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寶馬奔馳奧迪都在用:熱融緊固技術,擰螺絲的新境界

       在緊固件行業有一種熱融緊固技術,不需要預開孔,在封閉型材下可以直接攻絲實現連接,在汽車行業如寶馬、奔馳和奧迪都在用使用這種技術,而且應用越來越多。那這究竟是怎樣的一種技術呢?有怎樣的優勢和特色呢?    首先想跟大家介紹一個概念,“流鉆螺釘”工藝(別稱:熱融自攻絲/熱融緊固系統)。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、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現單邊連接,且為一種可拆卸的緊固方式。

       熱融緊固技術是一種通過設備中心擰緊軸將電機的高速旋轉傳導至待連接板料摩擦生熱產生塑性形變后,自攻絲并螺接的冷成型工藝。

再仔細通過下面這個圖,看一下擰緊螺釘的動作。

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       在擰緊過程開始時,熱融螺釘置于無預先鉆孔的鋁板或薄鋼板的表面,高速旋轉的螺釘向工件表面施加高下壓力,同時產生極高的摩擦熱,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,螺釘按照預設的扭矩進行擰緊。熱融緊固連接工藝步驟與過程說明,包括六個階段:旋轉(加熱)→穿透→通孔→攻螺紋→擰螺紋→緊固。

        在初始階段,高速旋轉的電機驅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1.5kN,旋轉速度最高可達8000rpm),螺釘頭部與鈑金件表面摩擦并產生高溫,這個溫度基本上在600~900 ℃之間,螺釘附近區域金屬迅速軟化,加熱的材料沿著鉆頭錐度往上延伸。

     FDS螺釘穿透材料時,大部分熱熔的鈑金件材料會流向鉆孔下部形成一個厚度1~3倍的金屬襯套,襯套內表面在FDS螺釘螺桿螺紋的作用下,形成嚙合螺紋并擰緊。整個加工過程只需1~6s,即可完成緊固的連接效果,扭矩可以達到15Nm。    同時,FDS釘子在緊固到位后,將會保持一段時間,在旋轉扭矩作用下,產生一個預緊力,可以提高螺紋連接的可靠性、防松能力和螺紋的疲勞強度,增強連接的緊密性和剛性。

擰緊后的效果

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螺釘特寫

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        問題來了,現在汽車行業的連接技術也很多,為什么還要用這種連接方式呢?

        現在越來越多的汽車公司開始應用鋼鋁混合車身骨架結構,使用鋁型材、鋁沖壓件、鋁鑄件,以及碳纖維等工程塑料和復合材料類部件,結合各種超高強度鋼板,替代傳統鋼板構件或組件,實現車身框架結構的輕量化和高強度。

       在汽車工業,連接鋁材的主要方式有傳統的機械緊固SPR(自沖鉚接技術)和電阻點焊RSW。SPR是一種穩健而且可替換的工藝,但是由于需要很多種鉚釘-鉚模組合,設備費用昂貴;電阻點焊雖然技術成熟,經濟性高,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,這使設計受限嚴重。

所以,熱融緊固件的技術是應運而生。下面這張圖是描述的熱融緊固技術的優勢。

       無需預沖孔、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

柯馬機器人配合熱融緊固系統

       許多歐洲汽車廠商早已經開始使用熱融緊固技術,如捷豹XK和X150,奧迪R8、A8、TT Coupe、A6等;歐洲的尼桑、路虎、保時捷、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,實現首次鋼鋁白車身國產化,糅合了11種不同材質,也大量使用了這種連接技術。

      FDS釘子使用特殊配方的硬質合金材料制成,該種螺釘的采購主要還是以國外進口為主,雖然國外很多車企都采用這種緊固技術多年了,但是國內自主品牌車企使用甚少。

                             

摘選自螺絲與螺帽公眾號

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