钻孔工艺参数对接头质量的影响



钻孔工艺参数对接头质量的影响

Jamie Skovron et al. SAE 2014-01-2241.

编译：牛妍妍

在汽车工业中，铝合金与铝合金之间最先进的专用连接方法是电阻点焊。然而，电阻点焊存在以下弊端：①由于高温热结合过程中会产生受热影响区域，可能会使点焊接头的结构性能下降；②点焊电极的双面可接触性会限制设计的灵活性；③焊缝的不同也会导致生产的不一致性。另外，虽然自穿孔铆钉得到应用，但是铆钉和模具组合的不同取决于材料的连接方式，增加了处理的复杂性。近年来，结合摩擦钻孔技术和螺纹成型技术的螺钉产品逐渐进入了市场。

这类螺钉不受双面通过性限制，通过使用最小的热能，由一侧经机械热压到达另一侧来拧紧螺丝。摩擦钻孔和螺纹成型过程是一个自动连续的过程，称之为“FDS”。此时，螺钉作为工具和紧固件，可以将多材料进行结合。该过程螺钉通过旋转产生的摩擦力刺穿并挤出材料，通过挤压形成螺纹，然后用螺丝刀拧入紧固件，施加扭矩使两材料安全地结合在一起。

将接头几何形状作为紧固件力和钻孔速度等工艺参数的函数来表示质量设计空间，探究可行设计空间对接头质量的影响，并通过强度测试来验证结果。初步筛选试验证实，紧固件力对顶部或底部材料的偏转具有显著的影响，得出了预紧力是挤出高度的函数。

随着燃油经济性标准的不断提高，汽车制造商逐步尝试在车辆结构中掺入更大百分比的轻质材料。FDS过程的螺钉单侧通过性连接可使设计人员在不考虑双面连接情况下将不同的材料进行多层连接，可有效减轻质量，实现轻量化，提高了接头连接的可能性。