自冲铆接技术在汽车车身轻量化中的应用

自冲铆接技术在汽车车身轻量化中的应用

戴小慧

广东鸿图南通压铸有限公司226300

摘要：本文主要阐述了自冲铆接工艺的基本概念、工艺类型以及与焊接工艺的效果对比，得出对于汽车所用的材料之间的连接，可以采用自冲铆接技术来实现汽车车身的轻量化，对未来汽车制造业的发展有很大的推动作用。

关键词：自冲铆接技术；工艺类型；应用

社会经济的迅速发展，让汽车制造行业的竞争压力不断上升，为了创造更高的经济效益，需要不断推出新款，众多制造业在推出新款汽车时不仅在提高汽车的安全性和性价比上寻求突破，更是将目光放在了行驶经济性上。研究表明，当整车的重量降低10%时，可以增加3.8%的燃油经济性，CO的排放量降低4.5%，刹车距离减小5%，大大提高了轮胎的使用寿命。所以，汽车轻量化是提高汽车性能的重大潜力，应该在这方面予以重视。在汽车车身轻量化的制造中，要想大幅度降低汽车整体重量，需要使用大量的轻金属和非金属材料，铝合金材质搭配强化塑料，能够起到很好的轻量化作用。但这些轻金属和非金属材料使用传统的点焊技术很容易损害到材料本身的使用功能，为了能够更好的发挥出材料的功能，创造更高的经济效益，提出了铆接技术来解决材料之间的连接问题。

在对材料进行连接工作时，如果采用传统的铆接技术，需要提前对材料做预冲孔，随后用铆钉将材料连接，这种铆接工作不仅工艺复杂，外观形象差，而且效率不高且不容易实现自动化。自冲铆接技术的出现，让汽车在车身轻量化的发展上取得了很大的进步，今天，笔者就来谈一谈自冲铆接技术，希望能有更多专业的学者来进行探讨，共同学习进步。

1.自冲铆接技术

1.1自冲铆接技术概述

自冲铆接技术就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，更好地迎合了我国节能环保的意识倡导等。

1.2自冲铆接工艺的类型

①实心铆钉的自冲铆接工艺

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，铆钉在到达凹槽后也会停止下落运动。这个时候冲头再次下行，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，两层材料必须是能够发生塑性变形的金属。

图1腰鼓形实心铆钉的铆接工艺

图2中展示的则是圆柱形实心铆钉的自冲铆接工艺。这种铆接工艺的工作流程是这样的：冲头在进行冲压工作时，下行至停止点，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圆柱形实心铆钉的自冲铆接工艺

在采用实心铆钉工艺对材料进行铆接工作时，还要注意以下几点：

a.在对相同的金属材料进行铆接工作时，要把较厚的材料置于下层；

b.在对不同的金属材料进行铆接工作时，要将材质硬度高的置于下层；

c.在需要进行铆接工作的材料时金属与非金属时，要把金属材料置于下层。

②半空心铆钉的自冲铆接工艺

提到实心铆接工艺，就需要提一下现在常用的半空心自冲铆接工艺，像图3所示，是半空心自冲铆接工艺示意图，它与实心自冲铆接工艺有很大不同，具体的工作流程是这样的：在进行铆接工作前，要进行一次预压紧工作，即让压边圈先做一次向下运动，将需要进行铆接的材料压紧固定，避免在铆接工作途中材料流向凹槽。冲头随后进行向下运动，冲击铆钉让铆钉向下刺穿所需铆接的上层材料，凹模再与冲头共同作用，将铆钉的尾部成喇叭状张开，牢牢抓紧下层材料，将上下两层材料紧紧连接。

图3半空心铆钉的自冲铆接工艺

在进行半空心铆接工作时，也要遵循一定的原则：

a.对两层相同金属进行铆接工作时，要将较厚的置于下层；

b.对两层材料时不同属性的金属进行铆接工作时，要将塑性好的置于下层；

c.两层材料是金属和非金属需要进行铆接工作时，要将金属材料至于下层。

2.点焊件与自冲铆接件的比较

为了更好地分析点焊件与自冲铆接件的优缺点，很多研究人员都对点焊件和自冲铆接件进行了试验，为了更为详细地阐述自冲铆接技术，笔者在这里直接分享出他们的研究成果。通过对相同的材料进行连接工作，来对焊接件和铆接件的静拉力和疲劳试验结果进行分析。研究结果表明：在普通钢板材料的连接中，焊接工艺下的拉伸强度要强于自冲铆接工艺，但抗疲劳的性能弱于自冲铆接工艺；在普通的铝合金材料的连接中，无论是拉伸强度还是抗疲劳的性能，自冲铆接工艺比焊接工艺都要强很多。（图4）

图4焊接工艺与自冲铆接工艺的比较

图5凹模和铆钉的尺寸及形状

3.影响自冲铆接件静拉力和抗疲劳性能的因素

为了能够更好的研究自冲铆接件的静拉力和抗疲劳性能，要将自冲铆接工作中所涉及的凹模凸台高度、铆钉的直径和长短及厚度、需要进行铆接材料的镀层厚度等不同的条件下，进行静拉力和抗疲劳性能的试验，来寻找出影响自冲铆接件性能的因素。

通过用两块厚1.2mm的5754铝合金铆接件来进行试验，试验结果表明，连接件的静拉力随着凹模凸台的高度、铆钉的直径、铆钉长度、铆接材料厚度的增大而增大，但随着铆钉硬度、镀层厚度的增加而减小；对相同的铆接件进行抗疲劳性能试验，可以看出抗疲劳性能效果与静拉力试验效果基本相同。

4.自冲铆接技术在汽车车身轻量化中的应用前景

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，且大大降低了车身整体重量。

在通过对自冲铆接技术的简单介绍以及自冲铆接技术性能的研究，不难看出在未来的汽车车身轻量化发展中，自冲铆接技术将成为主要的“动力军”，它不仅能够提高连接件的静拉力与抗疲劳性能，还能降低车身整体重量，节省能源消耗，这是未来经济发展和生态发展的大方向。

结语：

通过对自冲铆接技术的介绍以及自冲铆接技术的应用前景，不难发现，自冲铆接技术突破了局限于金属与金属之间的连接工作，更可以广泛适用于金属与非金属之间的连接。同传统的焊接工艺相比较，能够更好的提高配件的使用性能，降低车身整体重量，且自冲铆接工艺中的“自冲”特点可以为将来的快速流水线生产创造提供良好的条件，随着新型材料的不断涌现，相信自冲铆接技术工艺也能够更好的应用于各个领域。

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.