拉鉚釘工藝在客車車身輕量化中的應(yīng)用

□吳志偉

一、引言

隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，以及人們對環(huán)境保護的重視，降低能源消耗、減少環(huán)境污染成為汽車行業(yè)發(fā)展的方向，而輕量化則成為節(jié)能減排關(guān)鍵。通過采用輕質(zhì)材料替代鋼鐵材料以及改進制造工藝，就可以最大限度實現(xiàn)汽車輕量化。在眾多輕質(zhì)材料中，鋁合金具有良好的抗沖擊性能，并且密度小，強度高，耐蝕性好，并可獲得具有良好鑄造性能的鑄造鋁合金及加工塑性好的變形鋁合金。通過在客車車身使用這種材料，以達到汽車的輕量化，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而減少燃料消耗，降低排氣污染。實驗證明，汽車整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升;汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。而汽車每使用1kg鋁可降低自重2.25kg，減重效應(yīng)高達125%，在汽車整個使用壽命周期內(nèi)可減少廢氣排放20kg。由此可見鋁合金在汽車輕量化中的優(yōu)越性。

目前汽車輕量化用材鋁件的連接工藝有焊接、鉚接等。鋁合金焊接容易產(chǎn)生氣孔、熱裂紋及焊接變形，而且焊接接頭軟化嚴重，同時鋁合金熱導(dǎo)率大，一定的焊接速度下，熱輸入比焊鋼材大2～4倍。焊后焊縫表面易產(chǎn)生氣孔、咬邊、裂紋等缺陷;焊縫內(nèi)部易產(chǎn)生未熔合、未焊透、咬邊、氣孔等缺陷。這些缺陷的存在，將引起局部應(yīng)力集中，尤其是當焊趾或者焊根高應(yīng)力集中區(qū)存在缺陷時，會進一步加劇這些疲勞危險部位的應(yīng)力集中，嚴重影響焊接接頭的疲勞強度。在客車骨架的生產(chǎn)制作過程中，骨架的立柱、橫梁等型材的截面形狀是多樣的，這更增加了焊接的難度。鉚接中的拉鉚能夠適應(yīng)新結(jié)構(gòu)材料連接的需要，同時具有較高的質(zhì)量及較長的使用壽命。

二、拉鉚釘工藝流程

拉鉚釘是利用虎克定律原理，使用專用設(shè)備將部件進行緊固，緊固件具有高緊固力、高抗剪力及永不松動的特性，拉鉚釘緊固件常被用來取代焊接。一般拉鉚工藝流程:工具檢查→定位與夾緊→確定孔位→制孔→制窩(沉頭鉚釘)→倒角→放鉚釘→施鉚→防銹。

三、鉚釘種類及施鉚

拉鉚釘常用的有環(huán)槽鉚釘、結(jié)構(gòu)性抽芯鉚釘及BOM釘，拉鉚釘安裝工具分兩大類:一類為液壓拉鉚設(shè)備，另一類為氣動拉鉚設(shè)備。液壓拉鉚設(shè)備的主要功能是用于對各種金屬合金車體及結(jié)構(gòu)采用的較大直徑以及使用數(shù)量大的小型緊固件進行鉚接。氣動拉鉚沒備是用壓縮空氣作為動力，采用專用拉鉚工具進行安裝緊固件，空氣壓力要大于0.6MPa。工具在使用之前，應(yīng)進行尺寸檢查和試鉚，以保證鉚接成形良好，達到拉脫力的要求，再在成品上面使用。

(一)環(huán)槽鉚釘。環(huán)槽鉚釘也叫哈克釘，鉚釘由釘桿和釘套組成。一套環(huán)槽鉚釘是由一個釘桿和一個套環(huán)組成的，由鋁、鋼和不銹鋼材質(zhì)制成，直徑范圍可從3/16"到3/8"。

1.環(huán)槽拉鉚釘?shù)木o固操作。環(huán)槽鉚釘經(jīng)由哈克槍在單向拉力的作用下，拉伸栓桿并推擠套環(huán)，將套環(huán)擠壓到螺桿凹槽使套環(huán)和螺栓形成100%的結(jié)合，產(chǎn)生永久性緊固力。這個完整的鉚接過程一般只需要5～8秒鐘。

2.哈克鉚釘槍鉚接環(huán)槽鉚釘次序。一是將哈克螺栓穿入連接孔，套環(huán)套在環(huán)槽螺栓上;二是哈克槍槍頭套在栓桿尾部，按下開關(guān)，頭部推動套環(huán)去掉間隙;三是槍頭部將套環(huán)模壓在栓桿的環(huán)形溝槽上，直到套環(huán)伸長并鉗壓在栓桿上;四是達到設(shè)計夾緊力后，栓桿尾部同栓桿拉斷分離，鉚接完成。

(二)BOM鉚釘。BOM鉚釘是一種高強度的結(jié)構(gòu)盲拉鉚釘，是要求高荷載，單面安裝的最理想選擇。它可以滿足從4.8mm到19.1mm的各種常規(guī)直徑和夾緊范圍的要求，有效解決了腔式型材只能單面打孔零件的固定。與環(huán)槽鉚釘對比，BOM鉚釘除了可以單面安裝之外，省去了套環(huán)套的步驟，從而可以快速簡單地操作。要求單面安裝時，應(yīng)將被鉚接件緊密貼合，縫隙應(yīng)不大于1mm。

(三)鉚釘孔要求。確定孔的位置后，使用專用鉆頭進行鉆孔，鉆孔時不應(yīng)使用潤滑油，且孔的軸線應(yīng)垂直于鉚釘頭所在的零件表面，偏斜應(yīng)不大于1°，并去除孔邊毛刺。對于沉頭鉚釘，需要制窩的鉚釘孔，窩的角度應(yīng)與鉚釘沉頭角度相同，且其中心線應(yīng)與孔的中心線同軸，同軸度不大于0.06mm，偏斜應(yīng)不大于1°，并且與釘頭貼合一側(cè)的孔口應(yīng)倒角0.3×45°。

(四)安放鉚釘及施鉚。鉚釘應(yīng)垂直面板放入，不得傾斜。環(huán)槽鉚釘及BOM鉚釘圖紙方向性無要求時，放鉚釘應(yīng)遵循以下原則:一是鉚釘放入位置應(yīng)有足夠的空間進行鉚接。二是鉚釘應(yīng)從厚度較薄或材料強度較小的零件一側(cè)放入。三是鉚釘釘頭盡可能放置在與燃油和腐蝕介質(zhì)接觸的一側(cè)。安放完成之后，按照如下施鉚工藝過程進行鉚接:放鉚釘和釘套→將拉鉚槍對準鉚釘→形成鐓頭→拉斷尾桿退出模腔→完成鉚接。施鉚過程中，槍頭模腔軸線與鉚釘軸線應(yīng)保持一致。且不允許借助錘擊釘頭的方法來滿足釘頭支承面與夾層表面的間隙要求，鉚接結(jié)束時，應(yīng)能自動脫模，不允許用搖晃鉚槍等方法強行脫模。對于環(huán)槽鉚釘，釘套表面不允許出現(xiàn)任何裂紋，不允許有松動的現(xiàn)象，且不允許有嚴重損傷。鉚接后，常使用檢驗卡板檢驗鉚釘?shù)纳斐隽炕蚩s進量，檢查完成后，還應(yīng)在釘桿被拉斷的截面上涂防銹漆或采取其它防銹措施。

四、拉鉚釘在客車上的應(yīng)用舉例

拉鉚釘最早應(yīng)用于飛機制造業(yè)，后在鐵路車輛、重型汽車、建筑領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在客車車身上，對于截面形狀復(fù)雜的型材進行連接，需要使用角碼進行銜接。在7.7m商務(wù)客車上的雙展翼立柱與腰梁的連接，所使用連接角碼尺寸為75×55×5，然后使用拉鉚釘進行固定。所用型材為6082－T6變形鋁合金，具有中等強度和良好的耐蝕性，重量又輕。角碼的孔使用模具沖孔成型，保證孔位。

進行拉伸試驗時，采用雙展翼鋁合金型材兩段，長度各300mm，在工裝夾持下使用C6LB－R8－6G環(huán)槽鉚釘和氣動專用鉚槍，氣體壓力0.65MPa，由專人進行鉚接。在緊固作業(yè)后，對所有緊固處進行合格判斷。達到緊固后的頭部與母材間無表面間隙，母材無異常的扭曲、變形。在拉力試驗機上做破壞性拉力試驗。其最大破壞拉力為3.83KN，樣件的最大抗拉力值為鉚釘脫落時的最大拉力值，約225MPa的抗拉強度。

五、結(jié)語

通過對拉鉚工藝的全面介紹以及在客車鉚接案例分析可知，拉鉚釘可以進行客車車身鋁合金型材的連接。拉鉚釘緊固件所產(chǎn)生的高緊固力、永不松動、操作簡便等性能，并可以獲得較高的強度。該工藝可以應(yīng)用于客車左右側(cè)圍、前后圍以及一些艙門和內(nèi)飾骨架的連接，目前在金港ZJG6140機場大巴及ZJG6770商務(wù)客車中得到了應(yīng)用，并獲得較好的效果。隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展，各種新材料的的廣泛應(yīng)用，拉鉚釘作為一種新型、先進的連接結(jié)構(gòu)，必將在實現(xiàn)汽車輕量化的過程中發(fā)揮一定的作用。

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