车身材料铆接工艺 SPR FDS

2. FDS热熔直钻FDS（Flow Dirll Screwing）即流钻螺钉，通过高速旋转及轴向下压力使工件发生塑性变形，螺钉穿透工件，形成圆柱形通道，它的工作过程分成６步：将高转速和气缸产生的高气压传导至材料表面使材料产生塑性变形（定位预热过程）→流动钻孔成型（热融穿透过程）→圆柱形通道成型（锥孔成型过程→自攻完全啮合的螺纹（螺纹成型过程）→正常螺钉拧紧（螺钉拧入过程）→拧紧至设定的转矩（紧固落座过程）。

具体如图２所示。

FDS是单面连接工艺，连接设备相对简单，对工件的要求也较为宽松，这种连接工艺主要技术优势如下：（1）单面进入工件，无需前置工作，有无预留孔都可连接。

（2）可连接不同的材料及多于两层板的连接，如型材、铸铝件等多种轻量化材料。

（3）充分利用材料本身，不会像焊接那样引起材料热形变，无公差问题。

（4）高拉出力，高破坏扭矩以及好的抗震能力。

（5）可作为临时连接，易拆除易修复，并且可用为标准螺纹孔。

（6）可与胶同用，水、气密性好。

3. LSW铝点焊LSW（AL Spot Welding点焊，即铝合金板材搭接的电阻点焊，通过电极压紧板件，利用电阻热熔化金属，铝合金板材与钢板相比，由于有较高的比热容焊时需要更多的热能进行加热，而其较高的导热性和高导电率，极易导致热量的快速流失，不易产生足够的电阻热来熔化板材，使得铝的电阻点焊比钢的电阻电焊困难。

为了解决铝点焊的上述问题，一般采用中频直流变压器，输出大电流或者增加电极带，提高接触电图1 SPR铆接步骤1.铆模2.板材3.铆杆4.铆鼻5.铆钉图2 FDS铆接步骤(a)不带胶（剪切） (b)带胶（剪切） (c)不带胶（剥离） (d)带胶（剥离）　图3 剪切剥离实验图片（a）各温度下剪切力力值（5组）（b）各温度下拉伸力力值（5组）图4 6111_3+6111_3不同温度下LSW力学性能示意（a）各温度下剪切力力值（5组）（b）各温度下拉伸力力值（5组）图5 E170_0.9+6111_1.5+6111_2不同温度下LSW力学性能示意于30℃，其稳定性和30℃无明显差异。

浅析钢铝车身先进连接工艺发布时间：2022-06-29T08:26:05.299Z 来源：《中国科技信息》2022年5期作者：苏华，安珂，李金山[导读] 汽车车身的连接设计与制造是汽车生产中的重要环节，也是汽车生产新技术研究的主要内容。

文章主要阐述了汽车车身相关连接设计方法及过程中的讲解应用。

苏华，安珂，李金山(奇瑞用车（安徽）有限公司，安徽芜湖 241000)摘要：汽车车身的连接设计与制造是汽车生产中的重要环节，也是汽车生产新技术研究的主要内容。

文章主要阐述了汽车车身相关连接设计方法及过程中的讲解应用。

关键词：车身；连接设计；新技术前言：低碳环保、安全节能、智能化、轻量化是汽车行业发展趋势，车身连接设计开发与制造是整车开发重要组成部分。

随着中国汽车保有量的不断增加，汽车增速逐渐放缓，更新换代周期越来越短，汽车市场的竞争也越来越激烈，如何提高车身的连接设计及制造水平，提升产品竞争力是当前研究的热点。

1、汽车车身连接设计技术为保证整车结构刚度及安全性能要求，采用了以轻质铝合金材料为主，超高强度钢板为辅的钢铝混合车身结构。

整车铝合金比例达到88%。

在钢铝混合车身结构连接设计时，大量使用了钢铝混合车身连接工艺：自冲铆接（SPR）、自攻螺接（FDS）、螺栓连接、压铆、拉铆等冷连接工艺以及铝点焊、激光焊、铝弧焊、铝螺柱焊等热连接工艺。

汽车在使用钢铝混合车身。

2、钢铝车身连接方式分：焊接：CMT（冷金属过渡电弧工艺）、?Deltaspot 电极带式电阻点焊铆接：SPR、FDS、压力铆3、CMT（冷金属过渡电弧工艺）CMT定义及工艺流程CMT冷金属过渡技术是在短路过渡基础上开发的，但同普通GMAW不同的是，送丝不是一成不变的往前送，焊丝不仅会向前送丝，而且还有往回抽的动作。

其焊接过程是：电弧燃烧，加热工件和熔化焊丝，同时焊丝往前送，直到形成的熔滴同工件接触，在这一刻，焊机将焊接电流降至几乎为零，同时枪头处的伺服马达倒转，焊丝往回抽，通过机械方式将熔滴从焊丝端分离，实现熔滴向焊缝处过渡。

新能源铝制车身SPR铆接设备及铆钉技术要求1.设备技术要求1.1SPS原理SPR全称为自穿刺铆接，是一个在铆钉与两层或多层板料之间形成牢固互锁的一种冷连接工艺，在连接过程中板材不需要预先打孔，通过冲模将铆钉压入装配后的板材形成具有一定强度的连接接头的一种连接方式，英文全称Self-Piercing Rivet，简称SPR。

SPR连接过程如下图所示：1.2运行条件●电源:380V±7％；额定频率:50Hz±1；●控制器电压:24V DC；●设备每天工作运行时间为 16小时，每年工作 246天；（不同品牌新能源车企不同）●压缩空气:设备端压力≥0.55Mpa；●环境温度: 0~40℃；空气潮湿度:≤90％（没有冷凝作用）；●控制总线:Profinet/Enthenet；●适用机器人:ABB /KUKA/FANUC等。

1.3设备详细要求需要提供使用伺服电机作为驱动方式的自冲铆枪；电动伺服型自冲铆接系统由自冲铆枪、控制柜、吹送供钉系统或弹仓式供钉系统等机构组成。

1）送钉-设备要求●吹送供钉系统由供钉桶、供钉终端、分钉器（部分配置）、供钉管等机构组成；设备故障率≤0.15%●弹仓式供钉系统由供钉桶、供钉终端、立柱侧弹仓、铆枪侧弹仓、供钉管等机构组成。

设备故障率≤0.15%●供钉系统以气源为动力，通过 CPU 控制板及气源阀岛控制供钉。

●每个铆头可使用两种同系列铆钉，对于弹仓式供钉系统，铆枪侧弹仓每种铆钉均可至少储存30颗。

●送料器应该配备铆钉长度检测功能，防止铆钉输送错误。

●送钉过程应该具备防翻转，防送错，防卡钉功能。

2）驱动部分-设备要求●控制系统具有铆接过程控制、逻辑控制、参数设置、故障判定与输出、急停保护、内外部系统通信等功能。

●铆接速度≥200mm/s，铆接压力需≥80KN，具有连续可调、稳定性高等特点，最小调整精度 1mm/s。

压力精度±0.1KN，位移精度 0.01mm。

白车身FDS连接技术浅谈摘要：FDS工艺作为汽车白车身的主要连接方法之一，一直受到各汽车厂家的重视。

本文阐述了其工艺原理、技术优势、生产上的工艺需求及在汽车上的主要应用情况，旨在为轻量化车身的设计与制造提供借鉴和依据。

本文在铆接过程中的变化，可对实际车身连接工艺优化提供有益借鉴。

关键词：钢铝车身连接；FDS；铆接；接头质量一、FDS连接技术的应用车身轻量化大势所趋，多样化连接技术混合搭配应用。

对国、内外主流车企开发的典型全铝及钢-铝混合车身采用的连接技术以及轻质材料应用情况进行了调研、资料搜集以及总结。

目前在国外高档轿车品牌车型的车身上都引入了该连接工艺，主要应用于前端框架、地板纵梁、地板横梁、A 柱、前后地板等搭接位置。

二、FDS连接工艺技术的优势热融自攻连接工艺是一种使用热融紧固设备和专用的热融自攻钉（Flow Drill Screw，FDS）通过摩擦生热穿透板材然后攻丝螺接紧固的工艺。

FDS相较于现在正在使用的多种铝合金连接方法具有很多独特的优势。

FDS连接相较于其他的几种铝合金连接方法其技术优势详见图五。

主要体现在以下几个方面：（1）可以单侧连接。

（2）剪切剥离性能好。

（3）可进行不同材料的组合连接。

FDS工艺也有其不足之处，①不能连接过厚的板件，根据使用螺钉的情况，有一个相对应的最大板件厚度值，超过此厚度连接会变得极不稳定。

②搭接的上板件厚度都必须小于下板件厚度，不然板件的力学性能会很差，易脱落。

三、研究FDS连接工艺技术的意义一是对FDS工艺的理论研究可以让更多的人了解这项工艺，展示他的成形机理和技术优缺点，促进研究者之间的学术交流，起到推广这项工艺的作用。

二是分析影响FDS接头质量的参数，找出提高接头质量的方法，研究连接接头的力学性能和失效形式，都能为实际生产提供理论指导，也会影响汽车的生产节拍、生产质量和制造成本。

四、FDS技术生产的工艺需求（1）板件材料以及厚度要求FDS 钻孔的最大能力（铝件）为5mm，钢件为3mm；超出此范围易导致：扭矩过大，螺钉扭断板材之间间隙超过1.0mm，从而影响涂胶质量剩余板材突出过多，螺帽与板材间隙过大，影响打钉质量。

汽车铝合金焊接新技术摘要：铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀等综合性能，使得铝合金成为航空、铁路运输、建筑等许多制造行业的一种重要金属材料。

并且，随着我国汽车产业的发展，无论是安全性能还是节能减排，可提高汽车整体强度，使得铝合金成为汽车轻量化的重要材料之一。

因此，铝合金焊接技术已成为汽车制造业的基本工艺之一，本文主要对汽车铝合金车身焊接新工艺和新方法进行了探讨和分析研究。

关键词：汽车；铝合金；焊接技术引言近年来，由于节能环保的要求日益严格，汽车轻量化便已成为世界汽车发展的必然趋势。

对于燃油车辆，车身质量每下降10%，燃料效率就可以提高6%-8%；对于纯电动车辆，车身质量减轻100公斤，汽车续航可提高10%。

车身质量约占汽车总质量的40%，车身轻量化最重要的是使用铝合金材料。

铝密度仅为钢密度的1/3，具有良好的塑性和可回收性，是汽车轻量化的理想材料之一。

铝合金车身比钢制车身具有更高的连接技术要求和更高的技术难度，而铝合金点焊(RSW)、自冲铆接(SPR)、自攻热铆接(FDS)、激光焊接(LW)等技术在连接过程中是铝合金车身常用的连接方法，与其他几种连接方法相比，铝点焊具有设备投资低、无需使用辅助材料、适配板的柔性厚度以及连接后板材表面没有较高的间隙等优点，正被越来越多的汽车厂家所使用。

1汽车制造中铝合金焊接技术概述一方面，由于全球能源紧张等因素，汽车燃料消费受到越来越多的关注，因此，汽车轻量化已成为大型汽车企业产品设计的重点。

作为轻型发展系统的一部分，轻型金属，如中高端钢结构、铝和铝合金结构、镁和镁合金结构，将逐步取代在轻型汽车车身系统中广泛使用传统钢结构，这是因为铝的重量比钢结构少60%，相较于传统的钢结构，车身实际上可以减少45%以上的总重量，而且铝和铝合金在承受同样的冲击强度时可以吸收更高的冲击能量。

另一方面，基于节能环保的发展理念，铝合金是符合节能降耗要求的更加环保的应用材料，铝合金零部件回收率较高。

图1 SPR断面扫描
为了保证SPR铆接点的质量，图3 带拔模角铸件法兰边SPR铆接点图5 优化后状态
为了节约成本和提高生产节
拍，工厂在合枪设计时会尽量将多
图2 连接板之间拱起图4 优化前状态
图6 FDS工作原理
图7 FDS断面扫描
FDS区域的刚度需有一定要求，否
图8 无铆钉铆接工作原理示意
无铆钉铆接的优点有：
（1）不需要铆钉，连接点的
质量无增加，有利于轻量化。

图10 铆钉长度的影响
结构胶与铆接
目前车身所有的铆接都是与结构胶联合使用的，其主要原因除了结构胶
能提高连接点的剪切强度、隔绝异种材料之间的电化学腐蚀外，另外一个重
要的作用就是提升铆接点的刚度，增强铆接点的疲劳强度。

铆接工艺的一个图9 实心铆接工作原理图示意。

上层板对钢铝SPR接头性能影响的试验研究作者：刘洋李献龙黄涛来源：《企业科技与发展》2021年第07期【关键词】SPR;自冲铆接;钢铝接头;“十”字拉伸强度;剪切强度;自锁量【中图分类号】TG938 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）07-0037-030 引言以铝代钢是车身轻量化发展的趋势，但铝合金焊接存在局部应力集中、金属变脆、微裂纹、热变形等缺陷，传统车身点焊难以直接移植到铝合金零件的连接，因此铝合金薄板的连接问题一直是制约其大批量应用的重要因素。

汽车行业铝车身的连接技术一般采用自冲铆接（SPR）、流钻螺钉（FDS）、无铆铆接（TOX）、胶接、磁脉冲焊接等，其中SPR具有连接强度高、速度快、无污染、无预冲孔、成本低的优点，被大量应用于“奥迪”A8、“宝马”5系、“特斯拉”Model S&X、“蔚来”ES8、“奇瑞”蚂蚁eQ5等铝合金车身的连接。

目前，SPR研究主要集中在成型过程和仿真技术方面。

例如，文献[1]以铝合金AA6111-T4和高强钢HSLA340的SPR连接为研究对象，建立了考虑铆钉穿刺、机械回弹、冷却回弹的铆接仿真方法。

文献[2]研究了两层AA5052铝合金SPR接头铆接材料变形和应力应变分布情况，给出了成型过程中的危险部位。

文献[3]通过试验研究了不同铆接压力对接头成型的影响。

文献[4]研究不同长度铆钉，不同厚度板材对高强钢与A5052铝合金SPR接头质量和“十”字拉伸强度的影响。

实际上，不同材料会对接头的连接强度产生影响，车身开发过程中不仅要考虑成型工艺控制，还要考虑连接强度是否满足整车耐久、碰撞要求，并确定是否需要更换材料，而不同的材料对SPR接头强度性能的影响研究鲜见报道。

本文以两层钢铝SPR接頭为研究对象，上层板采用不同钢板材料，通过试验获得上层板料厚度和抗拉强度对SPR自锁量、“十”字拉伸强度、剪切强度的影响。

1 试验方案仅考虑两层板的SPR连接（如图1所示）。

FDS连接工艺在车身轻量化中的应用研究作者：暂无来源：《汽车与配件》 2018年第2期目前，越来越多的汽车公司开始应用钢铝混合车身骨架结构，使用铝型材、铝冲压件、铝铸件，以及碳纤维等工程塑料和复合材料类部件，结合各种超高强度钢板，替代传统钢板构件或组件，实现车身框架结构的轻量化和高强度。

在汽车工业，连接铝材的主要方式有传统的机械紧固SPR和电阻点焊RSW。

SPR是一种稳健而且可替换的工艺，但是由于需要很多种铆钉-铆模组合，设备费用昂贵；电阻点焊虽然技术成熟，经济性高，但是受限于不能连接异种金属。

这2种工艺都要求双边可达，这使设计受限严重。

FDS工艺是可以解决这个双边可达问题，使设计更宽裕。

FDS是一种摩擦工艺，可以连接同种或异种材料。

由高速旋转的FDS螺钉与静态的钣金之间摩擦力产生很高的热量，会软化钣金材料，使得FDS螺钉可以穿透钣金，获得一个合理的紧固力。

FDS是从摩擦钻工艺延伸而来，可以形成同样类型的衬套特征。

同时，FDS周期时间短，材料处理少，所有的工序都可以集成为简单自动的过程。

车身制造中FDS连接工艺螺栓自动拧紧技术，又称流钻螺钉（Flow DrillScrew，FDS）技术，其原理是利用螺钉的高速旋转产生的热量熔化母材，增加压力打穿母材并在母材上制作螺纹，使两层或多层板料固定在一起。

在过去5年中，许多欧洲汽车厂商开始使用FDS技术，如捷豹XK和X150，奥迪R8、A8、TT Coupe、A6等；欧洲的尼桑、路虎、保时捷、宝马等众多汽车品牌也都引入了FDS连接工艺；上汽通用刚上市的凯迪拉克CT6车型，实现首次钢铝白车身国产化，糅合了11种不同材质，也大量使用了FDS连接技术，多达708个。

FDS螺钉某种意义上讲，紧固件的多样性反应了一套紧固件系统的成熟程度及加工能力。

通过对多种不同形状规格的热融自攻丝钉（FDS螺钉）夹持装置的定制，可以选用多种不同形状规格的FDS螺钉来满足不同行业及生产环境对FDS螺钉的需求，如图1。