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        FDS技術(shù)在鋼鋁混合車身上的應(yīng)用*

        2021-01-25 01:40:18趙震闞洪貴魯后國張龍胡廣程
        汽車實(shí)用技術(shù) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:鋼鋁結(jié)構(gòu)膠連接點(diǎn)

        趙震,闞洪貴,魯后國,張龍,胡廣程

        (安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心,安徽 合肥 230601)

        引言

        近年來,隨著全球能源危機(jī)日趨嚴(yán)重,節(jié)能、安全、環(huán)保越來越受到各國的關(guān)注,汽車輕量化越來越受到主機(jī)廠的重視。隨著高強(qiáng)鋼、鋁合金等輕質(zhì)材料在車身上的應(yīng)用比例逐漸增高,流鉆螺釘(FDS)、自沖鉚接等連接新工藝也正在被廣泛應(yīng)用。本文基于某款新能源車型,介紹了該車型鋁合金減震器塔與鋼制車身的FDS連接設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

        1 工藝介紹

        流鉆螺釘(FDS)工藝是一種通過設(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,自攻絲并螺接的一種冷成型工藝,簡稱FDS。優(yōu)點(diǎn)是單面操作、可連接材質(zhì)種類多、連接強(qiáng)度高、抗震能力好、螺釘可拆卸及工作環(huán)境清潔。FDS連接工藝過程包括六個(gè)階段:旋轉(zhuǎn)(加熱)→穿透→通孔→攻螺紋→擰螺紋→緊固,圖1為FDS工藝過程示意圖[1-2]。

        圖1 FDS工藝過程示意圖

        2 FDS應(yīng)用實(shí)例

        2.1 應(yīng)用部位

        本文基于某款新能源車型,該車型減震器塔采用鋁合金材質(zhì)(AlSi10MnMg-T6),周邊件為高強(qiáng)度鋼,其中鋁合金減振器塔與鋼制前縱梁搭接部位采用FDS連接設(shè)計(jì),如下圖2所示。

        圖2 FDS應(yīng)用部位

        鋁合金減振器塔與前縱梁的搭接狀態(tài)、厚度組合、鋼制件材質(zhì)如下表1。

        表1 鋼鋁搭接組合信息

        2.2 FDS連接設(shè)計(jì)

        FDS螺釘有M4、M5和M6三種規(guī)格,常用M5*20、M5*22。本文涉及的鋼鋁材料總厚度 7.1 mm,且鋼材為H340LAD高強(qiáng)度鋼,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用M5*22螺釘。

        圖3 M5*22型螺釘相關(guān)參數(shù)

        FDS連接設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有以下幾方面:1)針對(duì) M5*22螺釘,F(xiàn)DS連接總厚度≤9.8mm,否則攻絲螺紋不能全部穿出,無法形成有效的緊固螺紋連接;2)要求有效螺紋數(shù)量n≥3,對(duì)于M5螺釘(螺紋間距1mm),即有效螺紋長度L≥3mm,有效堆高L1≥1mm,底層板厚度t2≥2mm,如圖3所示;3)上層板可不開孔也可預(yù)開孔,如果上層板材料太硬,以致穿透困難可采用預(yù)開孔;本文采取預(yù)開孔方案,底層板材料TS≤800MPa,EI≥8%;對(duì)于 M5螺釘,上層板預(yù)開孔尺寸φ7mm,中層板預(yù)開孔尺寸φ10mm,底層板無需開孔;4)需預(yù)留足夠螺接重合面寬度:M5螺釘≥16mm;5)FDS連接點(diǎn)設(shè)計(jì)在平面上,操作空間平面直徑≥30mm,以滿足槍頭、夾爪裝置的正常操作;6)涂膠需避開FDS點(diǎn)預(yù)開孔,否則會(huì)造成孔溢膠,引起設(shè)備報(bào)錯(cuò),無法打釘;7)FDS連接點(diǎn)位置需增加夾緊機(jī)構(gòu)來承受釘槍的壓力(壓力>3000N);8)板材邊緣到鉚釘?shù)染嚯x需遵守的尺寸要求如下表2:

        表2 FDS連接點(diǎn)布置尺寸要求匯總表

        圖4 FDS連接點(diǎn)布置尺寸圖示

        2.3 FDS連接點(diǎn)檢測(cè)

        通過對(duì)FDS連接點(diǎn)外觀和剖面尺寸檢測(cè),確認(rèn)是否連接是否合格,要求如下:1)保證完整性和位置要求;2)螺釘不能斷裂或者破損;3)膠不能溢出;4)邊距ak≥2mm;5)頭部間隙 an≤1mm;6)不能有裂紋;7)剖面有效螺紋數(shù)量n≥3。

        圖5 FDS連接點(diǎn)外觀及剖面要求

        2.4 FDS連接拉伸剪切測(cè)試

        本階段采用鋁合金減振器塔與高強(qiáng)鋼真實(shí)取樣的組合試片進(jìn)行拉伸剪切試驗(yàn),同時(shí)匹配不同結(jié)構(gòu)膠,測(cè)試FDS連接點(diǎn)的力學(xué)性能,測(cè)試結(jié)果拉伸力≥18KN,相關(guān)測(cè)試結(jié)果如下圖6、表3所示。

        圖6 拉伸剪切圖示

        表3 拉伸剪切測(cè)試表

        試驗(yàn)結(jié)果分析:1)1、2組兩次出現(xiàn)鋁試樣斷裂,分析是由于鋁試樣存在鑄造缺陷導(dǎo)致;2)4組出現(xiàn)脫膠,對(duì)比5組結(jié)果,分析是烘烤溫度低及冷卻時(shí)間不夠?qū)е拢?)對(duì)比1、3組,拉伸力小4.1KN,分析1840C結(jié)構(gòu)膠在冷卻時(shí)間4h前提下獲得更好的連接強(qiáng)度;4)對(duì)比2、5組,拉伸力小3.7KN,分析2098G結(jié)構(gòu)膠高溫烘烤時(shí)間不宜過長,180度烘烤5min能獲得更好的連接強(qiáng)度。

        2.5 裝車驗(yàn)證

        本階段按照前期的 FDS連接設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)物裝車驗(yàn)證,利用專業(yè)FDS設(shè)備完成白車身驗(yàn)證,順利驗(yàn)證FDS連接設(shè)計(jì)方案的工藝可行性。

        圖7 裝車驗(yàn)證圖示

        3 結(jié)語

        FDS流鉆螺釘技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鋼板、鋁合金等不同材料的連接,連接強(qiáng)度高,氣密性水密性好,工作環(huán)境清潔環(huán)保,優(yōu)點(diǎn)突出,但受制于成本等因素制約,目前FDS主要是在合資車身上應(yīng)用比較廣泛,自主品牌應(yīng)用比較少[3-4]。相信隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展,技術(shù)與成本的不斷優(yōu)化,F(xiàn)DS連接工藝在鋼鋁與復(fù)合材料混合應(yīng)用的輕量化車身結(jié)構(gòu)中將有著廣泛的應(yīng)用前景。

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