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鋁材在汽車制造技術(shù)中的應(yīng)用

2018-02-14 21:04:50張艷龍
建材與裝飾 2018年52期
關(guān)鍵詞:鋁材鉚釘螺釘

張艷龍

(國機智駿科技有限公司 江蘇南京 210000)

引言

鋁材的特殊性質(zhì),決定了鋁材的發(fā)展軌跡和應(yīng)用范圍。鋁材的可塑性比較強,材質(zhì)輕便,曾一度在我國的各個行業(yè)受到關(guān)注和推廣,應(yīng)用范疇也是十分廣泛。廣泛程度大到飛機輪船、小到家用廚具,所以一時間對鋁材的青睞可見一斑。近年來,我國乃至世界對于鋁材用途的探索更是五花八門,推陳出新。最主要的應(yīng)用應(yīng)該歸咎于汽車制造業(yè),因為鋁材的特殊性質(zhì),應(yīng)用范疇也逐漸在擴大。鋁材導熱性能比較強,至今汽車的缸體結(jié)構(gòu)仍舊保留了鋁的材質(zhì)。鋁材還具有防銹的特性,因此在汽車零部件中,一些容易生銹且設(shè)計和要求強度不是很高的部件中也使用了鋁材。鋁材在推動汽車制造技術(shù)和輕量汽車的發(fā)展道路上,必定是順利且持久的。

1 鋁材

鋁材使用十分廣泛,我們熟知的電線電纜、門窗、燈具、門把手、電氣組件、包裝材料、容器、廚具等等,鋁材的使用是設(shè)計的行業(yè)最多的。鋁材具有良好的抗腐蝕性,因為其是惰性金屬,所以能夠防止酸堿鹽的腐蝕作用。鋁材還具備良好的性能壽命,及時其在十分惡劣的裝飾環(huán)境下,其使用壽命能夠達到五十年以上。還有就是鋁材的美觀性,因為其靚麗的外表面,深受廣大女性的愛戴。鋁還具備一定的耐熱性,家用鋁箔是拷貝事物的不二之選。因此,由上文介紹可以得知,鋁材是應(yīng)用最為普遍的金屬材料。

2 鋁材的應(yīng)用給汽車制造帶來的挑戰(zhàn)

雖然說鋁材有諸多優(yōu)點,給汽車制造業(yè)也帶來了很多結(jié)構(gòu)上的改革措施,但鋁材本身也存在著很多難以克服的困難。鋁材熔點低,給焊接帶來了很大的不便,且這些問題在很大程度上很難有突破。還有就是鋁材與其他金屬相比,同樣的厚度,在進行焊接作業(yè)時更容易穿孔。我們都知道,鋁的導熱性能是十分好的,曾經(jīng)在一段期間內(nèi)走入了廚具行列,且深受大眾喜愛,但這一特點缺給焊接工藝帶來了難題,因為其良好的導熱性能,焊接時通常會伴隨裂紋。所以,鑒于鋁材的以上問題,嚴重制約了鋁材在汽車制造業(yè)的應(yīng)用,影響了汽車向著輕量化的發(fā)展進程。

3 鋁材連接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

3.1 自沖鉚接工藝(SPR)的應(yīng)用

根據(jù)鋁材的硬度和低強度,可以成為鉚接技術(shù)的首選材料,這句話似乎前后矛盾,但這項技術(shù)的設(shè)計者確實是利用了鋁材的剛性和可塑性,進而產(chǎn)生了一種叫做自沖鉚接技術(shù)。此項技術(shù)的特點就是,用鋁材制作鉚釘,然后經(jīng)過一個動力裝置給予鉚釘一個動力,然后使得鉚釘能夠穿過需要進行鉚接的材料,鉚釘在穿過鉚接材料后,由于受到前端剛性材料的阻擋,而自動變形形成一個彎頭或批頭。這項技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的要點就是充分利用了鋁材的特性,將鋁材的物理特性發(fā)揮到了極致,使得相鄰的兩塊材料被緊緊地鉚在了一起。

3.2 流鉆螺釘連接(FDS)的應(yīng)用

目前,根據(jù)鋁材特點,應(yīng)用于實際中的技術(shù)還有流鉆螺釘連接技術(shù),該項技術(shù)的應(yīng)用是充分利用了鋁材的剛性和帶熱性特性而完成的。首先,需要將鋁材制作成一個帶有螺紋的螺釘,然后將螺釘安裝在具有一定轉(zhuǎn)速的電動螺絲刀上,經(jīng)過電動螺絲刀給螺釘提供轉(zhuǎn)動動力,螺釘及會輕而易舉的被鉆進材料中去,這樣一來螺釘將材料僅僅的連接在了一起。此項技術(shù)的應(yīng)用主要集中在一些特殊的場合,對于環(huán)境或材料有特殊需求的情景中。現(xiàn)階段,該項技術(shù)已經(jīng)立項將被應(yīng)用于汽車輕量化發(fā)展戰(zhàn)略中,也許會為未來打造鋁車身奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

3.3 電阻焊技術(shù)的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟的發(fā)展,且節(jié)能環(huán)保理念的不斷深入,汽車行業(yè)也應(yīng)該緊緊圍繞在以綠色、環(huán)保、節(jié)能為發(fā)展理念的周圍。因此,汽車行業(yè)注定向著輕便安全環(huán)保的目標發(fā)展。但是,上文已經(jīng)提到鋁材不能經(jīng)受瞬間高溫,因為瞬間高溫會使得鋁材形成裂紋,這一難題的破解之法就是在鋁材中加入其它強度較高的金屬。提升鋁材硬度的同時,也提升了鋁材的熔點,使得鋁材能夠被充分利用到汽車制造行業(yè)中去。

再有就是對鋁材采用一些特殊的處理工藝,這種處理不僅能夠解決鋁材焊接的難題,還能推動汽車行業(yè)向著理想的方向發(fā)展。這種方法就是給鋁材一個特殊的電極帽,當焊槍給予帶有電極帽的鋁材大電流時,鋁材受熱融化,此時將融化了的鋁材按壓在需要焊接的部位,焊接接口被牢牢的焊接在了一起。此種方法也存在弊端,且成本較高。

3.4 激光復(fù)合焊的應(yīng)用

激光復(fù)合焊是激光焊和MIG焊兩種方法同時作用于焊接區(qū),激光束在焊縫垂直方向輸入熱量,同時MIG焊在后方熔化焊絲,也向焊縫輸入熱量。開始焊接時,MIG焊電源先形成電弧加熱工件,工件表面會揮發(fā)出大量的金屬蒸汽,從而使激光束的能量傳輸更加容易,形成揮發(fā)孔,順利將激光的所有能量傳到工件上。激光復(fù)合焊焊接過程穩(wěn)定,焊接速度快,形成的熔池大,搭橋能力好,具有很好的柔性和適應(yīng)性(如焊鋁)及經(jīng)濟性。此項技術(shù)必將成為后期鋁材焊接的主流技術(shù),該焊接固有的焊接特性以及經(jīng)濟效益,對于推動鋁材在其他領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)揮了很大的推動力。隨著經(jīng)濟技術(shù)的不斷發(fā)展,激光復(fù)核焊接技術(shù)還會更加完善,操控性會更強,前景會更加廣闊。

3.5 攪拌摩擦焊(FSW)的應(yīng)用

攪拌摩擦焊(FSW)是一種在機械力和摩擦熱作用下的固相連接方法。攪拌摩擦焊過程中,一個柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉(zhuǎn)著緩慢插入被焊接工件,通過攪拌頭的高速旋轉(zhuǎn),使其和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產(chǎn)生摩擦熱,攪拌頭鄰近區(qū)域的材料熱塑化。當攪拌頭旋轉(zhuǎn)著向前移動時,熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉(zhuǎn)移,并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下,形成致密固相連接接頭。攪拌摩擦焊作為一種固相焊接方法,焊前工件無需嚴格的表面清理準備要求,焊接過程中也無煙塵和飛濺,同時噪聲低。由于攪拌摩擦焊僅僅是靠焊頭旋轉(zhuǎn)并移動,逐步實現(xiàn)整條焊縫的焊接,所以比熔化焊甚至常規(guī)摩擦焊更節(jié)省能源。攪拌摩擦焊大多應(yīng)用于擠壓型材和較厚板材。

4 結(jié)束語

綜上所述,隨著社會經(jīng)濟一體化進程的不斷加深、加快,汽車制造行業(yè)更加意識到了只有倡導節(jié)能環(huán)保,才能保持汽車行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。鋁材材料應(yīng)用的不斷深入,加之鋁材焊裝技術(shù)的不斷完善,輕量汽車備受青睞和寵愛的時代背景下,良好經(jīng)濟效益的推動刺激下,國家節(jié)能環(huán)保政策的不斷鼓舞下,越來越多的事實證明了唯有在汽車制造業(yè)中不斷深化鋁材的應(yīng)用和開發(fā),才能推動汽車制造業(yè)經(jīng)久不衰的發(fā)展。同時,鋁材工藝需要深入研究和開發(fā),從整體結(jié)構(gòu)上提升車輛的安全性,才能保障駕駛員和乘員的生命財產(chǎn)安全不受威脅。

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