拉铆钉工艺在客车车身轻量化中的应用

□吴志伟

一、引言

随着现代汽车工业技术的快速发展，以及人们对环境保护的重视，降低能源消耗、减少环境污染成为汽车行业发展的方向，而轻量化则成为节能减排关键。通过采用轻质材料替代钢铁材料以及改进制造工艺，就可以最大限度实现汽车轻量化。在众多轻质材料中，铝合金具有良好的抗冲击性能，并且密度小，强度高，耐蚀性好，并可获得具有良好铸造性能的铸造铝合金及加工塑性好的变形铝合金。通过在客车车身使用这种材料，以达到汽车的轻量化，尽可能地降低汽车的整备质量，从而减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升;汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。而汽车每使用1kg铝可降低自重2.25kg，减重效应高达125%，在汽车整个使用寿命周期内可减少废气排放20kg。由此可见铝合金在汽车轻量化中的优越性。

目前汽车轻量化用材铝件的连接工艺有焊接、铆接等。铝合金焊接容易产生气孔、热裂纹及焊接变形，而且焊接接头软化严重，同时铝合金热导率大，一定的焊接速度下，热输入比焊钢材大2～4倍。焊后焊缝表面易产生气孔、咬边、裂纹等缺陷;焊缝内部易产生未熔合、未焊透、咬边、气孔等缺陷。这些缺陷的存在，将引起局部应力集中，尤其是当焊趾或者焊根高应力集中区存在缺陷时，会进一步加剧这些疲劳危险部位的应力集中，严重影响焊接接头的疲劳强度。在客车骨架的生产制作过程中，骨架的立柱、横梁等型材的截面形状是多样的，这更增加了焊接的难度。铆接中的拉铆能够适应新结构材料连接的需要，同时具有较高的质量及较长的使用寿命。

二、拉铆钉工艺流程

拉铆钉是利用虎克定律原理，使用专用设备将部件进行紧固，紧固件具有高紧固力、高抗剪力及永不松动的特性，拉铆钉紧固件常被用来取代焊接。一般拉铆工艺流程:工具检查→定位与夹紧→确定孔位→制孔→制窝(沉头铆钉)→倒角→放铆钉→施铆→防锈。

三、铆钉种类及施铆

拉铆钉常用的有环槽铆钉、结构性抽芯铆钉及BOM钉，拉铆钉安装工具分两大类:一类为液压拉铆设备，另一类为气动拉铆设备。液压拉铆设备的主要功能是用于对各种金属合金车体及结构采用的较大直径以及使用数量大的小型紧固件进行铆接。气动拉铆没备是用压缩空气作为动力，采用专用拉铆工具进行安装紧固件，空气压力要大于0.6MPa。工具在使用之前，应进行尺寸检查和试铆，以保证铆接成形良好，达到拉脱力的要求，再在成品上面使用。

(一)环槽铆钉。环槽铆钉也叫哈克钉，铆钉由钉杆和钉套组成。一套环槽铆钉是由一个钉杆和一个套环组成的，由铝、钢和不锈钢材质制成，直径范围可从3/16"到3/8"。

1.环槽拉铆钉的紧固操作。环槽铆钉经由哈克枪在单向拉力的作用下，拉伸栓杆并推挤套环，将套环挤压到螺杆凹槽使套环和螺栓形成100%的结合，产生永久性紧固力。这个完整的铆接过程一般只需要5～8秒钟。

2.哈克铆钉枪铆接环槽铆钉次序。一是将哈克螺栓穿入连接孔，套环套在环槽螺栓上;二是哈克枪枪头套在栓杆尾部，按下开关，头部推动套环去掉间隙;三是枪头部将套环模压在栓杆的环形沟槽上，直到套环伸长并钳压在栓杆上;四是达到设计夹紧力后，栓杆尾部同栓杆拉断分离，铆接完成。

(二)BOM铆钉。BOM铆钉是一种高强度的结构盲拉铆钉，是要求高荷载，单面安装的最理想选择。它可以满足从4.8mm到19.1mm的各种常规直径和夹紧范围的要求，有效解决了腔式型材只能单面打孔零件的固定。与环槽铆钉对比，BOM铆钉除了可以单面安装之外，省去了套环套的步骤，从而可以快速简单地操作。要求单面安装时，应将被铆接件紧密贴合，缝隙应不大于1mm。

(三)铆钉孔要求。确定孔的位置后，使用专用钻头进行钻孔，钻孔时不应使用润滑油，且孔的轴线应垂直于铆钉头所在的零件表面，偏斜应不大于1°，并去除孔边毛刺。对于沉头铆钉，需要制窝的铆钉孔，窝的角度应与铆钉沉头角度相同，且其中心线应与孔的中心线同轴，同轴度不大于0.06mm，偏斜应不大于1°，并且与钉头贴合一侧的孔口应倒角0.3×45°。

(四)安放铆钉及施铆。铆钉应垂直面板放入，不得倾斜。环槽铆钉及BOM铆钉图纸方向性无要求时，放铆钉应遵循以下原则:一是铆钉放入位置应有足够的空间进行铆接。二是铆钉应从厚度较薄或材料强度较小的零件一侧放入。三是铆钉钉头尽可能放置在与燃油和腐蚀介质接触的一侧。安放完成之后，按照如下施铆工艺过程进行铆接:放铆钉和钉套→将拉铆枪对准铆钉→形成镦头→拉断尾杆退出模腔→完成铆接。施铆过程中，枪头模腔轴线与铆钉轴线应保持一致。且不允许借助锤击钉头的方法来满足钉头支承面与夹层表面的间隙要求，铆接结束时，应能自动脱模，不允许用摇晃铆枪等方法强行脱模。对于环槽铆钉，钉套表面不允许出现任何裂纹，不允许有松动的现象，且不允许有严重损伤。铆接后，常使用检验卡板检验铆钉的伸出量或缩进量，检查完成后，还应在钉杆被拉断的截面上涂防锈漆或采取其它防锈措施。

四、拉铆钉在客车上的应用举例

拉铆钉最早应用于飞机制造业，后在铁路车辆、重型汽车、建筑领域得到广泛的应用。在客车车身上，对于截面形状复杂的型材进行连接，需要使用角码进行衔接。在7.7m商务客车上的双展翼立柱与腰梁的连接，所使用连接角码尺寸为75×55×5，然后使用拉铆钉进行固定。所用型材为6082－T6变形铝合金，具有中等强度和良好的耐蚀性，重量又轻。角码的孔使用模具冲孔成型，保证孔位。

进行拉伸试验时，采用双展翼铝合金型材两段，长度各300mm，在工装夹持下使用C6LB－R8－6G环槽铆钉和气动专用铆枪，气体压力0.65MPa，由专人进行铆接。在紧固作业后，对所有紧固处进行合格判断。达到紧固后的头部与母材间无表面间隙，母材无异常的扭曲、变形。在拉力试验机上做破坏性拉力试验。其最大破坏拉力为3.83KN，样件的最大抗拉力值为铆钉脱落时的最大拉力值，约225MPa的抗拉强度。

五、结语

通过对拉铆工艺的全面介绍以及在客车铆接案例分析可知，拉铆钉可以进行客车车身铝合金型材的连接。拉铆钉紧固件所产生的高紧固力、永不松动、操作简便等性能，并可以获得较高的强度。该工艺可以应用于客车左右侧围、前后围以及一些舱门和内饰骨架的连接，目前在金港ZJG6140机场大巴及ZJG6770商务客车中得到了应用，并获得较好的效果。随着汽车制造业的不断发展，各种新材料的的广泛应用，拉铆钉作为一种新型、先进的连接结构，必将在实现汽车轻量化的过程中发挥一定的作用。

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