1 はじめに
「科学技術支援カーボンピーク炭素中和実施計画（2022-2030）」政策の発表により、自動車の軽量化は避けられないトレンドとなっています。 ボディ軽量アルミニウム合金と先進的な高張力鋼板などの材料を合理的に適用・配分することで、オールアルミニウムボディの生産コストと将来のメンテナンスコストのバランスをとりながら、より安全なボディ構造を実現します。 最も効果的な車両軽量化手段です。
釘なしリベッティングとセルフピアス リベッティング (セルフ ピアス リベッティング、SPR) は、鋼とアルミニウムの異種金属の接続を実現する効果的な方法です。特に釘なしリベッティングは、追加のリベットを必要とせず、接続点の品質を向上させず、接続の全体的なコストは SPR よりも低くなります。 よりスリムな軽量接続プロセスは、中国ではまだプロセスと実験研究の段階にあり、車体構造には広く使用されていません。 この研究では、車体構造に釘なしリベット締め技術を適用するための材料選択と接続設計の参考となるように、材料の厚さが異なる鋼板とアルミニウム板を組み合わせて、釘なしリベット締め技術のプロセスパラメータと静的性能を比較しました。
2工程
釘なしリベット留めは、2 層以上の板金の局所的な塑性変形を使用して深絞りおよび押出複合加工のプロセスを完了する、スタンピング機械接続プロセスであり、押出接合部に噛み合うアンダーカット円を形成します。 接続点が形状または長方形であるため、一定の引張強度とせん断強度を備えています。 接続プロセスを図 1 に示します。プロセスには主に仮締め、咬合、打ち抜き、圧力保持、および排出が含まれます。 釘なしリベット留めは、接着、コーティング、および接着シールの要件を伴う、同じまたは異なるシート間の接続に使用できます。
釘なしリベットの形成プロセスでは加工硬化が行われ、材料の降伏強度とリベット接合の支持力が向上します。 釘なしリベット接合部の断面図のプロファイルパラメータを図 2 に示します。主なパラメータは、上プレートネックの厚さ S1、上プレートと下プレートの材料かみ合い深さ C1、底厚の合計です。接続部の上下シート（底厚）ST.
3 プロセスパラメータと静的プロパティ
釘なしリベット接続のプロセスパラメータの研究では、主にタグチ法と直交試験を採用して、ジョイント断面図のネックの厚さや噛み合いの深さなどの形状パラメータを評価し、リベッティング方向とプロセスパラメータの最適な組み合わせを決定します。 ; 静的性能研究は主に異なる鋼を使用します。アルミニウムシートの組み合わせの静的荷重破壊試験、釘なしリベット接続とSPR接続の機械的特性を比較し、材料グレード、リベット方向、材料の厚さが釘なしリベットの機械的特性に及ぼす影響を分析します。繋がり。
3.1
試験材料と方法
試験材料は5000系アルミニウム合金で、材料の厚さは車体構造に一般的に使用される1.0mmと1.4mmです。 鋼板はCR3、CR340、厚さは0.7mm、0.8mm、1mm、1.3mmです。
釘なしリベット接合部は、静荷重破壊試験によって接合部のせん断強度と引張強度が試験されます。 単一重ね継手は車体構造における一般的な継手形式であるため、サンプル仕様を図 3 に示します。せん断サンプル サイズは 85mm×35mm、重ね継手は 30mm です。 十字引張サンプルサイズは120mm×35mm、位置決め穴の直径は10mmです。 リベットで固定されたサンプルは万能試験機CMT4304で静荷重破壊試験を受け、試験プロセス全体の速度は10mm/minに制御されました。
釘なしリベット接合部の断面図は、サンプル接合部のワイヤ切断によって得られ、象嵌、研磨および腐食が施され、光学顕微鏡で観察することによって、断面図の対応する形状パラメータデータが得られる。
3.2
プロセスパラメータの選択
3.2.1 ネイルレスリベッティングのリベッティング方向の決定
リベッティング方向を決定するために、CR3鋼板と5000シリーズアルミニウム合金を選択し、異なる材料厚さとリベッティング方向を選択して、釘なしリベッティングジョイントの断面図の地形パラメータを評価しました。 かみ合い深さの値は、リベットの品質を判断するための重要な基準として使用されました。
上記の表 2 から、スチールとアルミニウムの釘なしリベット接続では、材料の厚さが同じでリベットの方向が異なると、より良好なかみ合いが形成され、かみ合い状態は材料の影響をあまり受けないことがわかります。 材料の厚さが異なると、リベットの方向が薄いものから厚くなると、かみ合いの深さが大幅に低下します。 したがって、材料の厚さは釘なしリベット接続の噛み合いに主な影響を与える要因であり、釘なしリベット接続の方向は厚板から薄板に向かうことが好ましい。
3.2.2 ネイルレスリベッティングのリベッティングプロセスパラメータの決定
釘なしリベット打ち金型のプロセスパラメータは、リベット打ち合いの深さとリベット打ちの品質に影響を与えます。 最適なプロセスパラメータを得るために、タグチメソッドを使用して金型を選択します。 mm5000シリーズのアルミプレートです。
制御因子はそれぞれパンチ径、ダイ深さ、ベース厚さから選択され、各制御因子には 3 つのレベルがあります。表 3 を参照してください。
応答による噛み合いの深さ、潤滑剤としての騒音係数、接合部の突出やシートの亀裂としての症状。 直交リスト ツールを使用して最適化し、Wangda 特性の直交実験 L9 を確立します。 直交テストの組み合わせとテスト結果を表 4 に示します。
表 4 から、テスト 5 のかみ合い深さが最も大きいことがわかります。したがって、ネイルレス リベット打ちの最適なプロセス パラメータは、パンチ直径 5.5 mm、ダイ深さ 1.2 mm、および 0 であることがわかります。底厚8mm。
3.3
3.3 機械的性質の比較
業界では鋼とアルミニウムの接合部の機械的特性を判断するための適切な基準が存在せず、SPR は鋼とアルミニウムのハイブリッド車体構造に広く使用されているため、SPR 接合の機械的特性は機械的特性を判断するためのベンチマークとして使用されます。釘なしリベット接合の特性。 同じ材料の厚さと材料の種類の条件下で、サンプルレベルの接合部せん断および十字引張静荷重破壊試験が設計され、釘なしリベット留めと SPR という 2 つの接続方法のせん断および引張破壊荷重が測定されました。
試験サンプル鋼板のグレードはCR3、材料厚さは0.8mmです。 アルミニウム合金グレードは5000シリーズ、材料の厚さは1.4mmです。 2 つの接続方法に対して、ネイルレスリベッティングは太いものから細いもの、SPR は薄いものから厚いもの、硬いものから柔らかいものまで、最適なリベッティング方向を選択しました。 各試験グループには 5 つのサンプルがあり、各サンプル グループの荷重-変位曲線と引張荷重およびせん断荷重破壊の破壊モードを図 5 ～ 8 に示します。
3.3.1 せん断静荷重破壊試験の解析
図5と図6から、せん断荷重状態では、釘なしリベット接合の破壊モードは上部プレートのネック破壊であり、最大破壊荷重は1620Nであり、平均破壊荷重は1620Nであることがわかります。変位は0.46mmです。 SPR 接続の破損モードは上部プレートの引き裂きであり、最大破損荷重は 2364N、平均破損変位は 4.95 mm です。
さらに分析したところ、せん断荷重状態では、両方とも一定のプラスチック緩衝エネルギー吸収があり、釘なしリベット接合部のせん断強度は SPR の 68.5% に達しますが、釘なしリベット接合部の平均変位は、最大障害が発生する SPR に関しては、SPR の 9.3% にすぎません。
さらに分析した結果、引張荷重状態では、2 つの接続方法の接合部の破損は脆性破壊であり、塑性変形緩衝領域は存在せず、ネイルレス リベッティングの引張強度は SPR の約 60.6 パーセントであり、平均変位は SPR であることがわかりました。釘なしリベッティングの失敗も SPR よりも低く、SPR の 65% に達します。 結論として、SPR 接続と比較して、釘なしリベット接合の機械的特性は低下しますが、主要な耐荷力構造以外の領域にも適用できます。
3.4
静的特性に影響を与える要因の分析
釘なしリベット継手の静的性能をさらに解析するために、釘なしリベット継手を適用して、材料グレード、リベット方向、材料厚さの 3 つの側面から継手断面図と組み合わせて車体構造の設計ガイドラインを作成します。形態パラメータと静荷重破壊試験 データは、鋼とアルミニウムの釘なし接続の静的性能に及ぼす影響を分析するために使用されました。
サンプルサイズと試験方法は上記の通りです。 試験では車体構造の低負荷領域に共通する材質のグレードと板厚を選択します。 mm、1.3mm、試験の組み合わせと試験結果を表 5 に示します。
3.4.1 材料グレードの影響
材料厚さ 1.0mm の最初の 4 つの組み合わせを選択して、釘なしリベット接続の静的性能に対する材料グレードの影響を分析しました。 最大せん断力、最大引張力、かみ合い深さの値、破壊モードなどの試験結果を表6に示します。
図 9 の解析から、せん断破壊モードは主に上層の強度に依存することがわかります。 上層の強度が下層の強度よりも高い場合、せん断破壊モードは一般に上層材料の接続点の破壊です。 下層の強度が増加すると、せん断破壊モードは接続点の引き剥がしから接続点の破壊に変化します。 同様に、せん断強度は主に上層材料の強度に依存し、上層材料の強度が増加するにつれて増加します。
同じ材料厚さの下では、横張力の破損モードは接続点の引き抜きであり、これは材料グレードとは関係がありません。 材料の強度が増加すると、引張荷重は減少します。
材料の負荷が増加すると、かみ合いの深さは浅くなります。これは、材料が強いほど、接続中に材料が変形しにくくなり、かみ合いがより困難になるためです。
3.4.2 リベット止め方向の影響
同様に、図 10 に示すように、最初の 4 つの組み合わせのデータに基づいて、釘なしリベット接続の静的性能に対するリベットの方向の影響を分析できます。
ネイルレスリベッティングの接続方向は高荷重から低強度方向です。 かみ合い深さの差はほとんどありませんが、せん断荷重が大幅に増加します。 組み合わせ 1 は組み合わせ 2 より 53.4 パーセント高く、組み合わせ 3 は組み合わせ 4 より 45.6 パーセント高くなります。 接合方向が高い 強度が高いものから強度が低いものまで、かみ合い深さの差は大きくありませんが、引張強度は大幅に低下します。 組み合わせ 1 は組み合わせ 2 より 33.6 パーセント低く、組み合わせ 3 は組み合わせ 4 より 29.4 パーセント低くなります。
3.4.3 材料の厚さの影響
選択した組み合わせと試験結果データを表 7 に示し、材料厚さがネイルレスリベッティングプロセスパラメータと静荷重破壊強度に及ぼす影響を比較および分析しました。
表７および図１１から、せん断強度については、上部材料が厚くなるほど、かみ合い深さが大きくなり、ネックの厚さが厚くなるほど、せん断強度が高くなることがわかります。 下材が厚いほど上材は変形しにくくなりますが、かみ合い深さは大きくなりますが、ネック厚が薄くなるにつれてせん断強度は低下します。 引張強度については、上層と下層の厚みが厚いほど噛み合い深さが増し、引張強度が高くなります。
写真
したがって、せん断強度を高めるには、上層を厚くするか、下層を薄くする必要があります。 上層と下層の厚さを増やすと、引張強度を高めることができます。
4 結論
ａ． 釘なしリベット接続の静的性能は SPR よりも劣りますが、主要な耐荷力を持たない車体構造領域に適用できます。
b. せん断強度はアッパー素材の強度と正の相関があります。 引張強度は、接続する複合材料の強度と負の相関があります。
c. リベッティング方向は高強度板から低強度板の順であり、せん断強度が高くなります。 リベッティング方向は低強度プレートから高強度プレートへの方向であり、引張強度はより高くなります。
d. 上部の材料の厚さが厚く、下部の材料の厚さが薄いほど、せん断強度が高くなります。 上部と下部の材料の厚さを増やすと、引張強度を高めることができます。
