原创： 赵一鸣 等
应用铝合金等轻质金属材料是实现车身轻量化、降低整车油耗及排放的有效方式。
介绍了一种新型的汽车用钢板和铝板连接技术, 该技术通过钢钉冲铆铝板和钢钉与钢板点焊工艺实现了钢铝连接, 称之为钢铝电阻焊连接 (Intelligencte Welding, IW) 。
较自冲铆连接 (Self Pierce Rivet, SPR) 和自攻螺纹连接 (Flow Drill Screw, FDS) , 其能在保证连接强度的条件下实现钢铝之间低成本、高品质的连接, 具有很好的发展前景。
1、前言
随着我国汽车产量和保有量的不断攀升, 汽车能源消耗和有害气体排放逐年递增。在日益短缺的能源状况和日益恶化的环境状况下, 研发节能、低排放的汽车技术是减少能源消耗和环境污染的必由之路。
从国际发展趋势上看, 轻量化是汽车节能环保最具实施效率的措施。同时由于车身一般占整车质量的25%~30%, 因此车身的轻量化对整车减重至关重要。
由于铝合金等轻质金属低密度的先天优势, 使得这些材料的应用逐渐成为车身轻量化的发展方向。
但由于与铁的熔点和热膨胀系数的不同, 导致其与钢板无法通过点焊连接。虽然自冲铆连接 (SPR) 和自攻螺纹连接 (FDS) 能确保钢铝之间的高强度机械连接, 但是由于技术专利垄断和生产设备的大量投入, 最终导致目前生产成本较高。
SPR和FDS在实际应用当中会出现反面凸起和刺破的现象, 影响零件表面的感知质量, 因此只适合单面实施。
引入了一种新型的汽车用钢板和铝板连接技术 (Intelligencte Welding, IW) , 介绍了该技术的具体实施方式和适用范围, 同时比较了IW与SPR和FDS的成本构成以及接头力学性能, 表明IW能在保证连接强度的条件下实现钢铝之间低成本、高品质的连接。
2、钢铝IW连接实施方式
钢铝IW连接的具体实施方式如下, 特制钢铆钉通过传送机构传送至铆模中, 再利用钢铆钉和铆模在预连接位置处将已定位好的铝板冲孔并将冲孔废料排出, 最终完成钢铆钉嵌铆入铝板中的结构, 如图1所示。
图1 钢钉冲铆铝板
在预连接位置区域的钢板一侧涂适量结构胶, 以保证防腐及提高连接强度 (后期通过电泳烘房烘烤, 使结构胶固化以实现其提高连接强度的作用) ;最后, 通过电阻点焊机在钢铆钉和钢板之间完成点焊, 实现铝板与钢板的连接, 如图2所示。
图2 涂胶及钢钉和钢板点焊
该钢铆钉在冲铆和焊接完成后主要存在3个连接功能区即钢铆钉头部与下层钢板的焊接熔核区、钢铆钉杆与铝板之间的形成的铆接锁止区以及钢板、铝板和结构胶之间形成的胶接增强区, 如图3所示。
图3 IW的3个连接功能区
