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为进行能源管理并强化28365365在线: 车体结构所采用的结构粘合剂

时间:2019-05-29 来源:网络整理 编辑:admin 热度:

1. 简介

在汽车制造过程中,作为一种金属连接的方式,结构粘合剂的应用正处于迅猛发展阶段1~3)。结构粘合剂可增强粘接结构的刚性、耐久性和抗冲撞性。此外,由于该粘合剂使用,使得相容性差的金属之间的粘接变容易,从成本和车体重量方面加大了车体结构优化设计的可能性。

该结构粘合剂的采用有助于提高点焊设计性能,或在提高结构性能的同时,通过减少点焊数而降低成本4-9)。该结构粘合剂的采用使我们可对难以焊接的结构,如高强度钢材、铝材或点焊设备无法进驻的区域,进行组装。

结构粘合剂可利用环氧树脂、橡胶、丙烯酸酯和聚氨酯这些材料配制。

然而,由于环氧树脂优异的机械性能以及目前汽车制造的工艺要求,因此选用环氧树脂来开发车体结构粘合剂。

性能要求----工艺和机械性能

为提高车体结构的抗冲撞性,所设计的结构粘合剂在动态条件下表现出良好的韧性。然而,该粘合剂也必须满足用户工艺窗口内所涉及的应用要求,如机械强度和耐久性方面的严格要求。

本文所讨论的粘合剂适用于汽车行业的"车身车间"。该粘合剂须使用方便,具有可焊性,且对清洗剂和预处理液有良好的抗冲洗性。粘接的金属表面通常会有冲压油,因此该粘合剂还须在不清洁的金属表面形成具有持续耐腐蚀性的粘合层。当采用电泳进行固化处理时(炉温为160℃~205℃,固化时间为20~100分钟),该粘合剂的强度可达到最大值。目前,由于烘烤温度要求持续降低,降低该结构粘合剂的固化温度也在进一步研究。

为确保钢材的粘接接头具有长期稳定性,因此采用标准加速老化试验对其粘接强度进行评估。测试粘合剂在老化试验前和老化试验后,在不同基材上的抗剥离强度和搭接剪切强度。此外,还须通过疲劳试验来模拟粘接接头的性能,从而评估粘合剂在不同负荷下的长期稳定性。

在试验室中,可采用冲击剥离试验(ISO 11343)11)测量动态条件下粘合剂和钢材之间的粘接接头的粘接强度。采用结构粘合剂将两块具有特定形状的钢板试件粘接起来。然后,将一个固定在框架中的楔块放在试件间未被粘合的空隙处(位于粘合区的出口位置)。然后施加重力到框架上,使楔块挤出并从试件间穿过。

车体结构 结构粘合剂

当楔块被推着穿过试件时,两钢片会沿相反方向分离,从而导致粘接层内产生裂纹(见图1)。

按照粘接层内裂纹扩展的速度,测试的试件(如钢材)将吸收能量。若裂纹扩展的速度减慢,试件能量吸收量将增加;当维持粘合线时,能量被转移至钢材,并通过钢材变形而被吸收。通过评估应力应变曲线上的平坦区域,可计算能量吸收量。图2阐述了从应力应变曲线上观察到的、不同峰值的能量来源,并给出了采用高韧性结构粘合剂所测定的平坦区域。

图1经过粘接、用于冲击剥离试验的试件(a);试验之前,安装楔块(带框架)和用于冲击剥离试验的试件(b);试验之前,将楔块(带框架)和用于冲击剥离试验的试件固定在试验设备上(c);试验结束后的楔块(带框架)和用于冲击剥离试验的试件(d)。钢试件变形表明其吸收了能量。

车体结构 结构粘合剂

图2 通过冲击剥离试验(ISO 11343),评定经过粘接的钢质试件所吸收的能量。采用高韧性粘合剂进行试验,从而可在应力应变曲线上观察到各个响应峰值及平坦区域。

箱梁动态试验(接近于真实实验)

除在试验室进行试验之外,箱梁也广泛用于证明模型结构的刚性和抗冲击性12)。

为按本文所述内容进行试验,将箱梁用各种连接方式进行组装,如只经过点焊的方式、粘接加焊结的方式、以及只有粘接的方式。对这些箱梁进行扭转刚度试验和在动态条件下进行轴向冲压试验。

2. 试验

2.1 准备箱梁

车体结构 结构粘合剂

备好长度为400mm的箱梁。图3和图4为箱梁截面尺寸。

图3 箱梁压溃试验方法

车体结构 结构粘合剂

图4 用于冲击试验的箱梁的截面尺寸(本图未按比例绘制)

凸缘宽度为15mm,金属厚度为0.8mm。可采用热镀锌钢板(HDG,拉伸强度为180MPa)和冷轧钢板(CRS,拉伸强度为180MPa)。

箱梁可用下面的连接方式:

(i)只采用焊接方式

(ii)粘接 点焊(焊点距为50mm)

(iii)粘接 点焊(焊点距为100mm)

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