閆旭東

北京奔馳汽車有限公司 北京 100176

在過去的車身生產(chǎn)過程中，由于都是使用鋼板，連接手段也相對(duì)單一，主要圍繞電阻點(diǎn)焊進(jìn)行連接。雖然在電阻點(diǎn)焊的基礎(chǔ)上發(fā)展出了單邊焊接、鋁點(diǎn)焊等其他焊接手段，但是仍然難以彌補(bǔ)新材料尤其是鋁合金、碳纖維以及復(fù)合材料帶來的異種材料連接難題。因此機(jī)械連接等新型連接手段的使用具有一定的必要性。

由戴姆勒和德國(guó)博爾豪夫緊固件公司合作推出的Impact技術(shù)，即射釘鉚技術(shù)，由于其高效的連接效率，以及靈活的使用空間，得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于連接時(shí)噪聲極大，Impact技術(shù)特別配備了隔音房。投入如此巨大，必須保證射釘鉚技術(shù)在設(shè)備和質(zhì)量方面的可靠性和穩(wěn)定性。

這里討論其質(zhì)量評(píng)價(jià)，以及通過實(shí)驗(yàn)得出的一系列優(yōu)化措施。

質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于Impact技術(shù)的質(zhì)量控制，需要從這項(xiàng)技術(shù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，以及剔試金相實(shí)驗(yàn)來做一說明。Impact技術(shù)主要連接的是高強(qiáng)鋼和鑄鋁，以及鋁板件和鑄鋁件的連接，因此鑄鋁件是其中最重要的母材。由于是單面連接，且會(huì)破壞零件表面，因此存在脫落和滲水的可能性，需要與涂膠配合使用，所以如何保證在膠固化起作用之前保持其功能性是關(guān)鍵，這也是退釘力考核的由來。

如圖1所示，退釘力考核的標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)提高到0.22kN，因此需要對(duì)影響退釘力的諸多因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，確定最佳參數(shù)和位置，給出鉚釘標(biāo)準(zhǔn)，并保持設(shè)備處于最佳狀態(tài)。

圖1 退釘力考核

研究步驟如下：

1）保持鉚點(diǎn)位置、鉚槍狀態(tài)和鉚釘狀態(tài)一致的情況下，改變主氣缸活塞壓力，尋找最佳壓力最佳區(qū)間。

2）保證壓力不變、鉚槍狀態(tài)及鉚釘都不變的情況下，調(diào)整鉚釘位置，查看距離加強(qiáng)筋和零件法蘭邊的最優(yōu)間距。

3）退釘力不足時(shí)，凍結(jié)鉚釘并測(cè)量，提出改善意見。

4）保持壓力和鉚槍位置不變，實(shí)驗(yàn)不同S2狀態(tài)下的退釘力表現(xiàn)。

5）確定壓力、位置、設(shè)備及鉚釘?shù)淖顑?yōu)數(shù)據(jù)，論證實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行推廣。

實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果

1.確定主氣缸壓力最優(yōu)區(qū)間

與電阻點(diǎn)焊及其他機(jī)械連接技術(shù)不同，Impact是以純氣動(dòng)為能量源頭的連接手段，保證鉚釘進(jìn)入板材的主要?jiǎng)恿碜杂谥鳉飧祝畲髩毫蛇_(dá)到0.8MPa。由于一般工廠壓力最高是0.7MPa，因此需要增壓泵來保證鉚接的穩(wěn)定和持續(xù)性。

實(shí)驗(yàn)中選取的鉚釘是某車型后端橫梁上的10個(gè)鉚點(diǎn)，該位置在過去的退釘力統(tǒng)計(jì)中不足情況占比較高：利用具有代表性的鉚點(diǎn)，做一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在鉚點(diǎn)位置、鉚槍狀態(tài)及鉚釘都不變的條件下，得出表1所示結(jié)果。

從表1中可以看到，藍(lán)色區(qū)間是鉚槍的初始?jí)毫?，綠色是進(jìn)行了微調(diào)整的壓力（±0.03MPa之內(nèi)），黃色區(qū)域進(jìn)行了較大的增加，分別為0.04MPa、0.05 MPa和0.06MPa，橙色區(qū)域是降低壓力，在0.04～0.06MPa，得出結(jié)果是黃色開始出現(xiàn)退釘力不足情況，而橙色則出現(xiàn)鉚接間隙太大的問題。

表1 10個(gè)鉚點(diǎn)經(jīng)過4次調(diào)整的結(jié)果對(duì)比

由此得出結(jié)論：主氣缸壓力過大或者過小都會(huì)導(dǎo)致退釘力不足的情況出現(xiàn)，并且得出了以上10個(gè)鉚點(diǎn)的最佳參數(shù)。以61226279鉚點(diǎn)為例，得出鉚接壓力與退釘力的關(guān)系（見圖2），并且通過拉力實(shí)驗(yàn)得出強(qiáng)度關(guān)系，以便佐證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖2 主氣缸壓力與退釘力關(guān)系

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出調(diào)試的方法，并且可以為所有鉚點(diǎn)找到最佳的主氣缸壓力區(qū)間，從而有效的保障質(zhì)量需求，防止退釘力不足的情況發(fā)生。如圖2所示，61226279的最佳壓力在0.54MPa±0.03MPa，由此可以得出其他鉚點(diǎn)的最佳數(shù)值。

2.鉚點(diǎn)最佳位置的分析研究

根據(jù)板材實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鉚釘距離加強(qiáng)筋邊距aR≥3mm即可，這種情況比較適用的是加強(qiáng)筋距離L≤9mm的情況，因?yàn)殂T釘直徑為3mm。那么對(duì)于L≥9mm的情況，是否打在正中間更好呢？通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并非如此。

通過表2及圖3所示，加強(qiáng)筋位于零件內(nèi)部，部分鉚點(diǎn)可以借助內(nèi)窺鏡查看位置，但是無(wú)法測(cè)量。雖然大部分鉚點(diǎn)處于監(jiān)控盲點(diǎn)，但是還能通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鉚點(diǎn)距離加強(qiáng)筋太近或者太遠(yuǎn)都不合適。

表2 鉚點(diǎn)與加強(qiáng)筋距離與退釘力關(guān)系

圖3 距離太近導(dǎo)致炸開

上述對(duì)比圖示說明了距離aR需要滿足的四種要求：aR≤3mm時(shí)，容易破壞加強(qiáng)筋強(qiáng)度；3mm≤aR≤7mm時(shí)，背部容易炸開；9mm≤aR≤13mm時(shí)，區(qū)間合適，不需要太大壓力（見圖4）；aR≥13mm時(shí)，距離另外一邊太近。

圖4 距離保持在10～13mm正合適

根據(jù)公式及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到退釘力與邊距相對(duì)關(guān)系曲線（見圖5）。

圖5 邊距aR與退釘力F關(guān)系

綜上所述，距離加強(qiáng)筋9～13mm為最佳區(qū)間，其余區(qū)間均存在風(fēng)險(xiǎn)。從金相和板材變形方面分析造成這種情況的原因，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)榫嚯x加強(qiáng)筋太近，需要的壓力大，從而會(huì)導(dǎo)致背部炸開。

以61226279點(diǎn)為例，aR≤7mm，需要壓力P≥（5.4+0.3）MPa，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，背部很容易炸裂，這樣把兩部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了統(tǒng)一，取得了預(yù)期的效果。

3.鉚槍S2與退釘力的關(guān)系

Impact鉚槍是利用氣動(dòng)原理，通過比例閥精確控制氣壓大小，從而實(shí)現(xiàn)每一個(gè)鉚點(diǎn)都可以單獨(dú)控制的效果。但是實(shí)際工作中，高壓會(huì)對(duì)其中的緩沖塊造成磨損，如何補(bǔ)償這種磨損，就需要定期對(duì)鉚槍進(jìn)行S2檢測(cè)。

如圖6所示為鉚釘從打入到鉚槍離開過程中，鉚桿的位置情況。在整個(gè)打點(diǎn)過程中，鉚桿行程152mm，鉚釘端高度1.7mm，鉚桿比彈夾的平面縮回約0.2mm，因此S2的補(bǔ)償距離應(yīng)該是：HS2=H-L鉚桿=1.7-0.2=1.5mm，其中H是鉚釘端高度，L鉚桿是初始位置鉚桿比彈夾縮回的距離，如果鉚桿超出彈夾，那么就會(huì)卡釘。

如圖7所示為S2的原理和檢查調(diào)整方式，如果緩沖塊磨損，導(dǎo)致S2變小，就會(huì)導(dǎo)致鉚桿伸出過長(zhǎng)，將鉚釘打得更深，從而導(dǎo)致下層板炸裂。

通過實(shí)驗(yàn)，得出其公差帶約為0.05mm，并有如下結(jié)果：HS2≤1.45mm時(shí)，鉚桿伸出過長(zhǎng)，退釘力不足；1.45≤HS2≤1.55mm時(shí)，符合標(biāo)準(zhǔn)；HS2≥1.55mm時(shí)，可能出現(xiàn)間隙，需進(jìn)行返修。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本研究通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)，找到了影響退釘力的最佳壓力區(qū)間、位置區(qū)間及設(shè)備調(diào)整狀態(tài)，避免了剔試質(zhì)量問題的發(fā)生。同時(shí)，一系列的改善，極大降低了現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量報(bào)錯(cuò)和質(zhì)量停機(jī)故障（見圖8）。對(duì)于Impact技術(shù)質(zhì)量評(píng)價(jià)和優(yōu)化，提出了一定的解決思路。

結(jié)語(yǔ)

本次研究探究了退釘力不足的形成機(jī)理以及相關(guān)影響因素，尤其是通過建立數(shù)學(xué)模型，采集大量數(shù)據(jù)，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，來考證究竟這些因素是如何影響退釘力的。退釘力不足的問題，可能會(huì)導(dǎo)致鉚釘脫落，因此這一問題的徹底解決，也能避免更大的質(zhì)量問題。文中提到的問題都是趨勢(shì)性的，在面對(duì)個(gè)別問題時(shí)，還需要進(jìn)一步研究其特殊情況。