广东鸿图南通压铸有限公司 226300
摘要：汽车轻量化发展是当今汽车制造业的主要发展方向，铝合金等轻量化材料在汽车轻量化发展中起着至关重要的作用，关于铝合金的零部件应用也越来越广泛。众所周知，汽车制造中会使用大量的金属和非金属材料，材料之间如何更好的进行连接，是技术工作者们不断探索的课题。传统的点焊技术是用来连接车身钢板的主要方法，但是在面临有色金属以及金属和非金属之间的连接，点焊技术会显得尤为吃力。这就需要用到自冲铆接技术来实现。
关键词：铝合金；自冲铆接技术；分析；应用
经济的快速发展带动着人们生活水平的提高，对于汽车的需求量也开始增加，与此同时给汽车制造业的竞争带来了巨大的压力。为了更好地满足客户的需求，汽车制造需要不断向人性化和个性化靠拢，同时还要迎合节能减排的大环境，需要发展汽车轻量化。众所周知，铝的密度相当于钢密度的三分之一，因此铝的质量很轻，加之其具有良好的导热导电性，熔点低可塑性高，与氧气接触容易发生反应形成三氧化二铝，具有较强的耐腐蚀性。诸多优点让铝及铝合金材料成为了汽车轻量化中的材料主力军。
铝合金在汽车轻量化中的应用，给材料之间的连接技术带来了挑战。铝的熔点低，传统的点焊技术会在连接过程中由于温度过高而对铝合金造成裂缝，严重会引起变形。且在有色金属之间进行焊接以及在金属与非金属之间的进行点焊技术时，会导致材料受到焊接影响而不能充分发挥性能。因此，必须要寻找新的连接技术，来推动铝合金在汽车轻量化中的应用及发展。
1.自冲铆接工艺
自冲铆接工艺，又被称为SPR技术。是一种用于金属材料直接的冷连接技术，通过铆钉或者无铆钉的技术将所涉及的零件连接起来。与目前应用广泛的传统连接技术相比较，可以明显看出自冲铆接技术的优点：它可以将铝合金、塑料板、钢板等进行有效连接；还可以将多层板层组进行铆接；自冲铆接技术的冷连接特点非常适用于镀层或涂层的连接工作，避开了材料因受到高温而致使镀层遭到破坏，可以在连接过程中避免对材料的损害；此外，自冲铆接技术的能耗低，周期短，铆接过程中不会产生烟或粉尘碎屑的产生。
1.1无铆钉自冲铆接工艺
这种工艺目前普及性不是很高，主要是利用特制的上下模来对需要进行连接的连接板施压使其在压力作用下变形，以达到互相锁紧的效果。这种工艺不需要铆钉，互锁的效果也比较牢固，但国内外拥有无铆钉自冲铆接技术的企业不是很多，相关的技术与装备也并未普及。
1.2实心铆钉自冲铆接工艺
图1所示是自冲铆接工艺中的腰鼓形实心铆钉的铆接工艺，这种铆接工艺的工作流程是这样的：冲头推动铆钉做向下运动，铆钉在下行时底部的刃口会将需要铆接的材料冲到凹槽，在铆钉到达凹槽后便停止了下落运动。此时让冲头再次下行，对材料进行加压处理，最终材料紧紧包住铆钉，这种工艺对加工材料是有一定要求的，在需要进行铆接工艺的上下两层材料，都必须是能够产生形变，塑性比较强的金属。
图1 腰鼓形实心铆钉铆接工艺
图2所展示的是圆柱形实心铆钉的自冲铆接工艺，这种工艺的工作流程是这样的：冲头下行来进行冲压工作，到达停止点后，需要进行铆接的下层材料填充进了整个环形的凹槽。此时铆钉上端形成一个“墩头”，两层材料便可以连接到一起。圆柱形实心铆钉的自冲铆接工艺应用十分广泛，它不仅能够连接相同金属材料、不同的金属材料，还能连接金属与非金属材料，这种自冲铆接工艺，铆钉的两头都很平滑，实现了方便实用和美观的良好效果。
图2 圆柱形实心铆钉铆接工艺
在采用实心铆钉工艺对材料进行铆接工作时，如果需要铆接的材料是两层相同的金属，就把较厚的材料放在下层；如果进行连接的是两层不同的金属，那就将硬度高的金属材料放在下层；如果需要连接的是金属材料和非金属材料，那就把金属材料放在下层。
1.3半空心铆钉铆接工艺
图3中展示的是半空心铆钉的自冲铆接工艺，这种工艺流程与上述的工艺流程不同，在铆接工作开始前会增加一项预压紧工作。预压紧工作是让压边圈向下运动，对需要进行铆接的材料进行一次预压紧，防止在冲头作用下流入凹槽。在预压紧工作结束后，冲头向下运动推动铆钉，铆钉刺穿上层材料，铆钉的尾部也会在冲头与凹槽的作用下形成喇叭口状，方便紧紧抓住下层材料，铆接工作随即结束。
图4 自冲铆接设备
在采用半空心铆钉铆接工艺对材料进行铆接工作时，在对相同的金属材料和一层是金属材料、一层是非金属材料的放置原则是相同的，只不过在对两层不同的金属进行铆接时，要把塑性好的材料放在下层，方便与铆钉尾端的喇叭口互相锁紧。
且半空心铆钉自冲铆接工艺不能对易碎的脆性材料进行铆接，所需进行铆接工作的材料，其中置于底层的金属材料的延伸率必须要大于12%。
2.与点焊技术相比较，自冲铆接技术的优缺点
2.1优点
在面对不同的材料以及带有镀层的金属材料，点焊技术是很难施行的，而利用自冲铆接技术便可以；用自冲铆接工艺对铝合金材料以及高强度的钢材料进行连接工作，其牢靠性要比点焊技术下的连接强很多；对材料进行铆接工作时，不会产生废屑、烟雾等，铆接过程清洁，具有一定的环保性能；铆接工艺采用冷连接技术，不需要消耗大量的能量；铆接技术可以向自动化方向发展。
2.2缺点
在对材料进行连接工作时，自冲铆接工艺下的抗拉强度没有点焊技术下的抗拉强度高；在进行铆接工作中，尾部突出的“铆扣”不平齐。
3.自冲铆接设备系统
就目前来说，自冲铆接设备分为液压系统和电动伺服系统。在这里主要讲述一下电动伺服系统的自冲铆接设备，这是由液压系统转变而来，利用机械结构来实现铆接过程，能够方便实现自动化生产。
电动伺服系统铆接设备的工作效率高、铆接的质量好，加上其本身的设计简单可靠，能够进行连续工作，设备寿命也比较长，被广泛应用在铝合金汽车车身上。通常来讲，一套完整的电动伺服自冲铆接系统需要由两部分组成，一是由自冲铆接控制系统，二是自冲铆接执行系统，其中执行系统又包含着传动、从动机构、C型钳等。
4.自冲铆接技术在车身轻量化中的应用
自冲铆接工艺适用于轻型金属与非金属，在汽车制造中，为了能够减轻整体的车身重量，通常会采用铝合金与塑料的连接件，加之各种有色金属的连接，都需要用到自冲铆接工艺，可以说，凡是能用来焊接的材料，都可以用自冲铆接工艺来完成。这种工艺被广泛应用于汽车底盘件、覆盖件、座椅以及内饰等，连接效果强，能够在降低车身整体重量上提供助力。
结语：
通过对铝合金自冲铆接技术的简单分析和对自冲铆接设备的简单介绍，将其与传统的点焊技术做出比较，可以发现自冲铆接技术在具备一定的优势条件时，也存在着一定的缺陷。只有不断对自冲铆接技术进行突破性探索，与现代化计算机技术相结合，让自冲铆接技术逐步向系统化和自动化方向发展，才能让铆接工艺发挥出更好的效果。
参考文献：
[1]刘瑞军，李双义，张连洪，李晓静.自冲铆接技术在汽车车身轻量化中的应用[J].汽车技术，2004.
[2]刘瑞军，于胜武，朱翠娟，王永成.半空心自冲铆接工艺在车身轻量化中的应用[J].北华大学学报（自然科学版），2007.
[3]李春燕，薛岩松.自冲铆接技术的工艺分类和连接特点[J].中国新技术新产品，2008.
[4]杜坤，吴卫枫，魏庆丰，赵涛.车身轻量化材料及其连接技术分析[J].汽车工艺与材料，2013.
[5]刘瑞军.自冲铆接技术在汽车车身轻量化中的应用[J].汽车与配件，2007.
[6]陈丽华.轻型车身连接的关键技术研究及应用[J]. 汽车工程师, 2014，（4）:58-63.
论文作者:钱维
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/11
标签：铆钉论文; 工艺论文; 材料论文; 技术论文; 点焊论文; 铝合金论文; 金属材料论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;