原标题：广东鸿图：一体化压铸车身结构件的自冲铆接技术开发及应用

导读

随着汽车工业的发展，大型结构件向一体化压铸转变，乘用车制造中逐渐引入免热处理高强韧铝合金。目前，一体化压铸技术应用集中在乘用车白车身的下车体，其中后底板已经在多款车型上实现量产。大尺寸电池壳体和非承载式车身车架正处于开发阶段。未来，一体化压铸技术有望进一步提升生产效率、降低成本并实现更高的集成度，推动汽车工业的持续发展。

自冲铆接（SPR）是一种先进的冷连接技术，主要用于连接两种或两种以上的金属板材 ，其工序周期短、效率高，可以自动化生产。该技术可以连接多种不同材质以及难以铆接的板材，包括同种金属板材、异种金属板材甚至是异种材料板材。自冲铆接技术已经广泛应用于汽车、航空航天、船舶等行业的板材连接中。

目前SPR铆接过程中面临的主要问题是铆扣裂纹。国内外的研究聚焦于提高铝合金的伸长率，但是由于材料本身的限制和压铸特性的影响，伸长率的提高程度有限。本研究针对铆接参数、铆钉规格、铆接底模的形状来解决铆扣裂纹问题。

图文结果

自冲铆接过程中，特制铆钉在动力（如液压缸或伺服电动机）的作用下，穿透顶层板材，并在铆模的作用下，铆钉尾部的中空结构扩张刺入底层板材，但并不刺穿底层板材，从而形成牢固的机械内锁结构。自冲铆接的流程见图1。自冲铆接过程质量指标包括钉头高度、残余底厚、钉脚互锁值，见图2和表1、表2。钉脚互锁值是铆钉脚切入最底层板材的横向距离，互锁值大的铆接质量较好。

SPR质量要求指标：没有铸件开裂（止口边开裂，铆扣开裂）。铸件的伸长率低或者底模深度太深时，在进行SPR铆接时会出现铆扣裂纹（见图3），此类裂纹对铸件的防腐和铆接的结构强度有负面影响，在生产中需要消除。

图1 SPR铆接工艺流程

1.底模 2.待铆接板材 3.预压紧装置 4.上模 5.铆钉

图2 自冲铆接质量指标

表1 互锁值质量指标

表2 剩余材料最小厚度质量指标

图3 自冲铆接铆点底部裂纹形貌

自冲铆接试验采用Epress电动伺服铆接系统，配置包括C形框架、电动伺服控制和执行机构和铆接互锁值测量用的二次元工具显微镜。

底模深度对铆钉的变形有较大的约束作用，影响材料本体的变形。采用同一种免热处理材料和不同型腔深度的底模对同一种铆钉（C5.5×5.5H5）进行试验，见图4～图6。试验说明底模型腔较深的容易产生裂纹。

G100110底模的型腔深度较浅，在铝合金铸件变形量较小的情况下也能得到较好的铆接效果，可以获得较大的互锁值，底模较深的铆接点的铆接深度较大而互锁值相对较小。因此，较浅的SPR底模对铝合金的伸长率要求有所降低，免热处理材料可以考虑采用型腔深度较浅的底模设计。

图4 试验用不同深度的SPR底模

图5 不同深度底模的铆接效果

图6 不同深度底模铆接互锁值

铆钉的长度决定了铆钉刺入铝合金材料的深度，也影响材料在底模中的变形量。采用免热处理材料的试片，配合G120100R24底模（型腔深度为1.0 mm）铆钉分别为杜克C5.3×5.0H4和杜克C5.3×4.0H4进行铆接，铆接效果件图7和图8。可以看到，互锁值合格的条件下铆钉长度较短的SPR铆接组合不易出现裂纹。

图7 不同铆钉长度的铆接效果对比

图8 不同铆钉长度的铆接互锁值

铆接的工艺参数（铆接速度、缓冲速度等）影响铆钉刺入铝合金本体的速度和铝合金材料变形速率。采用G092095底模+广新C5.3×5.5H2铆钉，材料为5754铝合金片材+AlSi10MnMg压铸件铝片。改变铆接速度、缓冲速度和保压时间观察底部裂纹的变化情况，见表3~表5。结果发现，铆接速度为35 mm/s，保压时间为0.3 s时，不同的缓冲速度下铆接点的铆扣上都有轻微裂纹，外观上无明显差异，铆接的互锁值和底部残留量都符合要求且数据接近，可以推断出缓冲速度对铆接裂纹影响不大。不同的铆接速度下，外观上铆扣表面都有细小裂纹，且相互间无明显差异，各个铆接速度下的互锁值和底部残留厚度合格，可以推断出铆接速度的变化对底模裂纹影响较小。不同保压时间下，铆扣底部都有微小裂纹，且相互间无明显差异，铆接的互锁值和残留底厚合格满足标准要求，保压时间对铆接裂纹影响不大。

表3 缓冲速度对铆接裂纹的影响

表4 铆接速度对铆接裂纹的影响

表5 保压时间对铆接裂纹的影响

结论

（1）SPR铆接的底模采用较浅的型腔设计有利于铆扣底部裂纹的改善，以适应压铸过程中铸件本体铆接处伸长率的波动。

（2）铆钉的长度对铆扣底部的裂纹有明显影响，在保证互锁值的前提下，为减少铆钉对板材的过度挤压导致板材开裂，宜采用较短的铆钉铆接。

（3）SPR铆接时，不同的铆接参数对被铆接板材和铆钉的变形影响不大，对铆接质量无显著影响。

《一体化压铸车身结构件的自冲铆接技术开发及应用》

刘付曙 黄祥 万里 林韵 安肇勇 钟宇毅
广东鸿图科技股份有限公司

本文转载自：《特种铸造及有色合金》