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铝合金自冲铆接工艺及力学性能研究

羊军许倩

（浙江吉利汽车研究院，宁波3153361）

摘要：针对铝合金的自冲铆连接（SPR）技术为研究对象，分析了铝合金的自冲铆接工艺方

法对接头质量和性能的影响，研究了自冲铆接工艺参数对接头几何特征、力学性能的影响，并

进行了接头疲劳性能的CAE分析。研究发现，采用位移控制方式的SPR铆接工艺，可以获得更

大的互锁值及更高的接头力学性能，而且接头的几何特征和力学性能更为稳定，SPR接头的失

效形式表现出了以拉脱失效为主，其力学性能随着头高的增加而不断减小，剩余厚度对力学性

能影响并不显著。当SPR接头中含有结构胶的条件下，其力学性能得到显著提升，且失效形式

有转化为接头拉延失效的趋势。同时研究了自冲铆连接的疲劳强度和失效形式，研究发现位

移控制和能量控制的SPR铆接疲劳性能没有显著差异，而且裂纹均在刺穿的上层铝板孔洞周

围起裂，随后垂直于载荷方向扩展。最后，使用SPIDER单元分析方法对疲劳性能进行了模拟

分析，得出的SPR接头S-N仿真曲线与实际S-N曲线参数基本一致，整体误差小于5%，表明

SPIDER单元分析方法具有较高的有效性。

关键词：自冲铆接工艺参数疲劳机械性能

中图分类号：U465.2；U466文献标识码：BDOI：10.19710/J.cnki.1003-8817

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1前言要技术路线。铝合金、高分子材料、复合材料等

轻质材料的应用是目前车辆轻量化技术的重要发

乘用车使用经济性、加速性、环保等性能的提展方向之一，但这些轻质材料的使用给连接工艺

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升，一直是国内外各大汽车制造商最为重要的技带来了巨大的挑战。

术发展方向。研究表明，随着整车质量的降低，车对于已经开始大量应用于车身制造的铝合金，

辆的燃油经济性、加速性能、刹车性能等均有显著目前主要采用自冲铆（SPR）工艺进行连接。自冲铆

提高。同时，由于燃油经济性的提高会有效降低连接技术是一种高效的新型连接技术，由铆钉对铝

车辆的尾气排放量，降低车辆使用过程中给环境合金的互锁而实现稳定连接的冷连接技术，特别适

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保护造成的压力。汽车轻量化不仅可以有效提高用于铝合金、镁合金等轻质合金的连接。自冲铆

车辆经济性和运动性能，也有益于环境保护的重工艺过程中由于无需焊接热源而没有飞溅产生，生

产环境较为友好。而且该工艺对材料的表面状态

不敏感，不会由于表面状态等因素的差异而产生质

作者简介：羊军（1972—），男，高级工程师，硕士，研究方向为整车

轻量化及车身设计。量异常。同时，自冲铆接工艺还具有生产噪音相对

2020年第4期汽