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寶馬奔馳奧迪都在用:熱融緊固技術(shù),擰螺絲的新境界

在緊固件行業(yè)有一種熱融緊固技術(shù),不需要預(yù)開孔,在封閉型材下可以直接攻絲實(shí)現(xiàn)連接,在汽車行業(yè)如寶馬、奔馳和奧迪都在用使用這種技術(shù),而且應(yīng)用越來越多。那這究竟是怎樣的一種技術(shù)呢?有怎樣的優(yōu)勢和特色呢?

首先想跟大家介紹一個(gè)概念,“流鉆螺釘”工藝(別稱:熱融自攻絲/熱融緊固系統(tǒng))。英文中有的翻譯為Flow drill Screws(FDS),也有翻譯為FlowForm Screws(FFS),而“流鉆螺釘”則指代的是一種高速旋轉(zhuǎn)、自攻絲最后擰緊的連接工藝。該工藝可以在較小變形的情況下實(shí)現(xiàn)單邊連接,且為一種可拆卸的緊固方式。

001

熱融緊固技術(shù)是一種通過設(shè)備中心擰緊軸將電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)傳導(dǎo)至待連接板料摩擦生熱產(chǎn)生塑性形變后,自攻絲并螺接的冷成型工藝。

002

在擰緊過程開始時(shí),熱融螺釘置于無預(yù)先鉆孔的鋁板或薄鋼板的表面,高速旋轉(zhuǎn)的螺釘向工件表面施加高下壓力,同時(shí)產(chǎn)生極高的摩擦熱,融化金屬。隨后,螺釘頂端穿透材料,形成穿孔,并逐漸開始攻螺紋,一旦螺紋形成,螺釘按照預(yù)設(shè)的扭矩進(jìn)行擰緊。

熱融緊固連接工藝步驟與過程說明,包括六個(gè)階段:旋轉(zhuǎn)(加熱)→穿透→通孔→攻螺紋→擰螺紋→緊固

003

在初始階段,高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動螺釘接觸工件表面,并施以向下的軸向壓力(軸向力最高可達(dá)1.5kN,旋轉(zhuǎn)速度最高可達(dá)8000rpm),螺釘頭部與鈑金件表面摩擦并產(chǎn)生高溫,這個(gè)溫度基本上在600~900 ℃之間,螺釘附近區(qū)域金屬迅速軟化,加熱的材料沿著鉆頭錐度往上延伸。

004

FDS螺釘穿透材料時(shí),大部分熱熔的鈑金件材料會流向鉆孔下部形成一個(gè)厚度1~3倍的金屬襯套,襯套內(nèi)表面在FDS螺釘螺桿螺紋的作用下,形成嚙合螺紋并擰緊。整個(gè)加工過程只需1~6s,即可完成緊固的連接效果,扭矩可以達(dá)到15Nm。

同時(shí),F(xiàn)DS釘子在緊固到位后,將會保持一段時(shí)間,在旋轉(zhuǎn)扭矩作用下,產(chǎn)生一個(gè)預(yù)緊力,可以提高螺紋連接的可靠性、防松能力和螺紋的疲勞強(qiáng)度,增強(qiáng)連接的緊密性和剛性。

擰緊后的效果

↓↓

005

螺釘特寫

006

問題來了,現(xiàn)在汽車行業(yè)的連接技術(shù)也很多,為什么還要用這種連接方式呢?

現(xiàn)在越來越多的汽車公司開始應(yīng)用鋼鋁混合車身骨架結(jié)構(gòu),使用鋁型材、鋁沖壓件、鋁鑄件,以及碳纖維等工程塑料和復(fù)合材料類部件,結(jié)合各種超高強(qiáng)度鋼板,替代傳統(tǒng)鋼板構(gòu)件或組件,實(shí)現(xiàn)車身框架結(jié)構(gòu)的輕量化和高強(qiáng)度。

007

凱迪拉克CT6車身材質(zhì)分布

008

在汽車工業(yè),連接鋁材的主要方式有傳統(tǒng)的機(jī)械緊固SPR(自沖鉚接技術(shù))和電阻點(diǎn)焊RSW。SPR是一種穩(wěn)健而且可替換的工藝,但是由于需要很多種鉚釘-鉚模組合,設(shè)備費(fèi)用昂貴;電阻點(diǎn)焊雖然技術(shù)成熟,經(jīng)濟(jì)性高,但是受限于不能連接異種金屬。這2種工藝都要求雙邊可達(dá),這使設(shè)計(jì)受限嚴(yán)重。

所以,熱融緊固件的技術(shù)是應(yīng)運(yùn)而生。下面這張圖是描述的熱融緊固技術(shù)的優(yōu)勢。

009

無需預(yù)沖孔、單面連接、可以完成鋁件與鋁件、鋁件與鋼件的相互緊固連接……

010

許多歐洲汽車廠商早已經(jīng)開始使用熱融緊固技術(shù),如捷豹XK和X150,奧迪R8、A8、TT Coupe、A6等;歐洲的尼桑、路虎、保時(shí)捷、寶馬等眾多汽車品牌也都引入了該連接工藝;上汽通用剛上市的凱迪拉克CT6車型,實(shí)現(xiàn)首次鋼鋁白車身國產(chǎn)化,糅合了11種不同材質(zhì),也大量使用了這種連接技術(shù)。

011

FDS釘子使用特殊配方的硬質(zhì)合金材料制成,該種螺釘?shù)牟少徶饕€是以國外進(jìn)口為主,雖然國外很多車企都采用這種緊固技術(shù)多年了,但是國內(nèi)自主品牌車企使用甚少。釘子使用特殊配方的硬質(zhì)合金材料制成,該種螺釘?shù)牟少徶饕€是以國外進(jìn)口為主,雖然國外很多車企都采用這種緊固技術(shù)多年了,但是國內(nèi)自主品牌車企使用甚少。


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