铝合金在轻量化车身中的应用及连接技术

铝合金在轻量化车身中的应用及连接技术

汪 翔

吉利百矿集团有限公司 广西百色 533000

摘要：在汽车行业的发展过程中，突出了安全、节能、环保等重点话题，需要通过对汽车轻量化技术的灵活使用，对结构设计予以优化和完善，实现对轻量化材料的充分利用，为汽车轻量化发展提供广阔的空间支持。在使用铝合金等材料时，应借助先进的连接技术，突出此类材料在轻量化车身中的应用优势，为轻量化汽车制造行业的发展提供全新目标。

关键词：轻量化车身；铝合金材料；具体应用；连接技术

引言

在使用铝合金材料的过程中，由于材料自身的密度相对较小，并且具备优良的导电性能、导热性能、可塑性和可焊接性，所以可以其应用于车身制造过程中。通过优化车身的轻量化效果，确保车身的整体动力性能得以提升，保证车身的可控性与可操作性，使燃油经济性方面的特性得以提升。

一、基于铝合金材料的车身轻量化制造

对于常见的车身轻量化材料来说，通常是以轻合金、工程塑料、高强度金属材料、碳纤维增强复合材料以及碳纤维增强陶瓷材料为主。在使用铝合金材料时，需要引进先进、优良的加工工艺，确保车身曲面的优美特性，并突出车身的耐腐蚀性能。在使用铝合金材料时，将其应用于车身制造环节，能够在表面区域进行氧化，从而形成氧化层与铝机体牢固结，且此类物质具有致密特性，所以能够加大对车身的保护力度，形成严密性的保护模式。

二、基于铝合金材料轻量化车身制造的连接技术

（一）搅拌摩擦焊技术

在使用搅拌摩擦焊技术的过程中，需要使用铝重金属和钢重金属，将其应用于焊接过程中，突出此类焊接方法的重要作用。通过设置高效化的搅拌头旋转模式，使其能够与待焊工件之间进行摩擦，从而产生大量的热能，将其作为基本热源，直接应用于焊缝区域的金属处理环节，使金属能够经历热塑性变形、流动、扩散以及在结晶等基本过程，保证冶金结合的牢固性，形成完善的共享连接方法。

通过对搅拌摩擦焊方法予以细致划分，通常还能够将其分为搅拌摩擦点焊与搅拌摩擦焊等两种形式，需要结合铝合金车身轻量化工艺的实施要求，筛选出合适的搅拌摩擦焊操作方法。以搅拌摩擦点焊方法为例，由于此类方法属于故障连接方法，所输入的热量相对较低，能够采取有效措施，对铝、钢材料结合面金属予以有效控制，确保金属间化合物能够顺利形成，发挥出铝、钢材料连接方法的优势和效用。其原理如图1所示。

图1 搅拌摩擦点焊工艺过程

（二）半空心铆钉自冲铆接技术

在使用自冲铆接工艺的过程中，通常需要利用半空心铆钉等基础设施，结合上层板与下层板之间的实际情况，当受到塑性大变形的影响时，还应对实际所形成的机械自锁进行刺穿，从而完成自冲铆接等工艺要求。如图2所示。在使用半空心铆钉自冲铆接技术的过程中，为了保障自冲铆接接头设置的合理性，并符合合格性的质量要求。

图2 自冲铆工艺过程及其接头

首先，需要借助铆钉的腿部力量，在腿部驱动杆的推动作用下，对上层的板材予以顺利刺穿。其次，在处理铆钉腿部的过程中，需要从下层板位置入手，使其能够呈现出喇叭形状，并以张开的形式为主，确保下层板能够及时勾住张开形式的铆钉腿，从而形成机械自锁的形式。最后，若下层钢板无法被顺利穿透时，那么需要对接头位置加以调整，确保接头具备优良的气密性能，进一步强化接头的抗腐蚀能力。

在使用SPR工艺的过程中，能够将其应用于机械冷成型连接作业阶段，发挥出此项工艺的应用优势，对钢材料、铝材料以及塑料等多种不同的材料进行连接。对于铝制材料的SPR铆接点来说，此类点位的静态强度相对较高，并且能够同步提高铝制材料SPR铆接点的疲劳程度。将其与后铝板材RSW的强度进行对比可以看出，铝制材料的SPR点静态强度和疲劳强度，相较于后置铝板材RSW强度普遍较高。通过对SRP工艺予以分析，可以看出此类工艺属于单步形式，且工艺操作时间具备可控性，能够将实际的操作时间控制在4秒左右，且这4秒的时间通常是以纯铆接时间为主。

SPR工艺属于低能耗的工艺形式，具有绿色化和环保化的优势，可以采用过程自监控的方法，对SPR工艺的操作质量予以严格管控，优化铆接作业的实施成效。在检测SPR工艺的过程中，需要结合实际的生产阶段，对铆接点的塑性变形区域进行观察，以剖面直观性观察为主，对铆接作业的实施质量进行评价，保障评价结果的合理性与客观性，并对铆接点的整体质量和合格程度进行判断，确保铆钉变形界面能够呈现出轴对称的形式。

（三）无铆钉铆接技术

在使用无铆钉连接技术的过程中，需要利用板件自身的冷变形能力，实现对板件的有效加工，采用压力加工的方法，确保板件能够产生局部变形现象，加强板件之间的连接力度，突出此类机械连接技术的优势和效用。如图3所示。在使用无铆钉铆接技术时，整体的费用成本相对较低，在此类优势的作用下，在国外的汽车工业行业的发展过程中，为此类铆接工艺的推广和应用提供了广泛的空间支持。

图3 无铆钉铆接工艺过程示意图

通过对无铆钉铆接技术予以细致划分，通常是以直臂整体下模以及分体下模等两种形式为主。一方面，对于直臂整体下模来说，由于模具具有整体性的特点，且模具结构设置具有简易性。另一方面，对于分体下模形式来说，所设置的模具结构具有复杂特性，且模具中存在一定的活动部分。在开展连接作业的过程中，下模会受到金属的作用，并向侧面区域进行划开，对金属材料带来直接影响，使金属材料能够形成塑性镶嵌的效果，以此来强化材料的强度。如图4所示。

图4 典型的无铆钉连接接头

结束语：在应用铝合金材料的过程中，能够为车身轻量化发展提供明确方向，突出铝合金连接工艺的关键作用。通过对车身的造型特点予以分析，在明确设计规范差异的基础上，采用不同类型的铝合金连接技术，并对此项技术的经济性与合理性等优势进行预测，结合车身制造的实际要求，筛选出适宜性的连接技术，发挥出铝合金连接技术的优势和效用，促进车身轻量化的长久化发展。

参考文献：

[1]彭海丽,原溢. 铝合金在车身轻量化技术中的应用[J]. 冶金与材料,2021,41(04):111-112+114.