轻量化连接装备之自冲铆接设备

一、前言 汽车轻量化技术作为汽车产品实现节能减排、增加新能源汽车续航里程的有效途径[1],越来越被汽车企业重视,在量产车型的使用中也越来越广泛.实现汽车轻量化技术的重要途径之一是在生产制造过程中采用先进的制造技术[2].谈到先进的轻量化制造技术不得不重点介绍SPR(Self-piercing Rivet),在捷豹XFL...     

锁铆连接：专门解决汽车轻量化出现的连接工艺问题

20世纪中后期,大规模工业化、信息化和全球化的经济发展推动了连接装配技术的快速进步。传统的低效率铆钉连接工艺和高耗能焊接工艺因成本居高而受到了前所未有的挑战。20世纪70年代末的能源危机极大地促进了汽车轻量化的发展,同时也催生了新型锁铆连接工艺技术的诞生。     

浅谈连接技术在汽车轻量化上的应用

汽车轻量化属于汽车制造产业中的一个新型概念,实际就是汽车在原有性能不降低(如安全性、舒适性及碰撞性等)且自身造价未增加甚至降低的这一前提下,有目的性且规范化的使汽车重量得以减轻。汽车轻量化实为各环节、高流程的高度集成,如前期设计、材料选用、先进加工成型技术应用等,由此可知,汽车轻量化属于一个十分庞大的系统工程,所以,在汽车制造领域中应用汽车轻量化技术,有助于节能减排、降低能耗及提高整车安全性。本文围绕汽车轻量化,就连接技术在其中的具体应用作一剖析,望能为此方面的应用研究提供一些借鉴。     

轻量化薄壁结构点连接技术研究进展

汽车、机车、飞机、火箭、飞船等载运工具普遍具有薄壁结构特征,薄壁结构的轻量化是提高载运工具性能和竞争力的关键。综合考虑轻量化的成本和效果,采用多材料、多结构混用,在降低产品自重的同时为产品设计提供更多的选择,已经成为轻量化技术发展的必然趋势。电阻点焊和铆接作为典型的点连接工艺,大规模应用于载运工具薄壁结构的制造,是先进制造领域的基础工艺。然而,高强钢、高强铝合金、铸铝、镁合金、复合材料等高比强度轻量化材料以及铸件、挤压型材等轻量化结构的应用对传统点连接工艺提出巨大挑战,也促进了传统点连接工艺的技术变革和新型复合连接工艺的创新发展。为此,本文从电阻点焊、铆接以及复合点连接工艺三个方面进行综述,系统阐述了近年来各工艺的研究进展,重点分析了新工艺的机理、优势、局限性、应用现状及发展趋势,旨在为新型轻量化薄壁结构的设计与制造提供有益借鉴。     

汽车轻量化车身材料连接工艺研究

近几年国家大力提倡低碳环保、节能减排,推动新能源政策和汽车轻量化发展。而复合材料以其独特的轻量化效果应用于车身已成为汽车轻量化的发展趋势。由于复合材料的多元化使得车身结构各连接处有异种材料,这就涉及到连接工艺。不同结构的车身,不同类型的复合材料,其采用连接工艺不同。接下来主要对复合材料的不同连接工艺、国内外的研究进行分析研究,展望连接技术工艺的研究前景。     

镁/钢异种板自冲铆连接及耐腐蚀性能研究

现有的镁/钢件连接技术尚不能完全满足实际应用的技术要求,压铆、锤铆和旋转半空心铆钉自冲铆接技术(SPR)等容易使镁合金件产生开裂;电阻点焊和搅拌摩擦焊等技术连接强度太低,达不到连接强度要求;螺栓连接和拉铆必须预先打孔,存在操作和装配不方便等问题。研发了一种爆炸驱动的超高速自冲铆接用铆枪和铆接新工艺,铆钉从射钉器的射击口射出的速度大于152m/s,从而实现镁合金板与钢板的实心铆钉自冲铆接,避免镁合金板的开裂,使镁/钢牢固连接,拉剪力F_m≈5273.1N。采用此技术铆接的镁/钢板材试样用密封胶对铆钉及连接搭接部位缝隙进行密封后,耐腐蚀实验(GB/T6461-2002)研究表明,中性盐雾测试结果可达1500小时10级,即试样完好,无腐蚀破坏发生。     

自冲铆接工艺参数对接头性能影响的研究

随着新能源汽车车身轻量化的发展,铝合金复合材料在车身上逐渐被采用。由于传统焊接不适用于铝合金材料的连接,自冲铆接技术在全铝车身上的应用得到了重视。自冲铆接技术是一种冷连接技术,多片材料无需预先穿孔即可连接在一起。因此,研究自冲铆接工艺的接头性能和质量对车身轻量化有着重要的意义。基于国内外自冲铆接技术的发展现状,综合评述了接头性能的评价参数,归纳了铆钉、凹模、冲头和板料工艺参数对接头性能影响的特点,分析了其关键作用和优先程度,可用于指导自冲铆接技术工艺的开发过程。此外,通过对国外根据工艺参数对接头几何性能和抗剪强度进行预测的方法的总结,分析了国内与国外在强度预测方面存在的差距,提出了我国自冲铆接技术进一步研究的方向。     

铆速对SPR自冲铆接接头成形性能的影响

针对低碳钢340和铝合金6000的异种金属SPR自冲铆接接头,利用板材-铆钉-设备的设计思路,计算并选择合适的铆钉和铆接设备。采用五种不同的铆接速度进行该种接头的自冲铆接试验。观察各铆速下接头的截面成形形貌,并测得铆速增大时,接头底切量增大,底部厚度和剩余厚度均减小。通过测试接头的拉剪强度、脱落强度,发现两者均随铆速的增大而增大,且脱落强度增幅较小。接头失效形式主要为自锁失效和板材失效两种。铆速对接头成形性能的影响机理,主要由冲压载荷峰值变化和应变速率变化两方面组成。载荷峰值越大,接头成形性越好;应变速率越大,板材加工硬化程度越高且断裂应力越大。     

模具工艺参数对自冲铆接工艺过程及铆接质量的影响

通过对6063铝合金板料自冲铆接过程的实验和数值模拟,分析了自冲铆接工艺过程中半空心铆钉和板料的变形和受力.对比研究了铆接过程中铆钉载荷与位移的关系曲线,探讨了模具的深度、模具凸台高度和模具圆角半径对铆接质量的影响.研究表明,计算机模拟与实验结果吻合良好,自冲铆接工艺参数的探讨为提高铆接质量提供了理论依据.     

汽车轻量化与制造工艺

汽车轻量化是当前汽车工业发展方向,阐述轻量化工艺在我国现代轿车轻量化中的应用,介绍内高压成型技术、管件液压成型技术、轻量化连接技术等先进轻量化工艺,讨论轻量化工艺技术可行性,提出了我国现代轿车轻量化工艺技术发展方向.     

汽车轻量化的技术动向

为解决由能源问题带来的温室效应以及应对燃比法规,对汽车轻量化可以带来的油耗降低技术进行了介绍,并通过对高强钢、铝及复合材料3种汽车轻量化材料的研究,给出了现有技术汽车轻量化方向以及未来汽车轻量化趋势,最后对轻量化的研究方向进行了总结评估。     

白车身新材料连接工艺介绍

本文针对车身轻量化新材料发展趋势,介绍自冲铆接和旋转攻丝铆接两种新兴的白车身连接工艺,重点分析了新工艺的特点,为该技术的推广提供借鉴。     

轻量化多材料汽车车身连接技术进展*

轻量化作为汽车节能减排的重要手段,得到世界各国的高度重视。综合考虑成本、性能及轻量化效果,采用多材料混合车身设计成为未来最为重要的车身轻量化手段。然而,异质材料物理属性差异大,采用传统电阻点焊技术难以实现可靠连接,使得轻量化多材料混合车身的装配面临巨大挑战。通过对比分析典型异质材料之间的物理属性差异,提出异质材料连接必须面临和解决的三大科学挑战,即界面硬脆相问题、电化学腐蚀问题以及变形和应力问题。在此基础上,对机械连接、熔钎焊、固相焊、胶接等四类异质材料连接工艺的研究进展、优缺点、应用现状以及发展趋势等进行综合分析和评价,旨在为多材料汽车车身的设计与制造提供借鉴。     

铝合金自冲铆工艺参数的多元非线性回归模型

建立有效、可靠的自冲铆工艺及力学性能预测模型是其工业应用推广过程中亟待解决的一个重要问题。选取AA5182、AA5052和AL1420三种铝合金薄板材料,基于Box-Behnken Design(BBD)响应面法开展了铝合金自冲铆连接试验研究。以板厚、板材硬度和铆钉硬度为三参数输入条件,以冲头行程、最大冲压力和失效载荷为输出响应值,建立影响因素与响应值之间的回归模型,探究多种输入参数对响应值的影响规律。试验结果表明:依据回归模型得到的工艺和强度理论预测值与试验值之间的误差在8%以内,建立的回归模型具有较高的工程应用可靠性。通过三维响应面和等高线分析表明,板厚和铆钉硬度的交互作用对最大冲压力和失效载荷的影响最大,冲头行程主要受板材硬度和铆钉硬度的交互影响。     

铝合金汽车轻量化及其焊接技术

目前,汽车轻量化已成为汽车制造的主要研究方向。铝合金特性密度小、耐腐蚀,使得铝合金在汽车轻量化研究中得到了应用。铝合金汽车制造时,不同焊接技术对于汽车的稳定性也有所影响。在铝合金材料选择时,不同的铝合金材料对于提高汽车安全性,降低减排,减轻重量等都有不同的体现。     

轻型车身自冲铆接头拉伸剪切实验的研究

自冲铆接是一种很有潜力的连接工艺,尤其对于轻型材料(轻合金、复合材料等)的连接。文中对2 mm厚铝合金板5052的自冲铆连接试件进行了研究,分析了整个铆接过程;采用有限元分析软件ANSYS分析了自冲铆接结构;利用AG-IS力学实验机对铆接试件进行了拉伸剪切实验,通过8组实验数据分析对比,分析了铆接试件的断裂形式;客观地评价了自冲铆连接技术对汽车轻量化制造的重大意义。     

轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战

2009年中国以300多万辆的优势,首次超越美国,成为世界汽车产销第一大国,比预计提前了5～6年。中国车市的优异表现,不仅有效拉动了中国本土汽车产业链的发展,也为经济危机条件下世界汽车工业做出巨大的贡献。然而,全球产销第一带来的不仅仅是欣喜,更多的则是压力。中国汽车工业在技术水平、创新能力、品牌影响力以及国际竞争力等方面与世界汽车强国还有明显的差距。与此同时,汽车工业也成为我国能源安全、低碳经济和城市环境的巨大负担,使其发展受到限制,转型迫在眉睫。汽车轻量化作为降低原油消耗和尾气排放的重要手段,已经得到世界各国的高度重视,成为世界汽车强国提高品牌竞争力的重要手段。对全球汽车车身轻量化的方法和发展趋势进行综述,分析车身轻量化技术的发展对焊接与连接的挑战,并对新型的车身连接技术进行分析和评价,以对我国轻量化车身的设计与制造提供有益借鉴。     

汽车铝合金轮毂轻量化技术

随着能源价格的不断攀升，为了降低油耗，汽车的轻量化设计得到了足够的重视。轮毂作为车辆承载的最重要的安全部件，它不仅承受车辆自重垂直作用到轮毂上的压力，还受到车辆在起动、制动时动态扭矩的作用以及车辆在行驶过程中转弯、凹凸路面、路面障碍物的冲击等来自不同方向动态载荷产生的不规则交变受力，其受力情况非常复杂而且是动态变化的。作为行驶中高速旋转的轮毂，     

ABAQUS二次开发在自冲铆接模拟中的研究

在汽车白车身连接技术中,自冲铆接占据着重要的地位.基于ABAQUS有限元软件建立自冲铆接仿真模型.采用Python脚本语言和RSG功能对ABAQUS软件的前后处理模块进行二次开发,建立参数化建模的人机界面,有效简化建立模型的繁琐过程.通过对不同头高参数和底层板厚度的模型进行仿真与试验,验证仿真模型的准确性.研究结果表明:提高头高参数和底层板厚度都能够增加薄板搭接的铆接接头剩余厚度.     

ABAQUS二次开发在自冲铆接模拟中的研究

在汽车白车身连接技术中,自冲铆接占据着重要的地位.基于ABAQUS有限元软件建立自冲铆接仿真模型.采用Python脚本语言和RSG功能对ABAQUS软件的前后处理模块进行二次开发,建立参数化建模的人机界面,有效简化建立模型的繁琐过程.通过对不同头高参数和底层板厚度的模型进行仿真与试验,验证仿真模型的准确性.研究结果表明:提高头高参数和底层板厚度都能够增加薄板搭接的铆接接头剩余厚度.