全铝车身连接工艺解析及对比

随着汽车行业的发展，轻量化更高的要求，燃油消耗及法规的要求，全铝车身越来越多，特别是目前的新能源车型（国内目前研发的越来越多）。

但是面对着全铝车身或者钢铝混合车身，对连接工艺又是一个新的挑战，本文将重点介绍目前主要应用到的 SPR、TOX、FDS、拉铆及压铆工艺的特点及差异。

SPR(有铆钉铆接）

铆钉在上下模具的挤压作用下，铆钉腿端部在被嵌入板材的过程中向四周翻开形成铆扣，从而将上板和下板牢固地连接在一起，连接过程包括六个阶段：定位→预紧→挤压→刺穿→变形镶嵌→成型。

SPR 实物正反图及剖面图

铆钉直径的选择依据主要是所要铆接的板料厚度，所要铆接的板料厚度越大，则使用铆钉的直径越大，3mm 铆钉多用在两层材料，厚度 6 以内，5mm 铆钉用在 2 到多层铆钉，厚度 10 以内(不同供应商有所不同)，铆钉长度大致等于被铆接板料总厚度加上铆钉腿部直径的 75%。

SPR是一种机械冷成型连接，具有如下优点：

可以实现多种材料连接 （钢、铝、塑料），连接强度比点焊平均提高 10%，铆接时间约 2s ，能耗低，绿色工艺；

无需预先打孔，不破坏板材涂层，密封防水，铆钉头几乎与上层材料平齐，尾部凸出 3mm 左右；

材料组合：薄到厚，硬到软；

实际操作过程对于板材搭接面大小有一定要求，且针对脆性材料要求更为苛刻，而且在设计过程要考虑周边环境及铆枪占用的空间。

当然，SPR也具有它的局限性：

连接点处需要保留双侧的进枪空间；

通常不同的材质、厚度、硬度的接头组合需要不同的铆钉、冲头冲模；

设备系统成本远高于电阻点焊。

TOX（无铆铆接）

通过简单的凸模将被连接件压进凹模，在进一步的压力作用下,使凹模内的材料向外”流动”，结果产生一个既无棱角,又无毛刺的圆连接点的相互镶嵌的塑性变形的连接过程。

TOX背面图与剖面图

工作过程

TOX无铆连接具有如下优势：

铆接范围广，可连接异种材料，动态强度高于电阻焊，低于SPR；

冷连接，无热变形，不损伤工件表面镀层、耐腐蚀。

无铆连接缺点：

目前在车身结构上的应用领域基本局限于车门、机盖、行李箱盖等强度要求相对较低的地方，并不如 SPR 广泛，主要原因在于其连接强度不如后者。

TOX与SPR对比

TOX 与 SPR 的差异主要在于 TOX 是一种不需要铆钉的连接工艺，强度不如 SPR，TOX 正面为一个小凹坑，SPR 正面几乎为平面，而 TOX 与 SPR 的背面都有凸起，对于设计过程需要重点关注，对密封条卡接量有一定要求，在钣金的配合中也需要注意。

FDS(热熔自攻钻）

FDS 工艺通过螺钉的高速旋转软化待连接板材，并在巨大的轴向压力作用下挤压并旋入待连接板材，最终在板材与螺钉之间形成螺纹连接，而中心孔处的母材则被挤出并在下层板的底部形成一个环状的套管的过程。

FDS实物图与泡面图

目前车身应用较多的 FDS 钉子 M5 x 20 或 22这两种，（也有 M4x 20、M3.7x 17型号） 此 M5 的钉子单个重量约为 4~5g，而 SPR 钉子的重量约为0.3~0.8g。（ SPR 铆钉为半空心，FDS钉为实心且较长）。

FDS是单面自攻螺纹连接，有如下优点：

仅需要单侧空间，可连接的材料种类多，包括异种金属，螺钉可拆卸，利于维修，具有较好的连接强度，气密性水密性好，工作环境清洁。

当然，FDS也具有它的局限性：

车身夹具需要较高的刚性支撑；连接过程约 1.5 到 3 秒，取决于材料及厚度，FDS 螺钉成本较高，工艺完成后螺钉正反面均有较大凸起保留，螺钉选用、工艺参数跟螺接材料、螺接方式等相关因素都需要考虑。

对于钣金的厚度要求为尽量小于 6mm，钣金是否需要开孔取决于整体的厚度，以及 FDS 螺丝头部是否有空间。

FDS与SPR对比

目前 FDS 与 SPR 在全铝车身的应用较多，强度较好，通常 FDS 应用在 SPR 无法满足的部位，主要是封闭的空间，因为全铝车身的型材应用，使得 SPR 在一些部位空间无法满足，当然 FDS 及 SPR 对于空间都有一定的要求，铆接完后，FDS 头部凸起，SPR 头部几乎为平，另一侧 SPR 并未穿透钣金，而是让钣金变形，FDS 穿透钣金，另一端凸出较大。

拉 铆

拉铆是指在铆接过程中，铆接件在外界拉力的作用下，发生塑性变形，其变形的位置通常在专门设计的部位，靠变形部位夹紧基材来实现可靠的连接。

抽芯铆钉 拉铆螺柱 拉铆螺母

抽芯铆钉及拉完断面

下面是拉铆螺母的过程图，让大家仔细了解拉铆螺母的工作过程。

插入紧固件 回拉变形 拉铆完成

拉铆时的钉孔直径一般比铆钉直径大 0.1mm 左右。拉铆过程中变形分为 3 种，一种为一侧发生变形，第二种为两侧都发生变形，第三种为通过钉套变形实现紧固连接。

拉铆可以为其他零件的安装提供辅助，也可以实现几个件直接的连接，连接对于材料没有要求，拉铆仅需要单侧空间，在全铝车身设计过程中应用很广。

压 铆

压铆螺母是应用于薄板或钣金上的一种螺母，外形呈圆形，一端带有压花齿及导向槽。

其原理是通过压花齿压入钣金的预置孔，一般预置孔的孔径略小于压铆螺母的压花齿，通过压力使压铆螺母的花齿挤入板内使导致孔的的周边产生塑性变形，变形物被挤入导向槽，从而产生锁紧的效果。除了压铆螺母还有压铆螺柱。

压铆主要是为了其他零件的安装提供辅助，为车身中受力较小的部位提供安装点。

压铆螺母 压铆螺柱

压铆过程图

应用优点

1、 板材背面保持完全嵌平；

2、 高抗扭矩阻力；

3、装备方便，只需简单压铆；

4、规格系列化，能满足多种设计要求。

拉铆与压铆对比分析

压铆螺母是板材变形，（压铆中的涨铆为螺母变形）拉铆螺母是螺母变形，压铆过程需要双侧空间，一侧需要有平模提供压力，一侧为标准件提供支撑或者预定位的凹模，对于型材封闭这种结构的没有影响，只是另一侧需要支撑，不需要压铆的那个面必须接触工作台，拉铆过程仅需要单侧空间，标准件处都需要开孔，拉铆开的孔比铆钉微大，压铆开的孔比铆钉微小，同等情况下，拉铆螺母比压铆螺母强度高。

通过上述的解析，相信大家对于 SPR、TOX、FDS、拉铆及压铆工艺的特点及差异有了一定了解，而目前的全铝车身中，这些工艺的应用越来越多，对于未来的发展起到了至关重要的作用。

欢迎大家的阅读，有什么不对的欢迎指正，有什么想了解的欢迎留言交流学习 。

来源：GAF螺丝君