Nella tendenza dello sviluppo del veicolo leggero, le parti in lega di alluminio sono state ampiamente utilizzate.l'uso di lega di alluminio per queste parti può ridurre il peso del telaio garantendo al contempo resistenza e rigiditàInoltre, nei componenti del motore come i blocchi motore e le testate dei cilindril'applicazione di lega di alluminio può ridurre il peso del motore, che aiuta a migliorare la potenza di uscita del motore.lo sviluppo di veicoli leggeri è utile per migliorare l'economia di carburante dei veicoli tradizionali a benzina e l'autonomia dei veicoli elettrici.

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Differenze tra parti in acciaio e in alluminio

1.1 Durata dell'impegno

per garantire che le connessioni a filo non scivolino,la differenza nella lunghezza di attacco delle connessioni filettate tra le parti in acciaio e quelle in alluminio deriva principalmente dalle diverse caratteristiche dei loro materiali.

La resistenza e la durezza dell'acciaio sono generalmente superiori a quelle dell'alluminio.la lunghezza di attacco necessaria per il collegamento a filo di parti in acciaio è relativamente breveAd esempio, in condizioni di carico moderato, un filo d'acciaio può avere bisogno di una lunghezza di attacco di 0,7 - 1,5 volte il diametro del filo per garantire la resistenza del collegamento.

Tuttavia, la resistenza dell'alluminio è relativamente bassa. Per ottenere la stessa resistenza e affidabilità della connessione, le sue connessioni filettate richiedono spesso una lunghezza di attacco più lunga,che può essere necessario essere 2 - 3 volte il diametro del filo.

Inoltre, l'alluminio ha un coefficiente di espansione termica relativamente elevato.la stabilità delle connessioni filettate delle parti in alluminio può essere compromessaPer compensare questa carenza, la lunghezza di coinvolgimento è di solito aumentata per migliorare la stabilità e l'affidabilità della connessione.è probabile che si verifichino deformazioni e usura del filo durante il processo di connessione a filoPer ridurre l'impatto di tali situazioni sulle prestazioni di connessione, è inoltre necessario aumentare la lunghezza di attacco delle connessioni filettate di parti in alluminio.

Le prescrizioni dettagliate relative alla lunghezza minima di innesco delle parti in alluminio e acciaio sono riportate nella tabella seguente.

1.2 Capacità portante di resistenza alla compressione
Per garantire l'affidabilità dei collegamenti a bullone e evitare che le superfici collegate vengano schiacciate, è necessario controllare la pressione superficiale sia allo stato di montaggio che allo stato di funzionamento,che richiede che la pressione superficiale all'articolazione non superi la tensione di compressione finale delle parti collegateIn caso contrario, si verificheranno danni alle parti collegate e attenuazione della forza di pre-tighting, con conseguente guasto della connessione a filettatura.

In generale, la resistenza alla compressione dei collegamenti a filettatura di parti in acciaio è generalmente significativamente superiore a quella delle parti in alluminio.

Prendendo come esempi l'acciaio strutturale a carbonio comune (come l'acciaio 45) e la lega di alluminio (come la lega di alluminio 6061),con una lunghezza massima di 50 mm o più, ma non superiore a 150 mm: la resistenza alla compressione delle connessioni filettate di parti in acciaio 45 può raggiungere oltre 800 MPa, e persino superare 1000 MPa in alcuni casi di trattamento ottimizzato e di produzione di alta qualità.La resistenza alla compressione delle connessioni filettate di parti in lega di alluminio 6061 è generalmente di circa 250 MPa a 350 MPa.

La ragione principale di questa differenza risiede nel fatto che la resistenza e la durezza dell'acciaio sono generalmente superiori a quelle delle leghe di alluminio.La struttura cristallina e la composizione chimica dell'acciaio consentono di avere una migliore resistenza alle deformazioni e ai danni da compressione.

1.3 Processo di serraggio utilizzando il metodo angolo coppia

Il modulo di elasticità dell'acciaio è generalmente compreso tra 200 e 210 GPa, mentre quello dell'alluminio è di circa 70 - 80 GPa.

Il modulo di elasticità è un indicatore della rigidità di un materiale, che rappresenta la capacità del materiale di tornare al suo stato originale dopo essere stato sottoposto a una forza.Il modulo di elasticità dell'acciaio varia generalmente da 190 a 210 GPaA causa del modulo di elasticità inferiore dell'alluminio, sotto la stessa forza, una barra di alluminio sarà relativamente più soggetta a deformazione.

Quando si stringono i bulloni, poiché l'alluminio ha maggiori probabilità di deformarsi, cioè quando si stringe con lo stesso angolo,l'aumento della coppia e della forza assiale sulle parti in alluminio sarà inferiore a quello delle parti in acciaioPertanto, per ottenere lo stesso valore di forza assiale, è necessario un angolo di rotazione maggiore per le parti in alluminio.il valore della forza assiale che può essere raggiunto stringendo una parte in acciaio con 60 Nm + 90° deve essere raggiunto stringendo una parte in alluminio con 60 Nm + 120°. il processo di serraggio applicato alle parti in acciaio non può quindi necessariamente essere direttamente applicabile alle parti in alluminio,e è necessario determinare il processo di serraggio appropriato mediante prove sperimentali.

1.4 Carico assiale sul bullone

Quando la coppia di connessione sopporta un carico assiale FA, il carico assiale si decompone sul bullone e sulla parte collegata.I valori di distribuzione specifici sono indicati nelle seguenti formule di calcolo:La formula 1 è la componente del carico assiale sul bullone e la formula 2 è la componente del carico assiale sulla parte collegata.

Tra questi:

F_A: carico esterno assiale.

F_S.A.:Componente del carico assiale sul bullone.

F_PA:Componente del carico assiale sulla parte collegata.

δ_P:Conformità della parte collegata.

δ_SConformità del bullone.

1.5 Stress aggiuntivo ad alte temperature

Per le applicazioni di connessione a filettatura in posizioni di connessione ad alta temperatura, i diversi coefficienti di espansione termica dei bulloni e delle parti collegate possono comportare uno sforzo aggiuntivo,che induce l'aumento o la diminuzione della forza assiale della connessione a filettatura.

Quando un bullone di acciaio e una parte di acciaio collegati sono accoppiati, poiché i coefficienti di espansione termica dei materiali sono fondamentalmente gli stessi, non ci sarà alcuna sollecitazione aggiuntiva.

Quando un bullone di acciaio e una parte di alluminio sono accoppiati, i coefficienti di espansione termica dell'acciaio e dell'alluminio sono diversi.Il coefficiente di espansione termica dell'alluminio è di circa 23.6×10−6/°C, mentre quella dell'acciaio è di circa 12×10−6/°C. Con i cambiamenti di temperatura, i loro volumi cambieranno in misura diversa.Il maggiore coefficiente di espansione termica dell'alluminio significa che quando la temperatura aumenta, si espanderà più dell'acciaio; e quando la temperatura scende, anche l'alluminio si contrae più dell'acciaio.Questa differenza nel coefficiente di espansione termica può portare a una sollecitazione aggiuntiva nella coppia di connessione a filettaturaQuando la temperatura aumenta, la tensione aggiuntiva relativa all'assemblaggio aumenterà; quando la temperatura scende, la tensione aggiuntiva relativa all'assemblaggio diminuirà.