Products & Technology
产品与技术
轻量化连接装备之自冲铆接设备
国汽（北京）汽车轻量化技术研究院有限公司  付 岩
一、前言
汽车轻量化技术作为汽车产品实现节能减排、增加新能源汽车续航里程的有效途径[1]，越来越被汽车企业重视，在量产车型的使用中也越来越广泛。实现汽车轻量化技术的重要途径之一是在生产制造过程中采用先进的制造技术[2]。谈到先进的轻量化制造技术不得不重点介绍SPR(Self-piercing Rivet)，在捷豹XFL、奥迪A8、特斯拉Model S、福特F-150、蔚来ES8、奇瑞EQ1（小蚂蚁）等车型的全铝车身上均使用了该技术。SPR源自英国Henrob （亨罗布）的译文名是“自冲铆接”，这个名称在国内被广泛使用，有的国内供应商也称它为“锁铆铆接”、“自穿刺铆接”。
二、自冲铆接技术
自冲铆接是指SPR铆钉在外力作用下，通过穿透第一层材料和中间层材料，并在底层材料中进行流动和
延展，形成一个相互镶嵌的塑性变形的铆钉连接过程，该铆接点具有较高的抗拉强度和抗剪强度，称作自冲铆接点[3]。该技术可以连接铸铝、冷拉型材、板材等铝材；可以连接拉伸强度小于500N/mm2的深冲钢；可以连接拉伸强度小于1000 N/mm2的高强钢；也可以连接镁、铜、非金属材料和夹层材料，具有铆接质量高、综合成本低、材料组合广、柔性组线好等特点。自冲铆接工艺解决了铝点焊技术不能满足连接性能要求的问题，克服了疲劳强度不够、铆钉图层和铝材不相容以及钢铆钉和铝材不相容等问题，因此被大量应用在全铝车身的连接。同时自冲铆接技术也存在一定的缺点，在连接钢板时，自冲铆接比点焊的抗拉强度小；铆接时，尾部出现突出的“铆扣”，不够平齐；由于铆接过程需要较大压力，铆接设备比较笨重；在进行自冲铆接时，铆接处材料的两面都必须接触(一面是冲头，一面是模具)，而不进行单面铆接。
相对于普通钢制车身常用的电阻点焊，它们连接的材料不同，故其工艺过程和使用设备自然不同。
三、自冲铆接设备国际发展水平
1985 年基恩·琼斯在英国创建Henrob（亨罗布） 公司，研发和生产出世界上第一套自冲铆接设备。来自亨罗布的一组数据表示，2016年全球销售的9300万辆汽车中大约有6%应用SPR技术，2021年预计这两组数据分别达到1.02亿和11%，其中亨罗布占全球市场份额的60%和70%[4]。继亨罗布之后，德国的BOLLHOFF（博尔豪夫）公司也相继开发出了自冲铆接设备。
自冲铆接在美国和德国汽车车身制造业中已经有了较为广泛的应用，奥迪公司在A8车型上使用了约1400个自冲铆钉，而在新A2上使用约1800个自冲铆钉；美洲虎汽车公司也在X350系列、XJ型豪华轿车的铝制车身上应用至少3000个自冲铆钉。值得关注的事，2004 Jaguar XJ有250个复合连接点采用了自冲铆接技术，厚度从1.8mm到9.0mm，其中一些还配有粘连技术，由145个机械手电动伺服铆接系统和54个手动液压铆接系统完成了3100个自冲铆钉的嵌入工作[5]。路虎与奇瑞
四、自冲铆接设备国内发展现状
中国汽车行业批量使用SPR自冲铆接设备的标志是2016年4月7日第一家专制全铝车身车间在奇瑞捷豹路虎常熟工厂竣工投产[4]。而奇瑞捷豹路虎常熟工厂专制全铝车身车间使用的SPR自冲铆接设备也全部来自亨罗布，这也是亨罗布第一次在中国大规模使用SPR设备。同年8月推出的全新捷豹XFL也成为第一款在中国本土生产制造使用自冲铆接SPR技术的全铝车身车型，其车身上有2754个自冲
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WMEM·2021年 第1期
表2 管理系统4.0系统功能特性
图4 斯旺西液压式标配铆接机[11]
设备特点：①客户定制设备，满足客户的不同生产需
求；②模块化设计，系统机构紧凑可以柔性组合，节约空
间；③铆接为1s/次，最大材料厚度10.0mm；④铆接过
程自动监控，保证铆接质量；⑤系统自诊断功能，易于维
护；⑥生产参数、过程参数和结果数据可以储存，便于分
析不良原因和工艺改进；⑦可与机器人自由对接，实现工
相对液压型设备优点：①可以设置多种模式，有设定
模式、铆接模式、维修模式，可满足不同操作需求；②触
图6 斯旺西伺服式铆接机[11]
铆接质量管理系统是由质量监控和质量数据追溯管理
两部分软件硬件组成的。前者“质量监控”：监控每次铆