汽车车身铝合金自冲铆接分析

汽车车身铝合金自冲铆接分析

摘要：本文主要针对汽车车身处铝合金的自冲铆接进行综述分析，望能够为相

关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。

关键词：汽车；车身；铝合金；自冲铆接

前言：

随着现代的汽车技术的不断发展，轻质化已经是对汽车要求的技术重要指标。一些轻质材料也在生产中得到了广泛的应用，例如铝合金、镁合金、碳纤维等轻

型材料等。相应的对车身的连接技术也提出了越来越高的要求，一些的传统的铆

接工艺已经无法完全满足现在的生产要求。自冲铆接是一种冷成型的连接方法，

可以将多种材料进行连接，这种技术将来将会在汽车车身的制造中得到广泛的应用。

1.铝合金应用及连接现状

选用轻质材料已经是汽车轻量化的首要条件，人们普遍认为铝合金是现代汽

车车身的首选材料，铝的质量比较轻，比重只有钢的三分之一，并且基本上可以

做的全部回收，循环利用，是最佳的环保材料。而铝合金在强度上也基本能达到

车用钢材的效果，降低了成本。铝合金根据添加的元素、类别、加工的特点，汽

车车身所使用的铝合金可以分为铸造铝合金和变形铝合金两大类别。其中，铸造

铝合金就是通过冶炼及铸造成有一点形状的产品。这种技术是使用最广泛的，一

般应用于汽车的发动机、传动机构、制动器以及各种零部件上。而变形铝合金是

将合金熔炼铸造成铸锭，在通过加工变形成各种形状不一的板材、型材、管材的

铝合金产品。变形铝合金在汽车领域中主要应用于车门、车身板、热交换器等方面。

铝合金材料的轻量化虽然满足了车身的要求，但是由于铝合金自身的特点，

給连接工艺上带来了很大的难度。由于铝在和氧气接触后会在铝的表面上形成一

层薄薄的氧化膜，这种氧化膜是没有导电性的，要想进行焊接就需要把这层氧化

膜去掉，否则就会直接影响焊接的质量。同时，铝合金和钢进行比较具有更高的

热导率、比热率及电导率，在焊接的过程中会向母材中流失，所以要提前对铝合

金进行预热。在焊接时还要使用高度集中的热源，一般要比焊接钢材料的焊接电

流大四倍左右，而传统的二氧化碳焊接多采用工频焊机，焊接后容易出现假焊及

虚焊等现象。所以说传统的连接工艺无法满足铝合金的连接要求。

2.自冲铆接的工艺

自冲铆接工艺起源于上世纪五十年代，许多研究机构和人员对这项技术进行

了大量的实验及理论研究，自冲铆接该项技术也越发的成熟了，这项技术被用于

轻型合金车身的装配连接上很快被一些欧美汽车企业所应用。例如奥迪A2的车

身装配上就采用了大量的铆钉进行自冲铆接；还有沃尔沃汽车公司就成立了自己

的自冲铆接汽车生产线，并且在重型卡车上实现了应用，降低了车身重量的百分

之三十。

自冲铆接其实是一种快速的把多层板进行连接的冷成型工艺，它是将铆钉穿

透多层板，在一定的模具作用下，铆钉的根部向下层板周围扩展，形成机械性的

互锁结构。自冲铆接工艺流程具体如下：

2.1 压紧

被铆接的板件，在冲头的压力作用下，压边圈和铆模会将铆板材压紧，以防

止板件在被铆接的过程中发生滑动。

2.2 冲裁

铆接设备会将铆钉送到冲头的下方，在电动或者液压的作用下，冲头会将铆

钉垂直往下移动挤压并将上层板冲裁，下层板材在上层板材和铆钉的作用下产生

形变。

2.3 扩张

在下层板材大面积接触铆模底部时，在下层板和铆模底部的共同作用时，铆

钉会发生塑性形变，会向四周进行扩展，同时铆接力的继续增加会使下层板逐渐

增加铆模，最终使得铆钉的底部与周围材料形成机械互锁的稳定结构，铆钉没有

冲裁到下层板材且被上层板材和完全填充的铆模进行连接，从而更加牢固。

2.4 冲铆结束

在冲头把铆钉下行至于上层板材平齐并且无缝接触时，冲头回到起始位置，

压边圈释放全部压力，铆接结束。这种自冲铆接的方法的好处很多，可以把不同

种类型的材料进行连接，同时还可以把较厚的材料和多层材料进行连接，在汽车

制造行业里，需要材料连接的接头强度要高、抗疲劳性要好，而其他的连接性都

存在着很大的局限性。在轻质化材料的要求下，自冲铆接工艺是最佳的选择。

3.自冲铆接的技术优势

自冲铆接该项技术，其铆接的时间大约为二到五秒，工序的时间很短。在和

焊接的实验比较后，铝合金材料在拉伸性能及抗疲劳特性上自冲铆接比焊接都要好。同时，自冲铆接工艺作为新兴的技术和传统工艺连接上还更具有优势。自冲

铆接可以连接无法焊接或焊接性能较差的材料。还可以连接不同种材料的板材，

例如：钢板、铝合金材料、塑料材料等等。自冲铆接对有镀层的材料损害比较小，不会破坏整体的效果。在铆接的过程中也不需要对铆件进行预先打孔，铆接的过

程中不会产生烟尘，环保指数较高，节能降耗。铆接所使用的工具寿命较长，不

易损坏。铆接后接头受力强度、抗疲劳强度较大，相对于焊接技术好处多，且工

艺成本较小。

4.自冲铆接的试验操作

直冲铆接穿透上层板材进入下层板材进行扩展，在下层板材底部铆模的作用

下形成牢固的机械互锁结构。根据不同的板材特性及自冲铆接的铆钉长度、铆钉

硬度、铆钉凹陷程度试验得出以下结果。铆钉的长度取决于板材的厚度，板材越

厚所需要的铆钉越厚。铆钉的硬度取决于板材的硬度，板材越硬，所需要的铆钉

硬度需要越高。铆钉的凹陷程度取决于铆钉接板材的延展性。自冲铆接试验主要

包括以下几点内容：

（1）根据板材的搭接关系其中包含总厚度、底层板材的厚度、需要搭接的层数等等，检查是否符合自冲铆接的实施要求。

（2）对板材进行单独试验，寻找最佳的钉与模结合，达到理想的效果。

（3）根据制造的工艺顺序进行试片试验，制造现场的试片试验，以及实际工件的铆接试验。

（4）对车身进行切割试验，第一个实验个体需要全部切割，关键部位的铆点必须达到百分之百的合格率。

（5）遇到实际问题，要提出有效的解决方案

5.自冲铆接的技术操作质量标准

自冲铆接该项技术在试验后需要达到合格的铆接效果。其中包括：铆钉的选