車身鎖鉚連接技術的應用

□劉昌旭

上汽大眾汽車有限公司 上海 201805

車身鎖鉚連接技術的應用

□劉昌旭

上汽大眾汽車有限公司 上海 201805

鎖鉚連接是一種車身輕量化連接的新技術。從工藝參數(shù)、技術特點、工藝流程、設備及操作方法對鎖鉚技術進行了概述，同時從外觀檢驗、金相檢驗、強度檢驗等方面介紹了進行鎖鉚連接后的設備質(zhì)量檢驗。

截至20世紀90年代，汽車基本都是鋼密集型車身。隨著車身技術的發(fā)展，之后逐漸出現(xiàn)了鋁密集型車身、全鋁車身及纖維復合塑料密集型車身。某汽車車型的前輪罩如圖1所示，綠色零件材料為鑄鋁合金AlSi10MnMg，材料牌號為TL 117A，與其連接的所有灰色零件均為普通鈑金件。由于鋁鋼異型材料需要連接，因此鎖鉚連接工藝應運而生[1-2]，筆者對此進行介紹。

圖1 前輪罩零件

1 鎖鉚工藝

如圖2所示，鎖鉚鉚釘在外力的作用下穿透第一層材料和中間層材料，并在底層材料中進行流動延展，形成相互鑲嵌的永久塑性形變，這樣的鉚釘連接過程稱為鎖鉚連接，英文簡稱SPR（Self-piercing Riveting）。

圖2 鎖鉚工藝圖

1.1 鎖鉚鉚釘?shù)墓に噮?shù)

鎖鉚鉚釘如圖3所示，其工藝參數(shù)包括直徑、長度、幾何形狀、表面鍍層及硬度等。

圖3 鎖鉚鉚釘

1.2 技術特點

鎖鉚點具有較高的抗拉強度和抗剪強度，并具有如下特點：①強度高；②適于外觀質(zhì)量檢查；③無需鉆孔，一次成形；④防水性、氣密性好；⑤可以連接金屬和非金屬材料，以及進行多層材料的組合；⑥可以連接不同厚度、不同強度的材料；⑦機械連接，無熱效應。

1.3 工藝過程

鎖鉚連接的工藝過程包括六個階段：定位、預壓、夾緊、沖裁、擴張、成形，如圖4所示。

圖4 鎖鉚連接工藝過程

1.4 質(zhì)量影響因素

影響鎖鉚連接質(zhì)量的因素包括四個方面：鎖鉚鉚釘、下胎模、預夾緊壓力、鎖鉚壓力和位移，如圖5所示。

圖5 鎖鉚連接質(zhì)量的影響因素

2 鎖鉚設備

2.1 設備的構(gòu)成

鎖鉚設備主要由液壓站、鉚槍平衡缸、鎖鉚編程器、鉚槍C型架、電纜、送釘管、鉚槍上下模組成，如圖6所示。

圖6 鎖鉚設備

2.2 設備的操作方式

設備的操作方式分為便攜式、手動操作方式與自動操作方式，如圖7所示。

圖7 鎖鉚設備操作方式

3 質(zhì)量檢驗

鎖鉚連接的質(zhì)量檢驗包括三種方式：外觀檢驗、金相檢驗及強度檢驗。

3.1 外觀檢驗

外觀檢驗常用的檢測工具為隔套百分表。隔套尺寸（外徑×內(nèi)徑×長度）為φ12 mm×φ8 mm× 40 mm。百分表如圖8所示，其中左側(cè)為普通百分表，右側(cè)為隔套百分表。外觀檢驗的質(zhì)量要求如下：①進行位置、數(shù)目、沖鉚方向檢查；②進行板材和鉚釘裂紋檢查；③進行鉚接底部的旋轉(zhuǎn)對稱性檢查，對稱度≤0.40 mm；④測量鎖鉚的頂厚，即頂部高出板材的厚度，要求≤0.30 mm；⑤測量鎖鉚頂部低于板材的厚度，要求≤0.15 mm；⑥下板材不能被鉚釘穿透；⑦鉚釘頭部的涂料不能被破壞；⑧鉚釘15 mm內(nèi)不能有焊縫；⑨每班三次檢驗，首、中、尾各一次，并做好檢驗記錄。

圖8 百分表

3.2 金相檢驗

金相檢驗是檢查鎖鉚連接機械性能的重要手段，通過二維金相試樣磨面的顯微組織測量，確定連接部位斷面的形貌及參數(shù)，從而為科學評價鎖鉚工藝性能提供可靠的數(shù)據(jù)。金相檢驗常用工具為切割機、制樣機、拋光機、顯微鏡，具體要求見表1。

表1 金相檢驗的具體要求

金相檢驗的補充說明如下：①從中軸線位置進行切割；②對于日常的批量監(jiān)控，宏觀切片可滿足要求；③顯微切片應在固定的時間間隔進行，或當發(fā)現(xiàn)有缺陷時進行；④需要進行認可試驗時，顯微切片是必要的；⑤對于在試片上進行的檢驗，每一項檢測至少需要5個切片，且在至少10倍放大倍數(shù)下檢查；⑥對于間隙和涂層后的評價，應使用50倍或更大的放大倍數(shù)。

3.3 強度檢驗

強度檢驗的料片尺寸如圖9所示，夾緊區(qū)域被標記為深灰色，料片的寬度b0為45 mm，長度I0為115 mm，自由夾緊長度IF為95 mm，重疊長度Iu為18～25 mm。強度檢驗時的樣本裝配點需要位于重疊的幾何中心。為確保結(jié)果的可比性，自由夾持長度IF和Iu需要保持恒定。對于所有的測試，5個樣本是必要的，測試速度為10 mm/min[3]。

圖9 料片尺寸圖

鉚釘出現(xiàn)斷裂是不允許的，因此斷裂形式必須記錄。鎖鉚連接的三種斷裂形式如圖10所示。

圖10 鉚釘斷裂示意圖

認可檢驗或批量監(jiān)控時，需要制備5個試樣進行檢驗。批量監(jiān)控時，內(nèi)部檢驗合格后，可以不進行強度試驗。

3.4 不合格品的返工

在生產(chǎn)過程中，有時會出現(xiàn)不合格的鎖鉚連接點。如果發(fā)現(xiàn)不合格現(xiàn)象，需要對不合格品進行返工。返工前需要準備返工工具，包括手槍鉆、鉆頭及手動拉鉚槍等。對需要返工的部位進行清潔，然后鉆孔，并用抽芯鉚釘進行拉鉚連接。返工連接的抽芯鉚釘代碼為WHT005 413,如圖11所示。

圖11 抽芯鉚釘

4 結(jié)束語

近年來，隨著車身輕量化技術的發(fā)展，各類輕量化連接技術不斷推陳出新，除本文介紹的鎖鉚技術外，還有熱熔鉆技術、摩擦焊接接合技術、實心鉚釘沖鉚接合技術、咬口連接接合技術、膠粘接合技術等[4-13]。由于輕量化連接技術的大批量工業(yè)應用在我國汽車行業(yè)起步較晚，各方面經(jīng)驗不足，因此本文介紹鎖鉚技術，意在拋磚引玉、相互交流。

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Self-piercing riveting is a new technology for lightweight body connection.Presented a general description on the lock riveting technology that covers process parameters,technical characteristics,process flow, equipment and operation mode,and an introduction on quality inspection after the self-piercing riveting in the fields of visual inspection,metallurgical testing and strength testing.

機動車；鎖鉚連接；應用

Motor Vehicles；SPR；Application

TH131.1

B

1672-0555（2016）04-017-04

2016年5月

劉昌旭（1970—），男，本科，工程師，主要從事工藝樣車生產(chǎn)制造工作