepatan seluruh proses pengujian dikontrol pada 10mm/menit.
Tampilan penampang dari sambungan paku keling tanpa paku diperoleh dengan memotong kawat dari sambungan sampel, dan itu dihias, dipoles dan dikorosi, dan data parameter bentuk yang sesuai dari tampilan penampang diperoleh dengan mengamati di bawah mikroskop optik.
3.2
Pemilihan parameter proses
3.2.1 Penentuan arah paku keling untuk paku keling tanpa paku
Untuk menentukan arah kelingan, pelat baja CR3 dan paduan aluminium seri 5000 dipilih, dan ketebalan material dan arah kelingan yang berbeda dipilih untuk mengevaluasi parameter topografi dari tampilan penampang sambungan paku keling tanpa paku. Nilai kedalaman interlocking digunakan sebagai dasar penting untuk menilai kualitas memukau.
Dapat dilihat dari Tabel 2 di atas bahwa untuk sambungan paku keling baja-aluminium, ketebalan bahan yang sama dan arah pengelingan yang berbeda dapat membentuk interlocking yang lebih baik, dan keadaan interlocking tidak terlalu sensitif terhadap material; ketebalan material yang berbeda, arah memukau dari tipis ke Ketika lebih tebal, kedalaman interlock turun secara signifikan. Oleh karena itu, ketebalan material adalah faktor pengaruh utama untuk saling mengunci sambungan paku keling, dan arah sambungan paku keling lebih disukai dari pelat tebal ke pelat tipis.
3.2.2 Penentuan parameter proses riveting untuk nailless riveting
Parameter proses dari paku keling tanpa paku mempengaruhi kedalaman interlock keling dan kualitas keling. Untuk mendapatkan parameter proses yang optimal, metode Taguchi digunakan untuk memilih die. plat aluminium seri 5000 mm.
Faktor kontrol masing-masing dipilih diameter pukulan, kedalaman die dan ketebalan dasar, dan masing-masing faktor kontrol memiliki 3 level, lihat Tabel 3.
Kedalaman interlock akibat respon, faktor kebisingan sebagai pelumas, gejala berupa tonjolan sambungan atau retakan pada lembaran. Gunakan alat daftar ortogonal untuk mengoptimalkan, dan buat eksperimen ortogonal L9 dari karakteristik Wangda. Kombinasi uji ortogonal dan hasil uji ditunjukkan pada Tabel 4.
Dapat dilihat dari Tabel 4 bahwa interlocking depth pada Pengujian 5 adalah yang terbesar, sehingga ditentukan bahwa parameter proses yang optimal untuk nailless riveting adalah diameter punch 5,5 mm, kedalaman die 1,2 mm, dan 0. Ketebalan bawah 8 mm.
3.3
3.3 Perbandingan sifat mekanik
Karena tidak ada standar yang cocok untuk menilai sifat mekanik sambungan baja-aluminium di industri, dan karena SPR telah banyak digunakan dalam struktur bodi baja-aluminium hibrida, sifat mekanik sambungan SPR digunakan sebagai tolok ukur untuk menilai sifat mekanik. sifat-sifat sambungan paku keling tanpa paku. Di bawah kondisi ketebalan material dan jenis material yang sama, uji geser tingkat sampel sambungan dan kegagalan beban statis tarik silang dirancang untuk mengukur beban geser dan kegagalan tarik dari dua metode sambungan, nailless riveting dan SPR.
Nilai pelat baja sampel uji adalah CR3, dan ketebalan material adalah 0.8mm; kelas paduan aluminium adalah seri 5000, dan ketebalan material 1,4mm. Arah kelingan optimal dipilih untuk dua metode sambungan, di antaranya keling tanpa paku dari tebal ke tipis, dan SPR dari tipis ke tebal, dan dari keras ke lunak. Ada 5 sampel dalam setiap kelompok pengujian, dan kurva beban-perpindahan dan mode kegagalan kegagalan beban tarik dan geser dari setiap kelompok sampel ditunjukkan pada Gambar 5 sampai 8.
3.3.1 Analisis uji kegagalan beban statik geser
Dapat dilihat dari Gambar 5 dan 6 bahwa pada keadaan beban geser, mode kegagalan sambungan paku keling tanpa paku adalah patah leher pelat atas, beban kegagalan maksimum adalah 1620N, dan kegagalan rata-rata perpindahan adalah 0,46mm; mode kegagalan koneksi SPR adalah robeknya pelat atas, Beban kegagalan maksimum adalah 2364N, dan perpindahan kegagalan rata-rata adalah 4,95mm.
Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa di bawah keadaan beban geser, keduanya memiliki penyerapan energi penyangga plastik tertentu, dan kekuatan geser sambungan paku keling mencapai 68,5 persen dari SPR, tetapi perpindahan rata-rata sambungan paku keling tanpa paku secara signifikan lebih rendah ketika kegagalan maksimum terjadi Dari segi SPR, hanya 9,3 persen dari SPR.
Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa di bawah keadaan beban tarik, kegagalan sambungan dari dua metode sambungan adalah patah getas, tidak ada zona penyangga deformasi plastis, kekuatan tarik paku keling sekitar 60,6 persen dari SPR, dan perpindahan rata-rata dari nailless riveting failure juga lebih rendah dari SPR yaitu mencapai 65 persen dari SPR. Kesimpulannya, dibandingkan dengan sambungan SPR, meskipun sifat mekanik sambungan paku keling tanpa paku berkurang, sambungan ini dapat diterapkan di area struktur bodi pemikul beban non-utama.
3.4
Analisis Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Sifat Statis
Untuk menganalisis lebih lanjut kinerja statis sambungan paku keling tanpa paku, aplikasikan sambungan paku keling tanpa paku untuk membentuk pedoman desain untuk struktur bodi, dari tiga aspek kelas material, arah paku keling, dan ketebalan material, dikombinasikan dengan tampilan penampang sambungan parameter morfologi dan uji kegagalan beban statis Data digunakan untuk menganalisis pengaruhnya terhadap kinerja statis sambungan tanpa paku baja-aluminium.
Ukuran sampel dan metode pengujian seperti di atas. Dalam pengujian, grade dan ketebalan material umum di area beban rendah dari struktur bodi dipilih. mm, 1,3mm, kombinasi pengujian dan hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 5.
3.4.1 Pengaruh Grade Material
Empat kombinasi pertama dengan ketebalan material 1.0mm dipilih untuk menganalisis pengaruh tingkat material pada kinerja statis sambungan paku keling tanpa paku. Hasil pengujian seperti gaya geser maksimum, gaya tarik maksimum, nilai kedalaman interlock dan mode kegagalan ditunjukkan pada Tabel 6.
Dari analisis pada Gambar 9, terlihat bahwa mode keruntuhan geser terutama bergantung pada kekuatan lapisan atas. Ketika kekuatan lapisan atas lebih tinggi dari lapisan bawah, mode keruntuhan geser umumnya adalah fraktur titik sambungan bahan lapisan atas; Dengan meningkatnya kekuatan lapisan bawah, mode keruntuhan geser berubah dari pull-off titik sambungan ke fraktur titik sambungan; Demikian pula, kekuatan geser terutama bergantung pada kekuatan bahan lapisan atas, dan meningkat dengan meningkatnya kekuatan bahan lapisan atas.
Di bawah ketebalan material yang sama, mode kegagalan tegangan silang adalah penarikan titik sambungan, yang tidak ada hubungannya dengan tingkat material; beban tarik berkurang dengan meningkatnya kekuatan material.
Kedalaman interlock berkurang dengan meningkatnya beban material, karena semakin kuat material, semakin sulit material untuk berubah bentuk selama penyambungan, membuat interlock lebih sulit.
3.4.2 Pengaruh arah memukau
Demikian pula, berdasarkan data dari empat kombinasi pertama, pengaruh arah keling pada kinerja statis sambungan paku keling dapat dianalisis, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.
Arah koneksi paku keling tanpa paku adalah dari beban tinggi ke kekuatan rendah. Meskipun terdapat sedikit perbedaan dalam kedalaman interlocking, beban geser meningkat secara signifikan. Kombinasi 1 lebih tinggi 53,4 persen dari kombinasi 2, dan kombinasi 3 lebih tinggi 45,6 persen dari kombinasi 4; arah sambungan tinggi Dari kekuatan ke kekuatan rendah, meskipun perbedaan kedalaman interlocking tidak besar, kekuatan tarik berkurang secara signifikan. Kombinasi 1 lebih rendah 33,6 persen dari kombinasi 2, dan kombinasi 3 lebih rendah 29,4 persen dari kombinasi 4.
3.4.3 Pengaruh Ketebalan Material
Kombinasi terpilih dan data hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 7, dan pengaruh ketebalan material pada parameter proses paku keling tanpa paku dan kekuatan kegagalan beban statis dibandingkan dan dianalisis.
Dapat dilihat dari Tabel 7 dan Gambar 11 bahwa untuk kekuatan geser, semakin tebal material bagian atas, semakin besar kedalaman interlocking, semakin besar ketebalan leher, semakin tinggi kekuatan gesernya; semakin tebal material bawah, semakin sulit deformasi material atas, meskipun kedalaman interlock meningkat, tetapi semakin tipis ketebalan leher, semakin rendah kekuatan gesernya. Mengenai kekuatan tarik, semakin tebal lapisan atas dan bawah, semakin besar kedalaman interlocking dan semakin tinggi kekuatan tariknya.
gambar
Oleh karena itu, untuk meningkatkan kekuatan geser, diperlukan lapisan atas yang lebih tebal atau lapisan bawah yang lebih tipis; peningkatan ketebalan lapisan atas dan bawah dapat meningkatkan kekuatan tarik.
4. Kesimpulan
A. Meskipun kinerja statis sambungan paku keling tanpa paku lebih rendah daripada SPR, ini dapat diterapkan pada area struktur bodi pemikul beban non-utama;
B. Kekuatan geser berkorelasi positif dengan kekuatan material atas; kekuatan tarik berkorelasi negatif dengan kekuatan material komposit penghubung;
C. Arah memukau adalah dari pelat kekuatan tinggi ke kekuatan rendah, dan kekuatan geser lebih tinggi; arah memukau adalah dari pelat kekuatan rendah ke kekuatan tinggi, dan kekuatan tarik lebih tinggi;
D. Ketebalan material atas yang lebih tebal dan ketebalan material bawah yang lebih tipis memiliki kekuatan geser yang lebih tinggi; peningkatan ketebalan material atas dan bawah dapat meningkatkan kekuatan tarik.
