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摘要：輕量化推動(dòng)了車身制造中新的接合工藝的發(fā)展，因?yàn)槭褂脗鹘y(tǒng)的點(diǎn)焊方法無法再連接新型的混合部件。未來競(jìng)爭依靠的是完全匹配的連接系統(tǒng)。

輕量化推動(dòng)了車身制造中新的接合工藝的發(fā)展，因?yàn)槭褂脗鹘y(tǒng)的點(diǎn)焊方法無法再連接新型的混合部件。未來競(jìng)爭依靠的是完全匹配的連接系統(tǒng)。

所謂的“一升車”大眾XL1車型只進(jìn)行了小批量生產(chǎn)，離巨大的市場(chǎng)成功還十分遙遠(yuǎn)。但是這種超前的兩座車不僅在油耗這一點(diǎn)上成為了全世界的表率，其車身也樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)：車身重量只有230公斤，主要由碳纖維增強(qiáng)塑料（CFK）構(gòu)成。業(yè)界對(duì)此表示深受震動(dòng)，不過如何把混合材料制成的車身零部件組裝起來，這對(duì)技術(shù)人員和連接專家提出的巨大挑戰(zhàn)。車輛的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)該既輕盈，又穩(wěn)定安全?！安牧辖M合以及混合建造方式推動(dòng)了連接技術(shù)的進(jìn)步”，德國奇昊汽車公司（Kirchhoff）研究和產(chǎn)品開發(fā)部經(jīng)理Christoph Wagener強(qiáng)調(diào)說。

這家位于德國伊塞隆（Iserlohn）的汽車制造商長期以來一直活躍于混合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。在白車身的結(jié)構(gòu)部件中，鋼和鋁或者金屬和塑料等材料組合已經(jīng)不再罕見。但這絕不表示原有的成熟技術(shù)就要被淘汰：“我們一如既往地還在運(yùn)用咬合、鉚合、旋合等機(jī)械式連接技術(shù)”，Wagener說。點(diǎn)焊和激光焊接等熱連接技術(shù)也屬于完全服務(wù)供應(yīng)商的核心能力。但是點(diǎn)焊明顯具有不足之處：“鋼和鋁的接合不能用焊接的方式，”Wagener強(qiáng)調(diào)說。

標(biāo)準(zhǔn)連接方式的撤退？

作為一種成熟的連接工藝，電阻點(diǎn)焊仍然在混合結(jié)構(gòu)的全鋼領(lǐng)域中處于主導(dǎo)地位，但卻不能用于混合搭配的材料接合。位于比勒費(fèi)爾德的接合技術(shù)專業(yè)企業(yè)博爾豪夫公司（B?llhoff）供應(yīng)許多種接合及緊固系統(tǒng)，不僅能夠?qū)?，還可以將鋁、鎂、塑料及各種混合材料進(jìn)行長效接合。從其產(chǎn)品范圍可以發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)連接件基本不再是核心產(chǎn)品。重要產(chǎn)品則是盲帽鉚接螺母、塑料制的螺栓及螺栓系統(tǒng)、振動(dòng)及聲音耦合連接系統(tǒng)或者用于塑料及復(fù)合材料的螺紋接頭。所有產(chǎn)品均支持機(jī)械式連接工藝，如高速?zèng)_鉚、沖壓鉚合及螺紋連接等。

在有許多人正對(duì)于汽車制造中的這些趨勢(shì)感到十分高興，這其中毫無疑問地就有Elmar Locher。這位連接技術(shù)專家是一個(gè)家族企業(yè)的代理人，這家企業(yè)在近30年前首次推出其擁有專利的“Tox沖壓圓點(diǎn)連接工藝”后，不斷對(duì)這項(xiàng)通用而靈活的咬合連接技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)：這就是位于魏因加滕的托克斯沖壓技術(shù)有限公司（Tox Pressotechnik）。“所謂的TOX咬合連接是一種純機(jī)械的工藝，可以將相同或不同厚度、相同或不同材質(zhì)的板材，以絕對(duì)恰當(dāng)?shù)男螤詈土α炕ハ噙B接”，Locher指出，還可以連接具有涂層或漆層的板材，板材之間可以夾入薄膜或減震材料。在資源保護(hù)和輕量化方面，Tox咬合連接也具有一個(gè)優(yōu)勢(shì)：即使是高強(qiáng)度的特種鋼板和混合材料（鋼板、粘合劑、鋁板）也能進(jìn)行連接，而且沒有任何生產(chǎn)技術(shù)問題，并能實(shí)現(xiàn)可復(fù)制的高連接質(zhì)量。Locher說：“TOX沖壓圓點(diǎn)連接的連接質(zhì)量非常高，在汽車制造中，甚至可以用此工藝將沖撞相關(guān)的零部件及組件安全地互相連接。今天，在汽車產(chǎn)業(yè)中就有200多處應(yīng)用，包括車身、裝備、內(nèi)飾方面所有可以想到的的零部件和組件?！迸c螺接、鉚接等其他機(jī)械連接方式相比，Tox咬合連接無需機(jī)械預(yù)備工作，如鉆孔、沖孔、沉孔等；也不需要任何輔助連接件。另外，這種工藝也無需使用焊接和硬焊或釬焊等熱熔連接所需的焊劑。還有，Tox咬合連接免去了焊接中不可避免的能源消耗。

工藝研究表明，咬合連接不僅在工藝上，而且在成本方面都明顯優(yōu)于電焊。例如一家德國原始設(shè)備制造商（OEM）通過使用咬合連接代替焊接，在零部件方面節(jié)省了66%；而在生產(chǎn)一款日本汽車的行李箱蓋時(shí)，使用Tox咬合連接比沖壓鉚接整整節(jié)省了89%。保時(shí)捷新款車型Macan 的零部件也成功地使用了“Tox技術(shù)”。據(jù)了解，這樣的部件有行李箱蓋和車頂部位的壓鉚螺母。托克斯公司對(duì)保證沖壓時(shí)間非常自信，將特種機(jī)床、帶有獨(dú)立控制器的機(jī)器人系統(tǒng)和機(jī)械鉗系統(tǒng)都運(yùn)用到國際汽車制造業(yè)的流水線上，確保對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行全程監(jiān)控。目前，Tox公司正致力于研究一種新型模塊化的夾鉗：卡箍將由42公斤“塑身”為29公斤。

五年前，博爾豪夫公司就和輕量化方面的專業(yè)公司德國孚利模集團(tuán)（Frimo）合作，將所謂的“一次成型工藝”及配套的機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展至實(shí)際應(yīng)用。該工藝旨在用于玻璃纖維增強(qiáng)塑料材質(zhì)的薄壁型結(jié)構(gòu)零部件。沖壓套管上有特殊的螺紋，無需預(yù)打孔便可以連接結(jié)構(gòu)元件。目前又增加了螺釘?shù)膽?yīng)用。所謂的“Rivtac螺釘”也可以實(shí)現(xiàn)金屬和塑料的混合部件連接，而無需預(yù)打孔。這種機(jī)械連接工藝是將一種類似于指甲的輔助連接件加速到高速后，打入沒有預(yù)打孔的部件。這種螺栓尖端呈尖拱形，可以刺穿材料而不產(chǎn)生毛邊。而應(yīng)用這種工藝的前提條件是結(jié)合件要有足夠的剛性。比如奔馳公司在新的C級(jí)車車身制造中使用了這種工藝—在其內(nèi)部被稱為“沖擊工藝”。C級(jí)車的鋁材混合車身根據(jù)結(jié)構(gòu)輕量化原則設(shè)計(jì)而成，比傳統(tǒng)的鋼材車身減輕了70公斤。

缺點(diǎn)：復(fù)雜化

如今，這種直接的沖鉚工藝已在高強(qiáng)度零部件和型材的批量生產(chǎn)中占據(jù)一席之地。與目前的二步安裝沖壓套管的方法相比，這種新工藝的加工過程既快速，成本又低。博爾豪夫公司稱，汽車行業(yè)已經(jīng)開始采用機(jī)器人操控自動(dòng)沖鉚設(shè)備，甚至高強(qiáng)度鋼的多層連接也不再有任何問題。但是，混合式輕量化方式也有其代價(jià)：比如白車身連接技術(shù)的復(fù)雜化。Thomas Liedtke博士是不來梅奔馳工廠車身生產(chǎn)部（白車身和表面加工）主管，他說：“沖擊鉆或流鉆螺絲等新工藝加大了連接技術(shù)的復(fù)雜性?！睋?jù)這位車身制造專業(yè)人士說，這些工藝的主要亮點(diǎn)是會(huì)給材料增加少許熱量。還有一點(diǎn)：“通過這些新的連接工藝，即使復(fù)雜的零部件也可以實(shí)現(xiàn)單面操作。”

機(jī)械連接的一大缺點(diǎn)是連接處會(huì)有發(fā)生腐蝕的危險(xiǎn)。根據(jù)材料搭配的不同，零部件和連接件必須另外附加涂層。經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鋼板和鋁材連接以及可以再次剝離的螺栓連接，在OEM廠的車身制造中發(fā)揮著重要的作用。例如，大眾汽車公司在對(duì)螺栓和其他連接件的所謂“表面涂層”的特性規(guī)定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。大眾標(biāo)準(zhǔn)TL180中明確規(guī)定了應(yīng)有的摩擦系數(shù)和耐腐蝕性。為此，德爾肯微涂層防腐蝕系統(tǒng)公司（D?rken MKS-Systeme）等表面技術(shù)專業(yè)公司研發(fā)了高效鋅片涂覆系統(tǒng)，只要幾微米的涂層厚度便能夠起到良好的防腐蝕效果。防腐蝕技術(shù)的另外一種趨勢(shì)，尤其在沖壓鉚合技術(shù)中，就是另外使用粘合劑。不過這有一個(gè)基本缺陷，即粘合劑需要很長的硬化時(shí)間。

汽車的輕量化也激勵(lì)了德國伍爾特（Würth）集團(tuán)的子公司阿諾德成型技術(shù)有限公司（Arnold Umformtechnik）。在螺絲方面，該公司正在尋找傳統(tǒng)板材連接工藝的功能性替代品。所謂的“流孔成型螺絲”可以無需預(yù)先鉆孔而穿透材料。在扭矩控制的裝配過程之中和之后，形成的孔洞均與螺絲的紋路嚴(yán)絲合縫。阿諾德公司的研發(fā)工程師Heiko Miller這樣描述結(jié)果：“形成的連接既不透水也不透氣，具有很大的拉拔力?！睂?duì)于這種工藝的成本和流程效率，他強(qiáng)調(diào)說：“這種工藝省去了對(duì)部件進(jìn)行預(yù)制的工序，例如鉆孔、沖壓和螺紋切削，同時(shí)也無需加入螺母和夾具等附加輔助連接元件。”

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輕量化的咬合連接與焊接技術(shù)

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