1. 소개
"과학 기술 지원 탄소 피크 탄소 중립화 실행 계획(2022-2030)" 정책이 발표되면서 자동차 경량화는 피할 수 없는 추세가 되었습니다. 차체 경량 알루미늄 합금 및 고급 고강도 강철 및 기타 재료는 합리적인 적용 및 분배를 통해 전체 알루미늄 차체의 생산 비용과 향후 유지 보수 비용의 균형을 유지하면서 더 안전한 차체 구조를 달성할 수 있습니다. 가장 효과적인 차량 경량 수단입니다.
네일리스 리벳팅 및 셀프 피어싱 리벳팅(Self-Piercing Riveting, SPR)은 강철 및 알루미늄 이종 금속, 특히 네일리스 리벳팅을 실현하는 효과적인 방법이며 추가 리벳이 필요하지 않으며 연결 지점의 품질이 향상되지 않으며 연결의 전체 비용은 SPR보다 낮습니다. 더 얇은 경량 연결 프로세스는 중국에서 아직 프로세스 및 실험 연구 단계에 있으며 차체 구조에 널리 사용되지 않았습니다. 본 연구에서는 차체 구조에 네일리스 리벳팅 기술을 적용하기 위한 재료 선택 및 연결 설계 참조를 제공하기 위해 재료 두께가 다른 강판과 알루미늄 시트를 결합하여 네일리스 리벳팅 기술의 공정 매개변수 및 정적 성능을 비교했습니다.
2 공정
네일리스 리벳팅은 스탬핑 기계 연결 공정으로, 2개 이상의 판금 층의 국부적 소성 변형을 사용하여 딥 드로잉 및 압출 복합 가공 공정을 완료하고 압출 조인트에서 연동 언더컷 원을 형성합니다. 특정 인장 강도와 전단 강도를 갖도록 모양 또는 직사각형 연결 지점. 연결 프로세스는 그림 1에 나와 있습니다. 프로세스는 주로 사전 조임, 교합, 펀칭, 압력 유지 및 배출을 포함합니다. 네일리스 리벳팅은 접착, 코팅 및 접착 밀봉 요구 사항이 있는 동일하거나 다른 시트 사이의 연결에 사용할 수 있습니다.
네일리스 리벳팅의 성형 공정에는 가공 경화가 있어 재료의 항복 강도와 리벳 접합부의 지지력을 향상시킵니다. 네일리스 리벳 조인트의 단면도의 프로파일 매개변수는 그림 2에 나와 있습니다. 주요 매개변수는 상부 플레이트 넥의 두께 S1, 상부 및 하부 플레이트 재료 연동 깊이 C1, 바닥 두께의 합입니다. 연결 지점(하부 두께) ST에서 상부 및 하부 시트.
3 프로세스 매개변수 및 정적 속성
네일리스 리벳 연결의 프로세스 매개변수에 대한 연구는 주로 다구찌 방법과 직교 테스트를 채택하여 조인트 단면 뷰의 넥 두께 및 연동 깊이와 같은 형상 매개변수를 평가하고 리벳팅 방향 및 프로세스 매개변수의 최적 조합을 결정합니다. ; 정적 성능 연구는 주로 다른 강재를 사용합니다. 알루미늄 시트 조합의 정하중 파괴 시험, 네일리스 리벳 연결과 SPR 연결의 기계적 특성을 비교하고 네일리스 리벳 연결의 기계적 특성에 대한 재료 등급, 리벳팅 방향 및 재료 두께의 영향을 분석합니다. 연결.
3.1
시험 재료 및 방법
시험재료는 5{2}}00계 알루미늄 합금이며, 재료두께는 1.0mm와 1.4mm로 차체 구조에 많이 사용되는 것으로; 강판은 CR3, CR340이고 두께는 0.7mm, 0.8mm, 1mm 및 1.3mm입니다.
네일리스 리벳 조인트는 정하중 파괴 테스트를 통해 조인트 전단 강도 및 인장 강도를 테스트합니다. 단일 랩 조인트는 차체 구조에서 일반적인 조인트 형태이기 때문에 샘플 사양은 그림 3에 나와 있으며 전단 샘플 크기는 85mm × 35mm이고 랩 조인트는 30mm입니다. 교차 인장 샘플 크기는 120mm×35mm이고 위치 지정 구멍의 직경은 10mm입니다. 리벳팅된 샘플은 만능 시험기 CMT4304에서 정하중 파괴 시험을 받았고, 전체 시험 과정의 속도는 10mm/min으로 제어되었다.
네일리스 리벳 조인트의 단면도는 샘플 조인트의 와이어 커팅에 의해 얻어지며, 상감, 연마 및 부식되고 단면의 해당 형상 매개 변수 데이터는 광학 현미경으로 관찰하여 얻습니다.
3.2
프로세스 매개변수 선택
3.2.1 못 없는 리벳팅을 위한 리벳팅 방향 결정
리벳팅 방향을 결정하기 위해 CR3 강판과 5000계열 알루미늄 합금을 선택하였고, 못 없는 리벳팅 조인트 단면의 지형변수를 평가하기 위해 서로 다른 재료두께와 리벳팅 방향을 선택하였다. 맞물림 깊이 값은 리벳팅 품질을 판단하는 중요한 기준으로 사용되었습니다.
스틸-알루미늄 네일리스 리벳 연결의 경우 동일한 재료 두께와 다른 리벳팅 방향이 더 나은 연동을 형성할 수 있으며 연동 상태가 재료에 그다지 민감하지 않다는 것을 위의 표 2에서 볼 수 있습니다. 다른 재료 두께, 얇은 방향에서 리벳팅 방향 두꺼울수록 인터록 깊이가 크게 떨어집니다. 따라서 무못 리벳 접합의 맞물림에는 재료의 두께가 주된 영향 요인이 되며 무못 리벳 접합의 방향은 두꺼운 판에서 박판으로 하는 것이 바람직하다.
3.2.2 못 없는 리벳팅을 위한 리벳팅 공정 변수 결정
네일리스 리벳팅 다이의 공정 매개변수는 리벳팅 인터록 깊이와 리벳팅 품질에 영향을 미칩니다. 최적의 공정 매개변수를 얻기 위해 다구찌 방법을 사용하여 다이를 선택합니다. mm 5000 시리즈 알루미늄 판.
제어 계수는 각각 선택된 펀치 직경, 다이 깊이 및 베이스 두께이며 각 제어 계수에는 3단계가 있습니다(표 3 참조).
응답의 결과로 인터록의 깊이, 윤활제로서의 소음 요인, 조인트 돌출로 인한 증상 또는 시트의 균열. 직교 목록 도구를 사용하여 최적화하고 Wangda 특성의 직교 실험 L9를 설정합니다. 직교 테스트 조합 및 테스트 결과는 표 4에 나와 있습니다.
Test 5의 맞물림 깊이가 가장 큰 것을 표 4에서 알 수 있으므로 못 없는 리벳팅을 위한 최적의 공정 매개변수는 펀치 직경 5.5mm, 다이 깊이 1.2mm 및 0로 결정됩니다. 바닥 두께 8mm.
3.3
3.3 기계적 성질의 비교
산업계에서 철강-알루미늄 조인트의 기계적 성질을 판단하기 위한 적절한 기준이 없고, SPR은 철강-알루미늄 하이브리드 차체 구조에 널리 사용되어 왔기 때문에 SPR 조인트의 기계적 성질은 기계적 성질을 판단하기 위한 기준으로 사용된다. 네일리스 리벳 조인트의 특성. 재료 두께와 재료 유형이 동일한 조건에서 두 가지 연결 방법인 네일리스 리벳팅과 SPR의 전단 및 인장 파괴 하중을 측정하기 위해 샘플 수준의 접합 전단 및 교차 인장 정하중 파괴 시험을 설계했습니다.
시험 샘플 강판의 등급은 CR3이고 재료 두께는 0.8mm입니다. 알루미늄 합금 등급은 5000 시리즈이며 재료 두께는 1.4mm입니다. 두 가지 접합 방법에 대해 최적의 리벳팅 방향을 선정하였으며, 그 중 네일리스 리벳팅은 두꺼운 것에서 얇은 것으로, SPR은 얇은 것에서 두꺼운 것으로, 단단한 것에서 부드러운 것으로 선택하였다. 각 시험군에는 5개의 시편이 있으며, 각 시편군에 대한 하중-변위 곡선과 인장 및 전단 하중 파손의 파손 Mode는 그림 5~8과 같다.
3.3.1 전단정하중파괴시험의 해석
그림 5와 6에서 알 수 있듯이 전단하중 상태에서 못 없는 리벳 연결부의 파괴모드는 상판의 목부 파단이며, 최대 파괴하중은 1620N이며, 평균파괴는 1620N 변위는 0.46mm입니다. SPR 연결부의 파손 형태는 상판의 찢어짐이며, 최대 파손 하중은 2364N, 평균 파손 변위는 4.95mm입니다.
추가 분석에 따르면 전단 하중 상태에서 둘 다 일정한 소성 완충 에너지 흡수를 가지며 못 없는 리벳 조인트의 전단 강도는 SPR의 68.5%에 도달하지만 못 없는 리벳 조인트의 평균 변위는 최대 고장 발생 SPR로 따지면 SPR의 9.3%에 불과하다.
추가 분석에 따르면 인장 하중 상태에서 두 연결 방법의 접합부 파손은 취성 파괴이며 소성 변형 완충 영역이 없으며 네일리스 리벳팅의 인장 강도는 SPR의 약 60.6%이며 평균 변위는 네일리스 리베팅 실패도 SPR보다 낮아 SPR의 65%에 이릅니다. 결론적으로 SPR 접합부에 비하여 네일리스 리벳 조인트의 기계적 성질은 떨어지지만 메인 하중을 지지 않는 차체 구조 영역에 적용할 수 있다.
3.4
정적 특성에 영향을 미치는 요인 분석
네일리스 리벳 조인트의 정적 성능을 더 자세히 분석하기 위해 네일리스 리벳 조인트를 접합 단면도와 결합하여 재료 등급, 리벳팅 방향 및 재료 두께의 세 가지 측면에서 차체 구조에 대한 설계 지침을 형성하는 데 적용합니다. 형태 매개변수 및 정하중 파손 테스트 데이터는 스틸-알루미늄 네일리스 연결의 정적 성능에 미치는 영향을 분석하는 데 사용되었습니다.
샘플 크기 및 테스트 방법은 위와 같습니다. 테스트에서는 차체 구조의 저부하 영역에서 일반 재료의 등급과 두께를 선택합니다. mm, 1.3mm, 테스트 조합 및 테스트 결과는 표 5에 나와 있습니다.
3.4.1 재료 등급의 영향
네일리스 리벳 연결의 정적 성능에 대한 재료 등급의 영향을 분석하기 위해 재료 두께가 1.0mm인 처음 4개의 조합이 선택되었습니다. 최대 전단력, 최대 인장력, 인터록 깊이 값 및 파괴 모드와 같은 테스트 결과는 표 6에 나와 있습니다.
그림 9의 분석에서 전단 파괴 모드는 주로 상위 레이어의 강도에 의존한다는 것을 알 수 있습니다. 상층의 강도가 하층의 강도보다 높을 때, 전단 파괴 모드는 일반적으로 상층 재료의 연결 지점의 파단입니다. 하층의 강도가 증가함에 따라 전단 파괴 모드는 연결 지점의 풀오프에서 연결 지점의 파단으로 변경됩니다. 유사하게, 전단 강도는 주로 상층재의 강도에 의존하고, 상층재의 강도가 증가함에 따라 증가한다.
동일한 재료 두께에서 교차 장력의 실패 모드는 재료 등급과 관련이 없는 연결 지점의 풀오프입니다. 인장 하중은 재료 강도가 증가함에 따라 감소합니다.
인터록 깊이는 재료 하중이 증가함에 따라 감소하는데, 이는 재료가 강할수록 연결 중에 재료가 변형되기 어려워 인터록이 더 어려워지기 때문입니다.
3.4.2 리벳팅 방향의 영향
유사하게 처음 네 가지 조합의 데이터를 기반으로 못 없는 리벳 연결의 정적 성능에 대한 리벳 방향의 영향을 그림 10과 같이 분석할 수 있습니다.
네일리스 리베팅의 연결 방향은 고하중에서 저강도입니다. 맞물림 깊이의 차이는 거의 없지만 전단 하중이 크게 증가합니다. 조합 1은 조합 2보다 53.4% 높고 조합 3은 조합 4보다 45.6% 높으며; 연결 방향이 높음 강도에서 낮은 강도로, 맞물림 깊이의 차이는 크지 않지만 인장 강도가 크게 감소합니다. 조합 1은 조합 2보다 33.6% 낮고 조합 3은 조합 4보다 29.4% 낮습니다.
3.4.3 재료 두께의 영향
선정된 조합과 시험결과 데이터는 표 7과 같으며 못 없는 리베팅 공정 변수와 정하중 파괴강도에 대한 재료두께의 영향을 비교 분석하였다.
표 7 및 그림 11에서 전단 강도의 경우 상부 재료가 두꺼울수록 맞물림 깊이가 크고 목 두께가 클수록 전단 강도가 높음을 알 수 있습니다. 하부 재료가 두꺼울수록 상부 재료의 변형이 더 어려워지지만 인터록 깊이는 증가하지만 목 두께가 얇을수록 전단 강도는 낮아집니다. 인장강도는 상층과 하층이 두꺼울수록 맞물림 깊이가 깊어져 인장강도가 높아진다.
그림
따라서 전단 강도를 높이려면 더 두꺼운 상부층 또는 더 얇은 하부층이 필요합니다. 상부 및 하부 층의 두께 증가는 인장 강도를 증가시킬 수 있습니다.
4 결론
ㅏ. 네일리스 리벳 연결의 정적 성능은 SPR보다 낮지만 비주 하중 지지체 구조 영역에 적용할 수 있습니다.
비. 전단 강도는 상부 재료의 강도와 양의 상관 관계가 있습니다. 인장 강도는 연결 복합 재료의 강도와 음의 상관 관계가 있습니다.
씨. 리벳 팅 방향은 고강도 판에서 저강도이며 전단 강도가 더 높습니다. 리벳 팅 방향은 저강도 판에서 고강도이며 인장 강도가 더 높습니다.
디. 상부 재료 두께가 두꺼울수록 하부 재료 두께가 얇을수록 전단 강도가 더 높습니다. 상부 및 하부 재료 두께의 증가는 인장 강도를 증가시킬 수 있습니다.
