Na tendência de desenvolvimento de veículos leves, as peças de liga de alumínio têm sido amplamente utilizadas.O uso de liga de alumínio para estas peças pode reduzir o peso do chassi, garantindo a resistência e a rigidezAlém disso, em componentes do motor, tais como blocos do motor e cabeças dos cilindros,A aplicação de liga de alumínio pode reduzir o peso do motor, o que ajuda a melhorar a potência do motor.O desenvolvimento de veículos leves é benéfico para melhorar a economia de combustível dos veículos tradicionais a gasolina e a autonomia dos veículos elétricos.

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Diferenças entre peças de aço e alumínio

1.1 Duração do combate

Para garantir que as ligações roscadas não escorrem,A diferença no comprimento de engate das ligações roscadas entre peças de aço e peças de alumínio decorre principalmente das diferentes características dos materiais das mesmas.

A resistência e a dureza do aço são geralmente superiores às do alumínio.O comprimento de engate necessário para a ligação roscada de peças de aço é relativamente curtoPor exemplo, em condições de carga moderada, um fio de aço pode necessitar apenas de um comprimento de engate de 0,7 a 1,5 vezes o diâmetro do fio para garantir a resistência da ligação.

No entanto, a resistência do alumínio é relativamente baixa.que podem ter de ser 2 - 3 vezes o diâmetro do fio.

Além disso, o alumínio tem um coeficiente de expansão térmica relativamente elevado.a estabilidade das ligações roscadas de peças de alumínio pode ser afectadaPara compensar esta deficiência, o comprimento de ligação é geralmente aumentado para aumentar a estabilidade e a fiabilidade da ligação.É provável que ocorram deformações e desgaste de roscas durante o processo de ligação roscadaPara reduzir o impacto dessas situações no desempenho da ligação, é igualmente necessário aumentar o comprimento de engate das ligações roscadas de peças de alumínio.

Os requisitos pormenorizados relativos ao comprimento mínimo de engate das peças de alumínio e de aço podem ser vistos no quadro seguinte.

1.2 Capacidade de suporte de resistência à compressão
Para assegurar a fiabilidade das ligações por parafusos e evitar que as superfícies ligadas sejam esmagadas, é necessário verificar a pressão superficial tanto no estado montado como no estado de funcionamento,exigindo que a pressão superficial na articulação não exceda a tensão de compressão final das partes ligadasCaso contrário, ocorrerão danos às partes ligadas e atenuação da força de pretensão, resultando na falha da ligação roscada.

Em termos gerais, a resistência à compressão das ligações roscadas de peças de aço é geralmente significativamente superior à das peças de alumínio.

Tomando como exemplos o aço estrutural de carbono comum (como o aço 45) e a liga de alumínio (como a liga de alumínio 6061),com um comprimento de 10 mm ou mais, mas não superior a 50 mm,: a resistência à compressão das ligações roscadas de peças fabricadas em aço 45 pode atingir mais de 800 MPa, e até ultrapassar 1000 MPa em alguns casos de tratamento otimizado e fabricação de alta qualidade.A resistência à compressão das ligações roscadas de peças de liga de alumínio 6061 é geralmente entre 250 MPa e 350 MPa.

A principal razão desta diferença reside no facto de a resistência e a dureza do aço serem geralmente superiores às das ligas de alumínio.A estrutura cristalina e a composição química do aço permitem que ele tenha uma melhor capacidade de resistência à deformação e danos por compressão.

1.3 Processo de aperto utilizando o método do ângulo do binário

O módulo elástico do aço é geralmente entre 200 e 210 GPa, enquanto o do alumínio é de aproximadamente 70 a 80 GPa.

O módulo elástico é um indicador da rigidez de um material, representando a capacidade do material de retornar ao seu estado original após ser submetido a uma força.O módulo elástico do aço varia geralmente de 190 a 210 GPaDevido ao menor módulo elástico do alumínio, sob a mesma força, uma haste de alumínio será relativamente mais propensa à deformação.

Quando se apertam parafusos, dado que o alumínio é mais propenso a deformar-se, isto é, quando se apertam pelo mesmo ângulo,o aumento do binário e da força axial nas peças de alumínio será menor do que no das peças de açoPor conseguinte, a fim de alcançar o mesmo valor de força axial, será necessário um ângulo de rotação maior para peças de alumínio.O valor da força axial que pode ser alcançado apertando uma peça de aço com 60 Nm + 90° deve ser alcançado apertando uma peça de alumínio com 60 Nm + 120°.Por conseguinte, o processo de aperto aplicado às peças de aço pode não ser necessariamente directamente aplicável às peças de alumínio.e é necessário determinar o processo de aperto adequado através de ensaios experimentais.

1.4 Carga axial no parafuso

Quando o par de ligações suportar uma carga axial FA, a carga axial será decomposta no parafuso e na parte ligada.Os valores de distribuição específica são indicados nas seguintes fórmulas de cálculo:A Fórmula 1 é o componente da carga axial no parafuso, e a Fórmula 2 é o componente da carga axial na parte ligada.

Entre eles:

F_A:Carga externa axial.

F_SA:Componente da carga axial no parafuso.

F_PA:Componente da carga axial da parte ligada.

δ_P:Conformidade da parte ligada.

δ_SConformidade do parafuso.

1.5 Tensões adicionais a altas temperaturas

Para aplicações de ligação roscada em locais de ligação de alta temperatura, os diferentes coeficientes de expansão térmica dos parafusos e das partes ligadas podem provocar tensões adicionais,que faça aumentar ou diminuir a força axial da ligação roscada.

Quando um parafuso de aço e uma peça de aço conectada são acoplados, uma vez que os coeficientes de expansão térmica dos materiais são basicamente os mesmos, não haverá tensão adicional.

Quando um parafuso de aço e uma peça de alumínio conectados são acoplados, os coeficientes de expansão térmica de aço e alumínio são diferentes.O coeficiente de expansão térmica do alumínio é de aproximadamente 23.6×10−6/°C, enquanto o do aço é de aproximadamente 12×10−6/°C. À medida que a temperatura muda, seus volumes mudarão em diferentes extensões.O maior coeficiente de expansão térmica do alumínio significa que quando a temperatura sobe, expandir-se-á mais do que o aço; e quando a temperatura cair, o alumínio também se contrairá mais do que o aço.Esta diferença no coeficiente de expansão térmica pode levar a um esforço adicional no par de ligações roscadoQuando a temperatura sobe, o estresse adicional relacionado com a montagem aumentará; quando a temperatura cai, o estresse adicional relacionado com a montagem diminuirá.