闫旭东

北京奔驰汽车有限公司 北京 100176

在过去的车身生产过程中，由于都是使用钢板，连接手段也相对单一，主要围绕电阻点焊进行连接。虽然在电阻点焊的基础上发展出了单边焊接、铝点焊等其他焊接手段，但是仍然难以弥补新材料尤其是铝合金、碳纤维以及复合材料带来的异种材料连接难题。因此机械连接等新型连接手段的使用具有一定的必要性。

由戴姆勒和德国博尔豪夫紧固件公司合作推出的Impact技术，即射钉铆技术，由于其高效的连接效率，以及灵活的使用空间，得到了广泛的应用。但是由于连接时噪声极大，Impact技术特别配备了隔音房。投入如此巨大，必须保证射钉铆技术在设备和质量方面的可靠性和稳定性。

这里讨论其质量评价，以及通过实验得出的一系列优化措施。

质量评价标准

对于Impact技术的质量控制，需要从这项技术所要实现的功能，以及剔试金相实验来做一说明。Impact技术主要连接的是高强钢和铸铝，以及铝板件和铸铝件的连接，因此铸铝件是其中最重要的母材。由于是单面连接，且会破坏零件表面，因此存在脱落和渗水的可能性，需要与涂胶配合使用，所以如何保证在胶固化起作用之前保持其功能性是关键，这也是退钉力考核的由来。

如图1所示，退钉力考核的标准目前已经提高到0.22kN，因此需要对影响退钉力的诸多因素进行实验分析，确定最佳参数和位置，给出铆钉标准，并保持设备处于最佳状态。

图1 退钉力考核

研究步骤如下：

1）保持铆点位置、铆枪状态和铆钉状态一致的情况下，改变主气缸活塞压力，寻找最佳压力最佳区间。

2）保证压力不变、铆枪状态及铆钉都不变的情况下，调整铆钉位置，查看距离加强筋和零件法兰边的最优间距。

3）退钉力不足时，冻结铆钉并测量，提出改善意见。

4）保持压力和铆枪位置不变，实验不同S2状态下的退钉力表现。

5）确定压力、位置、设备及铆钉的最优数据，论证实验，进行推广。

实验过程及结果

1.确定主气缸压力最优区间

与电阻点焊及其他机械连接技术不同，Impact是以纯气动为能量源头的连接手段，保证铆钉进入板材的主要动力来自于主气缸，最大压力可达到0.8MPa。由于一般工厂压力最高是0.7MPa，因此需要增压泵来保证铆接的稳定和持续性。

实验中选取的铆钉是某车型后端横梁上的10个铆点，该位置在过去的退钉力统计中不足情况占比较高：利用具有代表性的铆点，做一组对比实验，在铆点位置、铆枪状态及铆钉都不变的条件下，得出表1所示结果。

从表1中可以看到，蓝色区间是铆枪的初始压力，绿色是进行了微调整的压力（±0.03MPa之内），黄色区域进行了较大的增加，分别为0.04MPa、0.05 MPa和0.06MPa，橙色区域是降低压力，在0.04～0.06MPa，得出结果是黄色开始出现退钉力不足情况，而橙色则出现铆接间隙太大的问题。

表1 10个铆点经过4次调整的结果对比

由此得出结论：主气缸压力过大或者过小都会导致退钉力不足的情况出现，并且得出了以上10个铆点的最佳参数。以61226279铆点为例，得出铆接压力与退钉力的关系（见图2），并且通过拉力实验得出强度关系，以便佐证实验结果。

图2 主气缸压力与退钉力关系

从实验结果得出调试的方法，并且可以为所有铆点找到最佳的主气缸压力区间，从而有效的保障质量需求，防止退钉力不足的情况发生。如图2所示，61226279的最佳压力在0.54MPa±0.03MPa，由此可以得出其他铆点的最佳数值。

2.铆点最佳位置的分析研究

根据板材实验结果，铆钉距离加强筋边距aR≥3mm即可，这种情况比较适用的是加强筋距离L≤9mm的情况，因为铆钉直径为3mm。那么对于L≥9mm的情况，是否打在正中间更好呢？通过实验验证并非如此。

通过表2及图3所示，加强筋位于零件内部，部分铆点可以借助内窥镜查看位置，但是无法测量。虽然大部分铆点处于监控盲点，但是还能通过对比实验发现铆点距离加强筋太近或者太远都不合适。

表2 铆点与加强筋距离与退钉力关系

图3 距离太近导致炸开

上述对比图示说明了距离aR需要满足的四种要求：aR≤3mm时，容易破坏加强筋强度；3mm≤aR≤7mm时，背部容易炸开；9mm≤aR≤13mm时，区间合适，不需要太大压力（见图4）；aR≥13mm时，距离另外一边太近。

图4 距离保持在10～13mm正合适

根据公式及实验结果，得到退钉力与边距相对关系曲线（见图5）。

图5 边距aR与退钉力F关系

综上所述，距离加强筋9～13mm为最佳区间，其余区间均存在风险。从金相和板材变形方面分析造成这种情况的原因，发现是因为距离加强筋太近，需要的压力大，从而会导致背部炸开。

以61226279点为例，aR≤7mm，需要压力P≥（5.4+0.3）MPa，根据上述实验结果，背部很容易炸裂，这样把两部分实验进行了统一，取得了预期的效果。

3.铆枪S2与退钉力的关系

Impact铆枪是利用气动原理，通过比例阀精确控制气压大小，从而实现每一个铆点都可以单独控制的效果。但是实际工作中，高压会对其中的缓冲块造成磨损，如何补偿这种磨损，就需要定期对铆枪进行S2检测。

如图6所示为铆钉从打入到铆枪离开过程中，铆杆的位置情况。在整个打点过程中，铆杆行程152mm，铆钉端高度1.7mm，铆杆比弹夹的平面缩回约0.2mm，因此S2的补偿距离应该是：HS2=H-L铆杆=1.7-0.2=1.5mm，其中H是铆钉端高度，L铆杆是初始位置铆杆比弹夹缩回的距离，如果铆杆超出弹夹，那么就会卡钉。

如图7所示为S2的原理和检查调整方式，如果缓冲块磨损，导致S2变小，就会导致铆杆伸出过长，将铆钉打得更深，从而导致下层板炸裂。

通过实验，得出其公差带约为0.05mm，并有如下结果：HS2≤1.45mm时，铆杆伸出过长，退钉力不足；1.45≤HS2≤1.55mm时，符合标准；HS2≥1.55mm时，可能出现间隙，需进行返修。

实验结果

本研究通过对比实验，采集数据，找到了影响退钉力的最佳压力区间、位置区间及设备调整状态，避免了剔试质量问题的发生。同时，一系列的改善，极大降低了现场质量报错和质量停机故障（见图8）。对于Impact技术质量评价和优化，提出了一定的解决思路。

结语

本次研究探究了退钉力不足的形成机理以及相关影响因素，尤其是通过建立数学模型，采集大量数据，通过对比实验，来考证究竟这些因素是如何影响退钉力的。退钉力不足的问题，可能会导致铆钉脱落，因此这一问题的彻底解决，也能避免更大的质量问题。文中提到的问题都是趋势性的，在面对个别问题时，还需要进一步研究其特殊情况。