□刘昌旭

上汽大众汽车有限公司 上海 201805

车身锁铆连接技术的应用

□刘昌旭

上汽大众汽车有限公司 上海 201805

锁铆连接是一种车身轻量化连接的新技术。从工艺参数、技术特点、工艺流程、设备及操作方法对锁铆技术进行了概述，同时从外观检验、金相检验、强度检验等方面介绍了进行锁铆连接后的设备质量检验。

截至20世纪90年代，汽车基本都是钢密集型车身。随着车身技术的发展，之后逐渐出现了铝密集型车身、全铝车身及纤维复合塑料密集型车身。某汽车车型的前轮罩如图1所示，绿色零件材料为铸铝合金AlSi10MnMg，材料牌号为TL 117A，与其连接的所有灰色零件均为普通钣金件。由于铝钢异型材料需要连接，因此锁铆连接工艺应运而生[1-2]，笔者对此进行介绍。

图1 前轮罩零件

1 锁铆工艺

如图2所示，锁铆铆钉在外力的作用下穿透第一层材料和中间层材料，并在底层材料中进行流动延展，形成相互镶嵌的永久塑性形变，这样的铆钉连接过程称为锁铆连接，英文简称SPR（Self-piercing Riveting）。

图2 锁铆工艺图

1.1 锁铆铆钉的工艺参数

锁铆铆钉如图3所示，其工艺参数包括直径、长度、几何形状、表面镀层及硬度等。

图3 锁铆铆钉

1.2 技术特点

锁铆点具有较高的抗拉强度和抗剪强度，并具有如下特点：①强度高；②适于外观质量检查；③无需钻孔，一次成形；④防水性、气密性好；⑤可以连接金属和非金属材料，以及进行多层材料的组合；⑥可以连接不同厚度、不同强度的材料；⑦机械连接，无热效应。

1.3 工艺过程

锁铆连接的工艺过程包括六个阶段：定位、预压、夹紧、冲裁、扩张、成形，如图4所示。

图4 锁铆连接工艺过程

1.4 质量影响因素

影响锁铆连接质量的因素包括四个方面：锁铆铆钉、下胎模、预夹紧压力、锁铆压力和位移，如图5所示。

图5 锁铆连接质量的影响因素

2 锁铆设备

2.1 设备的构成

锁铆设备主要由液压站、铆枪平衡缸、锁铆编程器、铆枪C型架、电缆、送钉管、铆枪上下模组成，如图6所示。

图6 锁铆设备

2.2 设备的操作方式

设备的操作方式分为便携式、手动操作方式与自动操作方式，如图7所示。

图7 锁铆设备操作方式

3 质量检验

锁铆连接的质量检验包括三种方式：外观检验、金相检验及强度检验。

3.1 外观检验

外观检验常用的检测工具为隔套百分表。隔套尺寸（外径×内径×长度）为φ12 mm×φ8 mm× 40 mm。百分表如图8所示，其中左侧为普通百分表，右侧为隔套百分表。外观检验的质量要求如下：①进行位置、数目、冲铆方向检查；②进行板材和铆钉裂纹检查；③进行铆接底部的旋转对称性检查，对称度≤0.40 mm；④测量锁铆的顶厚，即顶部高出板材的厚度，要求≤0.30 mm；⑤测量锁铆顶部低于板材的厚度，要求≤0.15 mm；⑥下板材不能被铆钉穿透；⑦铆钉头部的涂料不能被破坏；⑧铆钉15 mm内不能有焊缝；⑨每班三次检验，首、中、尾各一次，并做好检验记录。

图8 百分表

3.2 金相检验

金相检验是检查锁铆连接机械性能的重要手段，通过二维金相试样磨面的显微组织测量，确定连接部位断面的形貌及参数，从而为科学评价锁铆工艺性能提供可靠的数据。金相检验常用工具为切割机、制样机、抛光机、显微镜，具体要求见表1。

表1 金相检验的具体要求

金相检验的补充说明如下：①从中轴线位置进行切割；②对于日常的批量监控，宏观切片可满足要求；③显微切片应在固定的时间间隔进行，或当发现有缺陷时进行；④需要进行认可试验时，显微切片是必要的；⑤对于在试片上进行的检验，每一项检测至少需要5个切片，且在至少10倍放大倍数下检查；⑥对于间隙和涂层后的评价，应使用50倍或更大的放大倍数。

3.3 强度检验

强度检验的料片尺寸如图9所示，夹紧区域被标记为深灰色，料片的宽度b0为45 mm，长度I0为115 mm，自由夹紧长度IF为95 mm，重叠长度Iu为18～25 mm。强度检验时的样本装配点需要位于重叠的几何中心。为确保结果的可比性，自由夹持长度IF和Iu需要保持恒定。对于所有的测试，5个样本是必要的，测试速度为10 mm/min[3]。

图9 料片尺寸图

铆钉出现断裂是不允许的，因此断裂形式必须记录。锁铆连接的三种断裂形式如图10所示。

图10 铆钉断裂示意图

认可检验或批量监控时，需要制备5个试样进行检验。批量监控时，内部检验合格后，可以不进行强度试验。

3.4 不合格品的返工

在生产过程中，有时会出现不合格的锁铆连接点。如果发现不合格现象，需要对不合格品进行返工。返工前需要准备返工工具，包括手枪钻、钻头及手动拉铆枪等。对需要返工的部位进行清洁，然后钻孔，并用抽芯铆钉进行拉铆连接。返工连接的抽芯铆钉代码为WHT005 413,如图11所示。

图11 抽芯铆钉

4 结束语

近年来，随着车身轻量化技术的发展，各类轻量化连接技术不断推陈出新，除本文介绍的锁铆技术外，还有热熔钻技术、摩擦焊接接合技术、实心铆钉冲铆接合技术、咬口连接接合技术、胶粘接合技术等[4-13]。由于轻量化连接技术的大批量工业应用在我国汽车行业起步较晚，各方面经验不足，因此本文介绍锁铆技术，意在抛砖引玉、相互交流。

[1]克莱恩.轻量化设计:计算基础与构件结构[M].陈力禾，译.北京：机械工业出版社，2010.

[2]王云庆.锁铆铆接：汽车轻量化的连接工艺[J].汽车与配件，2012（1）:22-23.

[3]黄志超，姜宁，王建忠.实心铆钉自冲铆接数值模拟及参数优化[J].锻压技术，2009，34（3）:68-71.

[4]孙子健.异种金属摩擦焊接头结合的特点[J].焊接学报，1980，1（2）：74-79.

[5]陈学文.热熔钻孔/攻丝技术原理及其应用[J].工具技术，2007，41（7）:101-102.

[6]陈阿海，孙瑶.不锈钢热熔钻与拉铆螺母对比工艺研究[J].技术与市场，2016，23（2）：24，26.

[7]黄志超，刘晓坤，夏令君，等.自冲铆接、无铆钉铆接与电阻点焊速度对比试验研究 [J].中国机械工程，2012，23（20）：2487-2491.

[8]黄志超，刘伟燕，夏令君，等.铆钉高度和边距对自冲铆接连接质量的影响 [J].机械科学与技术，2012，31（9）：1401-1405.

[9]李永兵，李亚庭，楼铭，等.轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战[J].机械工程学报，2012，48（18）：44-54.

[10]杜坤，吴卫枫，魏庆丰，等.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）：18-23.

[11]胡远忠，刘勇.汽车白车身自动焊接机构设计研究[J].机械制造，2004，52（5）：84-86.

[12]林辉，张磊.浅谈激光拼焊板在汽车车身上的应用[J].机械制造，2010，48（8）：66-68.

[13]孙莉莉.浅析激光钎焊技术在白车身焊接中的应用[J].机械制造，2015，53（7）：82-84.

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.

机动车；锁铆连接；应用

Motor Vehicles；SPR；Application

TH131.1

B

1672-0555（2016）04-017-04

2016年5月

刘昌旭（1970—），男，本科，工程师，主要从事工艺样车生产制造工作