原標題：廣東鴻圖：一體化壓鑄車身結構件的自沖鉚接技術開發及應用

導讀

隨著汽車工業的發展，大型結構件向一體化壓鑄轉變，乘用車制造中逐漸引入免熱處理高強韌鋁合金。目前，一體化壓鑄技術應用集中在乘用車白車身的下車體，其中后底板已經在多款車型上實現量產。大尺寸電池殼體和非承載式車身車架正處于開發階段。未來，一體化壓鑄技術有望進一步提升生產效率、降低成本并實現更高的集成度，推動汽車工業的持續發展。

自沖鉚接（SPR）是一種先進的冷連接技術，主要用于連接兩種或兩種以上的金屬板材 ，其工序周期短、效率高，可以自動化生產。該技術可以連接多種不同材質以及難以鉚接的板材，包括同種金屬板材、異種金屬板材甚至是異種材料板材。自沖鉚接技術已經廣泛應用于汽車、航空航天、船舶等行業的板材連接中。

目前SPR鉚接過程中面臨的主要問題是鉚扣裂紋。國內外的研究聚焦于提高鋁合金的伸長率，但是由于材料本身的限制和壓鑄特性的影響，伸長率的提高程度有限。本研究針對鉚接參數、鉚釘規格、鉚接底模的形狀來解決鉚扣裂紋問題。

圖文結果

自沖鉚接過程中，特制鉚釘在動力（如液壓缸或伺服電動機）的作用下，穿透頂層板材，并在鉚模的作用下，鉚釘尾部的中空結構擴張刺入底層板材，但并不刺穿底層板材，從而形成牢固的機械內鎖結構。自沖鉚接的流程見圖1。自沖鉚接過程質量指標包括釘頭高度、殘余底厚、釘腳互鎖值，見圖2和表1、表2。釘腳互鎖值是鉚釘腳切入最底層板材的橫向距離，互鎖值大的鉚接質量較好。

SPR質量要求指標：沒有鑄件開裂（止口邊開裂，鉚扣開裂）。鑄件的伸長率低或者底模深度太深時，在進行SPR鉚接時會出現鉚扣裂紋（見圖3），此類裂紋對鑄件的防腐和鉚接的結構強度有負面影響，在生產中需要消除。

圖1 SPR鉚接工藝流程

1.底模 2.待鉚接板材 3.預壓緊裝置 4.上模 5.鉚釘

圖2 自沖鉚接質量指標

表1 互鎖值質量指標

表2 剩余材料最小厚度質量指標

圖3 自沖鉚接鉚點底部裂紋形貌

自沖鉚接試驗采用Epress電動伺服鉚接系統，配置包括C形框架、電動伺服控制和執行機構和鉚接互鎖值測量用的二次元工具顯微鏡。

底模深度對鉚釘的變形有較大的約束作用，影響材料本體的變形。采用同一種免熱處理材料和不同型腔深度的底模對同一種鉚釘（C5.5×5.5H5）進行試驗，見圖4～圖6。試驗說明底模型腔較深的容易產生裂紋。

G100110底模的型腔深度較淺，在鋁合金鑄件變形量較小的情況下也能得到較好的鉚接效果，可以獲得較大的互鎖值，底模較深的鉚接點的鉚接深度較大而互鎖值相對較小。因此，較淺的SPR底模對鋁合金的伸長率要求有所降低，免熱處理材料可以考慮采用型腔深度較淺的底模設計。

圖4 試驗用不同深度的SPR底模

圖5 不同深度底模的鉚接效果

圖6 不同深度底模鉚接互鎖值

鉚釘的長度決定了鉚釘刺入鋁合金材料的深度，也影響材料在底模中的變形量。采用免熱處理材料的試片，配合G120100R24底模（型腔深度為1.0 mm）鉚釘分別為杜克C5.3×5.0H4和杜克C5.3×4.0H4進行鉚接，鉚接效果件圖7和圖8。可以看到，互鎖值合格的條件下鉚釘長度較短的SPR鉚接組合不易出現裂紋。

圖7 不同鉚釘長度的鉚接效果對比

圖8 不同鉚釘長度的鉚接互鎖值

鉚接的工藝參數（鉚接速度、緩沖速度等）影響鉚釘刺入鋁合金本體的速度和鋁合金材料變形速率。采用G092095底模+廣新C5.3×5.5H2鉚釘，材料為5754鋁合金片材+AlSi10MnMg壓鑄件鋁片。改變鉚接速度、緩沖速度和保壓時間觀察底部裂紋的變化情況，見表3~表5。結果發現，鉚接速度為35 mm/s，保壓時間為0.3 s時，不同的緩沖速度下鉚接點的鉚扣上都有輕微裂紋，外觀上無明顯差異，鉚接的互鎖值和底部殘留量都符合要求且數據接近，可以推斷出緩沖速度對鉚接裂紋影響不大。不同的鉚接速度下，外觀上鉚扣表面都有細小裂紋，且相互間無明顯差異，各個鉚接速度下的互鎖值和底部殘留厚度合格，可以推斷出鉚接速度的變化對底模裂紋影響較小。不同保壓時間下，鉚扣底部都有微小裂紋，且相互間無明顯差異，鉚接的互鎖值和殘留底厚合格滿足標準要求，保壓時間對鉚接裂紋影響不大。

表3 緩沖速度對鉚接裂紋的影響

表4 鉚接速度對鉚接裂紋的影響

表5 保壓時間對鉚接裂紋的影響

結論

（1）SPR鉚接的底模采用較淺的型腔設計有利于鉚扣底部裂紋的改善，以適應壓鑄過程中鑄件本體鉚接處伸長率的波動。

（2）鉚釘的長度對鉚扣底部的裂紋有明顯影響，在保證互鎖值的前提下，為減少鉚釘對板材的過度擠壓導致板材開裂，宜采用較短的鉚釘鉚接。

（3）SPR鉚接時，不同的鉚接參數對被鉚接板材和鉚釘的變形影響不大，對鉚接質量無顯著影響。

《一體化壓鑄車身結構件的自沖鉚接技術開發及應用》

劉付曙 黃祥 萬里 林韻 安肇勇 鐘宇毅
廣東鴻圖科技股份有限公司

本文轉載自：《特種鑄造及有色合金》