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May 03, 2023

Rivettatura a iniezione

Self-Pierce Riveting vs. Injection Lap Riveting Self-pierce riveting (right) is

Rivettatura autoperforante vs. rivettatura a iniezione

La rivettatura autoperforante (a destra) è un processo di giunzione a freddo per fissare due o più fogli di materiale. Durante l'assemblaggio, il rivetto viene inserito nella pila di materiale con una forza controllata, perforando lo strato o gli strati superiori. Il rivetto si espande radialmente nello strato o foglio inferiore, sotto l'influenza di una matrice, formando un forte interblocco meccanico. Il rivetto non sfonda l'ultimo materiale.

La rivettatura a iniezione (a sinistra) è simile, ma il suo principio di giunzione si basa sulla plasticità e sull'attrito senza frattura e formazione delle superfici. Il processo prevede due operazioni consecutive. Innanzitutto, nella lamiera inferiore viene realizzato un foro per l'anello a coda di rondine. Quindi, un rivetto semitubolare viene premuto attraverso la lamiera superiore nel foro della lamiera inferiore.

Illustrazione gentilmente concessa dall'Università di Lisbona

I ricercatori hanno scoperto che i fori a coda di rondine nei fogli di alluminio si comportano come cavità dello stampo in cui scorre la lunghezza del gambo del rivetto. Il rivetto riempiva completamente i fori con angoli di inclinazione di 15 e 30 gradi, ma nei fori con angolo di inclinazione di 45 gradi erano visibili sacche di materiale non riempite. Sebbene il sottosquadro sia maggiore per l'angolo di inclinazione di 45 gradi, le tasche non riempite giustificano la scelta di angoli di inclinazione più piccoli, come 30 gradi. Anche angoli più piccoli sono vantaggiosi poiché è necessaria meno forza per installare il rivetto.

Illustrazione gentilmente concessa dall'Università di Lisbona

I test elettrici hanno rilevato che i giunti rivettati producono una resistenza elettrica inferiore rispetto a giunti comparabili fissati con un dado e un bullone.

Illustrazione gentilmente concessa dall'Università di Lisbona

Per il processo di rivettatura a iniezione, i ricercatori hanno inventato un nuovo utensile da taglio. È costituito da due frese inclinate controllate da molle che si apriranno progressivamente per approfondire i fori a coda di rondine man mano che il tavolo superiore si abbassa. L'utensile può essere facilmente collegato ad un trapano o ad una fresatrice.

Illustrazione gentilmente concessa dall'Università di Lisbona

Le sbarre collettrici sono una componente essenziale dei veicoli elettrici. Questa striscia o barra metallica distribuisce in modo efficiente l'energia elettrica dai pacchi batteria ad alta energia ai motori elettrici e ad altri dispositivi. Solitamente non isolate, le sbarre collettrici devono avere una rigidità sufficiente per essere sostenute in aria da pilastri isolati. Ciò aiuta a raffreddare i conduttori e consente agli ingegneri di collegarsi in vari punti senza creare un nuovo giunto.

Le sbarre collettrici sono tipicamente prodotte mediante stampaggio di lastre di rame. Tuttavia, poiché l’alluminio è più leggero ed economico del rame, gli ingegneri vorrebbero utilizzare questo metallo per le sbarre collettrici. L’unico problema con questa idea è che l’alluminio ha una capacità di trasporto di corrente inferiore e un’impedenza maggiore rispetto al rame a causa della sua maggiore resistività elettrica.

Per ottenere il meglio da entrambi i mondi, gli ingegneri stanno sviluppando gruppi di sbarre collettrici che utilizzano entrambi i metalli. Queste sbarre collettrici ibride combinano l'eccellente conduttività elettrica del rame con la bassa densità e il costo dell'alluminio.

Naturalmente, la creazione di una sbarra collettrice ibrida solleva la sfida di come collegare i due materiali in modo semplice ed efficace senza causare interruzioni elettriche. Le opzioni esistenti consistono quasi esclusivamente in elementi di fissaggio filettati e tecnologie di saldatura.

Gli elementi di fissaggio filettati sono la tecnologia più diffusa grazie alla loro elevata affidabilità e facilità di montaggio e smontaggio. Tuttavia, gli elementi di fissaggio possono creare pressioni di contatto non uniformi, che possono distorcere il flusso di corrente. Il carico meccanico e termico può allentare i dispositivi di fissaggio filettati, causando interruzioni elettriche. Inoltre, i quadri elettrici e gli involucri delle blindosbarre offrono uno spazio limitato per i dispositivi di fissaggio filettati.

Le principali tecnologie per la saldatura del rame e dell'alluminio sono la saldatura laser e la saldatura a punti con agitazione per attrito. Ma l’efficacia della saldatura è limitata dalle diverse proprietà chimiche, meccaniche e termiche dei due materiali e dalla creazione di composti intermetallici duri e fragili.