車身鎖鉚連接技術(shù)的應(yīng)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(shù)的應(yīng)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(shù)。從工藝參數(shù)、技術(shù)特點(diǎn)、工藝流程、設(shè)備及操作方法對(duì)鎖鉚技術(shù)進(jìn)行了概述，同時(shí)從外觀檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、強(qiáng)度檢驗(yàn)等方面介紹了進(jìn)行鎖鉚連接后的設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)。

截至20世紀(jì)90年代，汽車基本都是鋼密集型車身。隨著車身技術(shù)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(fù)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(hào)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(yīng)運(yùn)而生[1-2]，筆者對(duì)此進(jìn)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(jìn)行流動(dòng)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(jiǎn)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(shù)特點(diǎn)

鎖鉚點(diǎn)具有較高的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，并具有如下特點(diǎn)：①強(qiáng)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(jìn)行多層材料的組合；⑥可以連接不同厚度、不同強(qiáng)度的材料；⑦機(jī)械連接，無熱效應(yīng)。

1.3 工藝過程

鎖鉚連接的工藝過程包括六個(gè)階段：定位、預(yù)壓、夾緊、沖裁、擴(kuò)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(gè)方面：鎖鉚鉚釘、下胎模、預(yù)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(shè)備

2.1 設(shè)備的構(gòu)成

鎖鉚設(shè)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(shè)備

2.2 設(shè)備的操作方式

設(shè)備的操作方式分為便攜式、手動(dòng)操作方式與自動(dòng)操作方式，如圖7所示。

圖7 鎖鉚設(shè)備操作方式

3 質(zhì)量檢驗(yàn)

鎖鉚連接的質(zhì)量檢驗(yàn)包括三種方式：外觀檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)及強(qiáng)度檢驗(yàn)。

3.1 外觀檢驗(yàn)

外觀檢驗(yàn)常用的檢測(cè)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(yàn)的質(zhì)量要求如下：①進(jìn)行位置、數(shù)目、沖鉚方向檢查；②進(jìn)行板材和鉚釘裂紋檢查；③進(jìn)行鉚接底部的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性檢查，對(duì)稱度≤0.40 mm；④測(cè)量鎖鉚的頂厚，即頂部高出板材的厚度，要求≤0.30 mm；⑤測(cè)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(yàn)，首、中、尾各一次，并做好檢驗(yàn)記錄。

圖8 百分表

3.2 金相檢驗(yàn)

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

表1 金相檢驗(yàn)的具體要求

金相檢驗(yàn)的補(bǔ)充說明如下：①從中軸線位置進(jìn)行切割；②對(duì)于日常的批量監(jiān)控，宏觀切片可滿足要求；③顯微切片應(yīng)在固定的時(shí)間間隔進(jìn)行，或當(dāng)發(fā)現(xiàn)有缺陷時(shí)進(jìn)行；④需要進(jìn)行認(rèn)可試驗(yàn)時(shí)，顯微切片是必要的；⑤對(duì)于在試片上進(jìn)行的檢驗(yàn)，每一項(xiàng)檢測(cè)至少需要5個(gè)切片，且在至少10倍放大倍數(shù)下檢查；⑥對(duì)于間隙和涂層后的評(píng)價(jià)，應(yīng)使用50倍或更大的放大倍數(shù)。

3.3 強(qiáng)度檢驗(yàn)

強(qiáng)度檢驗(yàn)的料片尺寸如圖9所示，夾緊區(qū)域被標(biāo)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(qiáng)度檢驗(yàn)時(shí)的樣本裝配點(diǎn)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(duì)于所有的測(cè)試，5個(gè)樣本是必要的，測(cè)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(rèn)可檢驗(yàn)或批量監(jiān)控時(shí)，需要制備5個(gè)試樣進(jìn)行檢驗(yàn)。批量監(jiān)控時(shí)，內(nèi)部檢驗(yàn)合格后，可以不進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.4 不合格品的返工

在生產(chǎn)過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不合格的鎖鉚連接點(diǎn)。如果發(fā)現(xiàn)不合格現(xiàn)象，需要對(duì)不合格品進(jìn)行返工。返工前需要準(zhǔn)備返工工具，包括手槍鉆、鉆頭及手動(dòng)拉鉚槍等。對(duì)需要返工的部位進(jìn)行清潔，然后鉆孔，并用抽芯鉚釘進(jìn)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(shù)的發(fā)展，各類輕量化連接技術(shù)不斷推陳出新，除本文介紹的鎖鉚技術(shù)外，還有熱熔鉆技術(shù)、摩擦焊接接合技術(shù)、實(shí)心鉚釘沖鉚接合技術(shù)、咬口連接接合技術(shù)、膠粘接合技術(shù)等[4-13]。由于輕量化連接技術(shù)的大批量工業(yè)應(yīng)用在我國汽車行業(yè)起步較晚，各方面經(jīng)驗(yàn)不足，因此本文介紹鎖鉚技術(shù)，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(jī)動(dòng)車；鎖鉚連接；應(yīng)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