Στο πλαίσιο της τάσης της ανάπτυξης ελαφρών οχημάτων, τα εξαρτήματα από κράμα αλουμινίου έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως.η χρήση κράματος αλουμινίου για αυτά τα μέρη μπορεί να μειώσει το βάρος του πλαισίου εξασφαλίζοντας παράλληλα αντοχή και δυσκαμψίαΕπιπλέον, στα εξαρτήματα του κινητήρα, όπως τα μπλοκ του κινητήρα και οι κεφαλές των κυλίνδρων,η εφαρμογή κράματος αλουμινίου μπορεί να μειώσει το βάρος του κινητήραΣυμπέρασμα:Η ανάπτυξη ελαφρών οχημάτων είναι ευεργετική για τη βελτίωση της οικονομίας καυσίμου των παραδοσιακών οχημάτων με βενζίνη και της αυτονομίας των ηλεκτρικών οχημάτων.

01

Διαφορές μεταξύ των μερών από χάλυβα και αλουμίνιο

1.1 Διάρκεια εμπλοκής

Για να διασφαλιστεί ότι οι συσσωρευτικές συνδέσεις δεν γλιστράνε,Η διαφορά στο μήκος δέσμευσης των συσσωρευτικών συνδέσεων μεταξύ των ατσάλινων και των αλουμινένιων εξαρτημάτων οφείλεται κυρίως στα διαφορετικά χαρακτηριστικά των υλικών τους..

Η αντοχή και η σκληρότητα του χάλυβα είναι συνήθως υψηλότερες από εκείνες του αλουμινίου.το μήκος δέσμευσης που απαιτείται για τη συσσωρευτική σύνδεση των ατσάλινων εξαρτημάτων είναι σχετικά σύντομοΓια παράδειγμα, υπό μετριοπαθείς συνθήκες φορτίου, ένα ατσάλινο νήμα μπορεί να χρειάζεται μόνο μήκος δέσμευσης 0,7 - 1,5 φορές τη διάμετρο του νήματος για να εξασφαλιστεί η αντοχή της σύνδεσης.

Ωστόσο, η αντοχή του αλουμινίου είναι σχετικά χαμηλή.που μπορεί να χρειαστεί να είναι 2 - 3 φορές μεγαλύτερη από τη διάμετρο του νήματος.

Επιπλέον, το αλουμίνιο έχει έναν σχετικά μεγάλο συντελεστή θερμικής διαστολής.μπορεί να επηρεαστεί η σταθερότητα των συσσωρευτικών συνδέσεων των αλουμινένιων μερώνΓια να αντισταθμιστεί αυτή η ανεπάρκεια, το μήκος δέσμευσης συνήθως αυξάνεται για να βελτιωθεί η σταθερότητα και η αξιοπιστία της σύνδεσης.είναι πιθανό να εμφανιστούν παραμόρφωση και φθορά της κλωστής κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνδεσης με κλωστήΓια να μειωθεί ο αντίκτυπος τέτοιων καταστάσεων στις επιδόσεις σύνδεσης, είναι επίσης αναγκαίο να αυξηθεί το μήκος δέσμευσης των συσσωρευτών αλουμινίου.

Οι λεπτομερείς απαιτήσεις για το ελάχιστο μήκος δέσμευσης των εξαρτημάτων αλουμινίου και χάλυβα μπορούν να βρεθούν στον ακόλουθο πίνακα.

1.2 Δυνατότητα υποστήριξης της συμπιεστικής αντοχής
Για να διασφαλιστεί η αξιοπιστία των βρόγχων συνδέσεων και να αποφευχθεί η συντριβή των συνδεδεμένων επιφανειών, είναι απαραίτητο να ελέγχεται η πίεση επιφάνειας τόσο στην κατάσταση συναρμολόγησης όσο και στην κατάσταση λειτουργίας,που απαιτεί ότι η επιφανειακή πίεση στη σύνδεση δεν υπερβαίνει την τελική πίεση συμπίεσης των συνδεδεμένων μερώνΔιαφορετικά, θα προκύψουν ζημιές στα συνδεδεμένα μέρη και εξασθένιση της δύναμης προ-σφίξης, με αποτέλεσμα την αποτυχία της συσσωρευτικής σύνδεσης.

Σε γενικές γραμμές, η αντοχή στην συμπίεση των συσσωρευτών με νήματα των ατσάλινων εξαρτημάτων είναι συνήθως σημαντικά υψηλότερη από εκείνη των αλουμινένιων εξαρτημάτων.

Λαμβάνοντας ως παραδείγματα κοινό χάλυβα δομής άνθρακα (όπως χάλυβας 45) και κράμα αλουμινίου (όπως κράμα αλουμινίου 6061),για την κατασκευή ηλεκτρικών συσσωρευτών,: η αντοχή στην συμπίεση των συσπειρωμένων συνδέσεων των εξαρτημάτων από χάλυβα 45 μπορεί να φτάσει πάνω από 800 MPa, ακόμη και να υπερβεί τα 1000 MPa σε ορισμένες περιπτώσεις με βελτιστοποιημένη επεξεργασία και υψηλής ποιότητας κατασκευή.Η αντοχή στην συμπίεση των συσσωματωμάτων με νήματα των εξαρτημάτων από κράμα αλουμινίου 6061 είναι συνήθως περίπου 250 MPa έως 350 MPa.

Ο κύριος λόγος αυτής της διαφοράς έγκειται στο γεγονός ότι η αντοχή και η σκληρότητα του χάλυβα είναι γενικά υψηλότερες από εκείνες των κράματος αλουμινίου.Η κρυσταλλική δομή και η χημική σύνθεση του χάλυβα του επιτρέπουν να έχει καλύτερη ικανότητα αντοχής σε στρογγυλική παραμόρφωση και βλάβη.

1.3 Διαδικασία σύσφιξης με τη μέθοδο ροπής-οπτικής γωνίας

Το ελαστικό μοντέλο του χάλυβα είναι συνήθως μεταξύ 200 - 210 GPa, ενώ του αλουμινίου είναι περίπου 70 - 80 GPa.

Το ελαστικό μοντέλο είναι ένας δείκτης της δυσκαμψίας ενός υλικού, που αντιπροσωπεύει την ικανότητα του υλικού να επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση μετά την υποβολή σε μια δύναμη.Το ελαστικό μέτρο του χάλυβα κυμαίνεται γενικά από 190 έως 210 GPaΛόγω του χαμηλότερου ελαστικού μοδίου του αλουμινίου, υπό την ίδια δύναμη, μια ράβδος αλουμινίου θα είναι σχετικά πιο επιρρεπής σε παραμόρφωση.

Όταν σφίγγετε τις βίδες, δεδομένου ότι το αλουμίνιο είναι πιο πιθανό να παραμορφωθεί, δηλαδή όταν σφίγγετε με την ίδια γωνία,η αύξηση της ροπής και της αξιακής δύναμης στα μέρη από αλουμίνιο θα είναι μικρότερη από εκείνη στα μέρη από χάλυβαΩς εκ τούτου, για να επιτευχθεί η ίδια αξία αξιακής δύναμης, απαιτείται μεγαλύτερη γωνία περιστροφής για τα εξαρτήματα αλουμινίου.η αξία της αξιακής δύναμης που μπορεί να επιτευχθεί με σύσφιξη ενός ατσάλινου μέρους με 60 Nm + 90° πρέπει να επιτευχθεί με σύσφιξη ενός αλουμινίου μέρους με 60 Nm + 120°Ως εκ τούτου, η διαδικασία σύσφιξης που εφαρμόζεται στα εξαρτήματα χάλυβα μπορεί να μην είναι απαραίτητα άμεσα εφαρμόσιμη στα εξαρτήματα αλουμινίου.και είναι απαραίτητο να καθοριστεί η κατάλληλη διαδικασία σφίξης μέσω πειραματικών δοκιμών.

1.4 Άξιο φορτίο στο μπουλόνι

Όταν το ζευγάρι συνδέσεων φέρει αξιακό φορτίο FA, το αξιακό φορτίο διαλύεται στον βρόχο και το συνδεδεμένο μέρος.Οι ειδικές τιμές κατανομής εμφανίζονται στους ακόλουθους τύπους υπολογισμού:Η φόρμουλα 1 είναι το συστατικό του αξιωτικού φορτίου στο βρόχο και η φόρμουλα 2 είναι το συστατικό του αξιωτικού φορτίου στο συνδεδεμένο μέρος.

Μεταξύ αυτών:

F_Α:Αξιακό εξωτερικό φορτίο.

F_ΑΣ:Συστατικό του άξονου φορτίου του βρόχου.

F_ΠΑ:Συστατικό του άξονου φορτίου στο συνδεδεμένο μέρος.

δ_Π:Συμμόρφωση του συνδεδεμένου μέρους.

δ_SΣυμμόρφωση του βρόχου.

1.5 Πρόσθετη πίεση σε υψηλές θερμοκρασίες

Για εφαρμογές συσπειρωμένων συνδέσεων σε σημεία σύνδεσης υψηλής θερμοκρασίας, οι διαφορετικοί συντελεστές θερμικής διαστολής των βρόχων και των συνδεδεμένων μερών μπορεί να οδηγήσουν σε πρόσθετη πίεση,που προκαλεί την αύξηση ή μείωση της αξονικής δύναμης της συσπειρωμένης σύνδεσης.

Όταν ένα ατσάλινο μπουλόνι και ένα ατσάλινο συνδεδεμένο μέρος συνδυάζονται, δεδομένου ότι οι συντελεστές θερμικής διαστολής των υλικών είναι βασικά οι ίδιοι, δεν θα υπάρξει πρόσθετη πίεση.

Όταν ένα ατσάλινο μπουλόνι και ένα αλουμινένιο συνδεδεμένο μέρος συνδυάζονται, οι συντελεστές θερμικής διαστολής του ατσάλιου και του αλουμινίου είναι διαφορετικοί.Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του αλουμινίου είναι περίπου 23.6×10−6/°C, ενώ το χάλυβα είναι περίπου 12×10−6/°C. Καθώς η θερμοκρασία αλλάζει, οι όγκοι τους θα αλλάξουν σε διαφορετικό βαθμό.Ο μεγαλύτερος συντελεστής θερμικής διαστολής του αλουμινίου σημαίνει ότι όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, θα επεκταθεί περισσότερο από το χάλυβα, και όταν η θερμοκρασία πέσει, το αλουμίνιο θα συρρικνωθεί περισσότερο από το χάλυβα.Η διαφορά αυτή στον συντελεστή θερμικής διαστολής μπορεί να οδηγήσει σε πρόσθετη πίεση στο ζεύγος συσσωρευτών με νήματαΌταν η θερμοκρασία αυξάνεται, η πρόσθετη πίεση που σχετίζεται με την συναρμολόγηση θα αυξηθεί. Όταν η θερμοκρασία πέφτει, η πρόσθετη πίεση που σχετίζεται με την συναρμολόγηση θα μειωθεί.