为了提高设计效率同时降低IW的工艺复杂性和成本, 考虑对钢铆钉进行系列化开发以避免由于钢铝厚度差异导致的IW连接中钢铆钉数量过多的问题。
如图16所示, 钢铆钉在断面上存在以下主要尺寸:法兰盘直径A、法兰盘高度B、铆杆长度C、铆头长度D、铆杆直径E和铆头直径F。
图16 钢铆钉断面主要尺寸
考虑尺寸B与钢铝板厚度无关, 且尺寸D为冲铆锁止区的固定关键尺寸;同时由于钢板和钢铆钉之间是普通的点焊连接工艺, 所以钢板厚度变化不会对钢铆钉和钢板之间的点焊质量造成影响, 因此在只改变与铝板厚度有关的尺寸C的基础上对钢铆钉进行系列化开发, 如图17所示。
图17 钢铆钉系列化开发
结合大量相关的试验, 得出结论:冲铆完成后钢铆钉铆头露出铝板的高度P控制在0.3~0.5mm内不会影响后续焊接质量, 如图18所示。
图18 冲铆完成后铆头露出铝板的高度P
根据以上分析结果, 得出了适用于某钢铝混合车身中钢铝IW连接的钢铆钉系列化设计方案, 如表1所示, 即只使用五种尺寸C不同的钢铆钉覆盖所有的钢铝IW连接。
表1 某钢铝混合车身中IW连接的钢铆钉系列化设计方案
在生产效率方面, 由于FDS工艺需要2~3s的高速旋转攻螺纹过程, 因此单件的生产效率较SPR和IW低;同时SPR和FDS由于技术专利垄断和专业生产设备的大量投入, 因此单件成本和设备成本过高, 而IW的冲铆设备不存在技术壁垒且结构简单, 同时后续焊接设备沿用目前普通点焊设备即可, 因此成本大大低于SPR和FDS。
5、结论
a.IW较SPR和FDS具有外观质量高、成本低、设计柔性化程度高的优势。
b.IW的抗剪能力略高于SPR和FDS, 且失效变形较小;IW的抗拉能力低于FDS但高于SPR, 且失效变形较大。
因此在混合车身的开发设计中, 对于受剪切载荷强于拉伸载荷的钢铝连接区域可采用IW连接方式, 而对于受拉伸载荷强于受剪切载荷的钢铝连接区域应采用FDS连接方式。
作者：赵一鸣 陈虹 王镝 陈东平
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