En la tendencia del desarrollo de vehículos ligeros, las piezas de aleación de aluminio se han utilizado ampliamente.el uso de aleación de aluminio para estas piezas puede reducir el peso del chasis al tiempo que garantiza la resistencia y la rigidezAdemás, en los componentes del motor, como los bloques del motor y las cabezas de los cilindros,la aplicación de aleación de aluminio puede reducir el peso del motor, lo que ayuda a mejorar la potencia de salida del motor.el desarrollo de vehículos ligeros es beneficioso para mejorar la economía de combustible de los vehículos tradicionales de gasolina y la autonomía de los vehículos eléctricos.

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Diferencias entre piezas de acero y aluminio

1.1 Duración del compromiso

Para garantizar que las conexiones roscadas no se resbalen,La diferencia en la longitud de enganche de las conexiones roscadas entre las piezas de acero y las piezas de aluminio se debe principalmente a las diferentes características del material de las mismas..

La resistencia y dureza del acero suelen ser superiores a las del aluminio.la longitud de enganche requerida para la conexión roscada de las piezas de acero es relativamente cortaPor ejemplo, en condiciones de carga moderada, un hilo de acero sólo puede necesitar una longitud de enganche de 0,7 a 1,5 veces el diámetro del hilo para garantizar la resistencia de la conexión.

Sin embargo, la resistencia del aluminio es relativamente baja. Para lograr la misma resistencia y fiabilidad de conexión, sus conexiones roscadas a menudo requieren una longitud de enganche más larga,que puede necesitar ser de 2 a 3 veces el diámetro del hilo.

Además, el aluminio tiene un coeficiente de expansión térmica relativamente grande.la estabilidad de las conexiones roscadas de las piezas de aluminio puede verse afectadaPara compensar esta deficiencia, la longitud de enlace se aumenta generalmente para mejorar la estabilidad y fiabilidad de la conexión.es probable que se produzcan deformaciones y desgaste del hilo durante el proceso de conexión roscadaPara reducir el impacto de tales situaciones en el rendimiento de la conexión, también es necesario aumentar la longitud de enlace de las conexiones roscadas de las piezas de aluminio.

Los requisitos detallados para la longitud mínima de enganche de las piezas de aluminio y acero se pueden ver en el cuadro siguiente.

1.2 Capacidad de soporte de resistencia a la compresión
Para garantizar la fiabilidad de las conexiones atornilladas y evitar el aplastamiento de las superficies conectadas, es necesario comprobar la presión superficial tanto en el estado de ensamblaje como en el estado de funcionamiento.que exige que la presión superficial en la unión no exceda la tensión de compresión final de las partes conectadasDe lo contrario, se producirán daños en las partes conectadas y una atenuación de la fuerza de pretensión, lo que dará lugar a la falla de la conexión roscada.

En términos generales, la resistencia a la compresión de las conexiones roscadas de las piezas de acero suele ser significativamente superior a la de las piezas de aluminio.

Tomando como ejemplos el acero estructural de carbono común (como el acero 45) y la aleación de aluminio (como la aleación de aluminio 6061),con una longitud de la banda superior a 20 mm,: la resistencia a la compresión de las conexiones roscadas de piezas de acero 45 puede alcanzar más de 800 MPa, e incluso superar los 1000 MPa en algunos casos de tratamiento optimizado y fabricación de alta calidad.La resistencia a la compresión de las conexiones roscadas de las piezas de aleación de aluminio 6061 es generalmente de alrededor de 250 MPa a 350 MPa.

La razón principal de esta diferencia radica en el hecho de que la resistencia y dureza del acero son generalmente superiores a las de las aleaciones de aluminio.La estructura cristalina y la composición química del acero le permiten tener una mejor capacidad de resistencia a la deformación y daño por compresión.

1.3 Proceso de apretamiento mediante el método del ángulo de par

El módulo elástico del acero suele estar entre 200 y 210 GPa, mientras que el del aluminio es de aproximadamente 70 a 80 GPa.

El módulo elástico es un indicador de la rigidez de un material, que representa la capacidad del material para volver a su estado original después de haber sido sometido a una fuerza.El módulo elástico del acero varía generalmente entre 190 y 210 GPaDebido al menor módulo elástico del aluminio, bajo la misma fuerza, una varilla de aluminio será relativamente más propensa a la deformación.

Al apretar los tornillos, dado que el aluminio tiene más probabilidades de deformarse, es decir, cuando se aprieta en el mismo ángulo,el aumento del par y la fuerza axial en las piezas de aluminio será menor que el de las piezas de aceroPor lo tanto, para lograr el mismo valor de fuerza axial, se requerirá un ángulo de rotación más grande para las piezas de aluminio.el valor de la fuerza axial que puede lograrse apretando una pieza de acero con 60 Nm + 90° debe lograrse apretando una pieza de aluminio con 60 Nm + 120°Por lo tanto, el proceso de apretamiento aplicado a las piezas de acero no puede necesariamente ser directamente aplicable a las piezas de aluminio.y es necesario determinar el proceso de apretamiento adecuado mediante ensayos experimentales..

1.4 Carga axial en el perno

Cuando el par de conexiones soporta una carga axial FA, la carga axial se descompondrá en el perno y la parte conectada.Los valores de distribución específica se muestran en las siguientes fórmulas de cálculo:La fórmula 1 es el componente de la carga axial en el perno, y la fórmula 2 es el componente de la carga axial en la parte conectada.

Entre ellos:

F: el precio_{A. No}:Carga externa axial.

F: el precio_SA:Componente de la carga axial en el perno.

F: el precio_{El PA}:Componente de la carga axial de la parte conectada.

D_P:Conformidad de la parte conectada.

D_{El S}Conformidad del perno.

1.5 Estrés adicional a altas temperaturas

Para las aplicaciones de conexión roscada en lugares de conexión de alta temperatura, los diferentes coeficientes de expansión térmica de los tornillos y las partes conectadas pueden dar lugar a una tensión adicional,que hace aumentar o disminuir la fuerza axial de la conexión roscada.

Cuando un perno de acero y una pieza de acero conectada se acoplan, ya que los coeficientes de expansión térmica de los materiales son básicamente los mismos, no habrá tensión adicional.

Cuando un perno de acero y una pieza conectada de aluminio se unen, los coeficientes de expansión térmica del acero y el aluminio son diferentes.El coeficiente de expansión térmica del aluminio es de aproximadamente 23.6×10−6/°C, mientras que la del acero es de aproximadamente 12×10−6/°C. A medida que la temperatura cambia, sus volúmenes cambiarán en diferentes grados.El mayor coeficiente de expansión térmica del aluminio significa que cuando la temperatura aumenta, se expandirá más que el acero; y cuando la temperatura baje, el aluminio también se contraerá más que el acero.Esta diferencia en el coeficiente de expansión térmica puede conducir a una tensión adicional en el par de conexión roscadoCuando la temperatura aumenta, el estrés adicional relacionado con el ensamblaje aumentará; cuando la temperatura baja, el estrés adicional relacionado con el ensamblaje disminuirá.