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大宝娱乐lg游戏:Huck铆钉在铝合金客车车身上的应用

发布时间:2018-11-29   来源:GAF螺丝君  

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常务副院长程思教授,以及胡善珍教授、教务处、思政部、经济管理系、人文社科系、园林与艺术系职能部门负责人、系部主任参加会议等出现会议。(市政府)

  介绍Huck铆钉的特点和分类,阐述其在铝合金客车车身上的实际应用情况,并分析其生产效率和轻量化结果。

  在现代铝合金客车车身生产中, 铆接螺栓连接焊接是主要的3种连接方式。

  铝合金结构车身焊接时,不仅易导致骨架变形,而且易产生气孔、咬边、裂纹、未熔合等诸多缺陷,工艺技术难度大,对操作人员的专业技能要求偏高。

  根据有关资料介绍,矫正铝合金焊接变形的工时约占制造车体全部工时的20%左右。

  螺栓连接车身精度较差,生产效率低,扭矩检测困难,且车身结构在振动或交变荷载作用下,螺纹容易变形,使螺栓连接松动。

  铆接车身无应力变形,无需矫正工序,无需检测扭矩工序,工艺技术简单,对操作人员的专业技能要求低, 同时其制造车间节省能源、减少污染、绿色环保。

  目前,国内众多客车厂也相继开发出全铝合金铆接车身,如申龙SLK6109、海格KLQ6762、申沃SWB6108、金港ZJG6140等。

  铆接技术虽然优势明显,但受其结构设计、力学性能、作业空间等方面的制约,其在铝合金车身上的应用还不能完全取代焊接。

  Huck铆钉的特点和分类

  Huck铆钉包括钉杆和钉套2个部件,钉杆又包括钉头、锁紧槽、断颈槽、尾段 (枪爪槽) 4个部位,如图1所示。

图1 Huck铆钉的结构

  与传统螺栓利用扭力旋转产生紧固力不同,采用特有的环槽锁紧、环槽断裂技术,在外界拉力下, 拉伸钉杆挤压钉套产生塑性变形,靠变形部位夹紧基材实现可靠的紧密连接,如图2所示。

图2 拉力与位移曲线

  此结构具有高夹紧力和高抗剪力性能,从根本上解决了普通紧固件在振动情况下松动的问题。同时具有更高的精度、更高的生产效率、优异的抗振及抗疲劳性。

  在国内外许多需要螺栓连接或焊接的建筑、汽车、铁路、船舶、航天结构上都使用了大量的Huck铆钉,以降低螺栓连接或焊接的应用比重。

  目前应用在铝合金客车车身上的Huck铆钉按放钉方式分为双面盲拉铆钉单面盲拉铆钉两大类。

  双面盲拉铆钉先从基材背面放入铆钉,再从基材正面拉铆;单面盲拉铆钉既从基材正面放入铆钉,也从基材正面拉铆。

  按结构形式,Huck铆钉可分为环槽铆钉、拉丝抽芯铆钉和哈克博姆铆钉3种类型,在国外又被分别称做Huck Bolt、Magna-Lok和Huck BOM。

  环槽铆钉 (Huck Bolt),又称哈克钉,由一个钉套和一个钉杆两个独立的部件组成, 属于双面盲拉铆钉。

  环槽铆钉利用胡克定律原理,经由拉铆钉专用设备,在单向拉力的作用下,拉伸钉杆并推挤钉套,结构件被压紧后,将内部光滑的钉套挤压到钉杆凹槽使钉套和钉杆形成100%的过盈配合,达到设计夹紧力后,钉杆断颈槽拉断完成铆接,如图3所示。

  环槽铆钉抗剪力高、抗拉力高, 铆接范围大 (铆接厚度3.5~30 mm) ,但在作业空间狭窄的结构中,操作不如单面盲拉铆钉方便。

图3 环槽铆钉铆接原理

  拉丝抽芯铆钉 (Magna-Lok) 属于单面盲拉铆钉,与环槽铆钉结构不同,在单向拉力的作用下,钉杆拉伸向上,使钉杆尾端较粗部分进入钉套中,将钉套逐渐挤压增粗并填满钉孔,结构件被压紧后钉杆上的环形凹槽推入钉套的环形凸台内锁止,达到设计夹紧力后, 钉杆断颈槽拉断完成铆接,如图4所示。

  拉丝抽芯铆钉成本低,操作方便,但力学性能较差,其抗剪力和抗拉力分别为环槽铆钉的0.8倍和0.7倍,铆接厚度范围小 (铆接厚度为1.5~16 mm) 。

图4 拉丝抽芯铆钉铆接原理

  哈克博姆铆钉 (Huck BOM) 同属于单面盲拉铆钉,不但具有环槽铆钉永不松动的结构特点,同时具有拉丝抽芯铆钉单面放钉的优势,在单向拉力的作用下,拉伸钉杆并推挤钉套,使钉套尾端变形形成墩头,结构件被压紧后,将内部光滑的钉套挤压到钉杆凹槽使钉套和钉杆形成100%的过盈配合,达到设计夹紧力后,钉杆断颈槽拉断完成铆接,如图5所示。

  哈克博姆铆钉力学性能较高,抗剪力和抗拉力分别为环槽铆钉的1.6倍和1.3倍,可在作业空间狭窄的结构中取代环槽铆钉的应用,但采购成本过高,是环槽铆钉的3倍。

图5 哈克博姆铆钉铆接原理

  Huck铆钉在铝车身上的应用

  铝合金型材具有较高的比强度,虽然弹性模量低,但有很好的挤压性,能得到复杂截面的构件,从结构上能够补偿铝合金车身单个零部件的刚度。

  同时Huck铆钉的高夹紧力、高抗剪切力、永不松动的特点,钉杆在铆接过程中,随着拉力增大,断颈槽部位最先超过材料的屈服极限而断裂,其他部位并不产生塑性变形,这种结构的钉杆允许用高强度的材料制造,从而可提高铝合金车身各个零部件之间的连接强度。

  Huck铆钉结合6061-T6态铝合金型材的客车车身结构,在国外已广泛应用。

  某客车公司设计的14 m机场摆渡车在原有成熟的钢车身上的基础上,改进为采用80%占比的铝合金铆接结构,20%占比的氩弧焊接结构, 如图6所示。

图6 某客车六大片骨架结构

  铝合金车身的前、后围骨架因弧形结构,接头互不垂直,连接件设计困难,无法应用铆接,采用氩弧焊焊接而成;车身的顶盖骨架、侧围骨架全部采用Huck铆钉铆接而成;底盘骨架不做改动, 仍采用Q345B普通矩形钢管焊接而成;车身五大片合装、车身与底盘合装通过Huck铆钉铆接。

  同时结合UG有限元分析,对合装区域的铆钉逐个建立接触分析,充分模拟铆接车身的水平弯曲、紧急制动、紧急转弯、极限扭转等工况,对铆钉的强度进行逐个校核,保证铝合金车身骨架的铆接强度和刚度达到使用要求。

  设计优化后,铝合金车身骨架共有环槽铆钉1232颗、拉丝抽芯铆钉1748颗、哈克博姆铆钉96颗,实际制造车体时一颗Huck铆钉铆接时间为3~8s,从铝型材下料到六大片骨架合装的总工时为80 h,相对于钢车身焊接骨架总工时230 h (含16 h矫正焊接变形工时) ,生产效率提高近3倍。

  钢车身重2 t (不含底盘骨架),整备质量12.5 t,铝合金铆接车身骨架重920 kg;整备质量11 t,骨架减重54%, 整车减重12%,轻量化效果显著。

  样车已于2014年通过了载荷试验、转向性能试验、结构静应力试验、结构动应力试验、抗风稳定性试验、5 000 km可靠性测试等,结果显示铝合金铆接车身结构稳固、车身性能安全。该产品目前已在上海浦东机场安全运行4年。

  结束语

  目前,在铝合金焊接技术不成熟、焊接变形量大、工艺装备成本投入过高的背景下,铆接技术操作简单、高效, 不用消除内应力,且Huck铆钉作为一种高夹紧力、高抗剪切力、永不松动的连接结构,可部分取代焊接,必然在我国客车制造行业得到广泛应用。

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