原標(biāo)題：廣東鴻圖：一體化壓鑄車身結(jié)構(gòu)件的自沖鉚接技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

導(dǎo)讀

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，大型結(jié)構(gòu)件向一體化壓鑄轉(zhuǎn)變，乘用車制造中逐漸引入免熱處理高強(qiáng)韌鋁合金。目前，一體化壓鑄技術(shù)應(yīng)用集中在乘用車白車身的下車體，其中后底板已經(jīng)在多款車型上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。大尺寸電池殼體和非承載式車身車架正處于開(kāi)發(fā)階段。未來(lái)，一體化壓鑄技術(shù)有望進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率、降低成本并實(shí)現(xiàn)更高的集成度，推動(dòng)汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

自沖鉚接（SPR）是一種先進(jìn)的冷連接技術(shù)，主要用于連接兩種或兩種以上的金屬板材 ，其工序周期短、效率高，可以自動(dòng)化生產(chǎn)。該技術(shù)可以連接多種不同材質(zhì)以及難以鉚接的板材，包括同種金屬板材、異種金屬板材甚至是異種材料板材。自沖鉚接技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、船舶等行業(yè)的板材連接中。

目前SPR鉚接過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題是鉚扣裂紋。國(guó)內(nèi)外的研究聚焦于提高鋁合金的伸長(zhǎng)率，但是由于材料本身的限制和壓鑄特性的影響，伸長(zhǎng)率的提高程度有限。本研究針對(duì)鉚接參數(shù)、鉚釘規(guī)格、鉚接底模的形狀來(lái)解決鉚扣裂紋問(wèn)題。

圖文結(jié)果

自沖鉚接過(guò)程中，特制鉚釘在動(dòng)力（如液壓缸或伺服電動(dòng)機(jī)）的作用下，穿透頂層板材，并在鉚模的作用下，鉚釘尾部的中空結(jié)構(gòu)擴(kuò)張刺入底層板材，但并不刺穿底層板材，從而形成牢固的機(jī)械內(nèi)鎖結(jié)構(gòu)。自沖鉚接的流程見(jiàn)圖1。自沖鉚接過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)包括釘頭高度、殘余底厚、釘腳互鎖值，見(jiàn)圖2和表1、表2。釘腳互鎖值是鉚釘腳切入最底層板材的橫向距離，互鎖值大的鉚接質(zhì)量較好。

SPR質(zhì)量要求指標(biāo)：沒(méi)有鑄件開(kāi)裂（止口邊開(kāi)裂，鉚扣開(kāi)裂）。鑄件的伸長(zhǎng)率低或者底模深度太深時(shí)，在進(jìn)行SPR鉚接時(shí)會(huì)出現(xiàn)鉚扣裂紋（見(jiàn)圖3），此類裂紋對(duì)鑄件的防腐和鉚接的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有負(fù)面影響，在生產(chǎn)中需要消除。

圖1 SPR鉚接工藝流程

1.底模 2.待鉚接板材 3.預(yù)壓緊裝置 4.上模 5.鉚釘

圖2 自沖鉚接質(zhì)量指標(biāo)

表1 互鎖值質(zhì)量指標(biāo)

表2 剩余材料最小厚度質(zhì)量指標(biāo)

圖3 自沖鉚接鉚點(diǎn)底部裂紋形貌

自沖鉚接試驗(yàn)采用Epress電動(dòng)伺服鉚接系統(tǒng)，配置包括C形框架、電動(dòng)伺服控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)和鉚接互鎖值測(cè)量用的二次元工具顯微鏡。

底模深度對(duì)鉚釘?shù)淖冃斡休^大的約束作用，影響材料本體的變形。采用同一種免熱處理材料和不同型腔深度的底模對(duì)同一種鉚釘（C5.5×5.5H5）進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)圖4～圖6。試驗(yàn)說(shuō)明底模型腔較深的容易產(chǎn)生裂紋。

G100110底模的型腔深度較淺，在鋁合金鑄件變形量較小的情況下也能得到較好的鉚接效果，可以獲得較大的互鎖值，底模較深的鉚接點(diǎn)的鉚接深度較大而互鎖值相對(duì)較小。因此，較淺的SPR底模對(duì)鋁合金的伸長(zhǎng)率要求有所降低，免熱處理材料可以考慮采用型腔深度較淺的底模設(shè)計(jì)。

圖4 試驗(yàn)用不同深度的SPR底模

圖5 不同深度底模的鉚接效果

圖6 不同深度底模鉚接互鎖值

鉚釘?shù)拈L(zhǎng)度決定了鉚釘刺入鋁合金材料的深度，也影響材料在底模中的變形量。采用免熱處理材料的試片，配合G120100R24底模（型腔深度為1.0 mm）鉚釘分別為杜克C5.3×5.0H4和杜克C5.3×4.0H4進(jìn)行鉚接，鉚接效果件圖7和圖8?？梢钥吹?，互鎖值合格的條件下鉚釘長(zhǎng)度較短的SPR鉚接組合不易出現(xiàn)裂紋。

圖7 不同鉚釘長(zhǎng)度的鉚接效果對(duì)比

圖8 不同鉚釘長(zhǎng)度的鉚接互鎖值

鉚接的工藝參數(shù)（鉚接速度、緩沖速度等）影響鉚釘刺入鋁合金本體的速度和鋁合金材料變形速率。采用G092095底模+廣新C5.3×5.5H2鉚釘，材料為5754鋁合金片材+AlSi10MnMg壓鑄件鋁片。改變鉚接速度、緩沖速度和保壓時(shí)間觀察底部裂紋的變化情況，見(jiàn)表3~表5。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鉚接速度為35 mm/s，保壓時(shí)間為0.3 s時(shí)，不同的緩沖速度下鉚接點(diǎn)的鉚扣上都有輕微裂紋，外觀上無(wú)明顯差異，鉚接的互鎖值和底部殘留量都符合要求且數(shù)據(jù)接近，可以推斷出緩沖速度對(duì)鉚接裂紋影響不大。不同的鉚接速度下，外觀上鉚扣表面都有細(xì)小裂紋，且相互間無(wú)明顯差異，各個(gè)鉚接速度下的互鎖值和底部殘留厚度合格，可以推斷出鉚接速度的變化對(duì)底模裂紋影響較小。不同保壓時(shí)間下，鉚扣底部都有微小裂紋，且相互間無(wú)明顯差異，鉚接的互鎖值和殘留底厚合格滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，保壓時(shí)間對(duì)鉚接裂紋影響不大。

表3 緩沖速度對(duì)鉚接裂紋的影響

表4 鉚接速度對(duì)鉚接裂紋的影響

表5 保壓時(shí)間對(duì)鉚接裂紋的影響

結(jié)論

（1）SPR鉚接的底模采用較淺的型腔設(shè)計(jì)有利于鉚扣底部裂紋的改善，以適應(yīng)壓鑄過(guò)程中鑄件本體鉚接處伸長(zhǎng)率的波動(dòng)。

（2）鉚釘?shù)拈L(zhǎng)度對(duì)鉚扣底部的裂紋有明顯影響，在保證互鎖值的前提下，為減少鉚釘對(duì)板材的過(guò)度擠壓導(dǎo)致板材開(kāi)裂，宜采用較短的鉚釘鉚接。

（3）SPR鉚接時(shí)，不同的鉚接參數(shù)對(duì)被鉚接板材和鉚釘?shù)淖冃斡绊懖淮?，?duì)鉚接質(zhì)量無(wú)顯著影響。

《一體化壓鑄車身結(jié)構(gòu)件的自沖鉚接技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用》

劉付曙 黃祥 萬(wàn)里 林韻 安肇勇 鐘宇毅
廣東鴻圖科技股份有限公司

本文轉(zhuǎn)載自：《特種鑄造及有色合金》