[发明专利]板材连接方法及汽车车身或底盘

说明书

技术领域

本发明涉及一种板材连接方法及汽车车身或底盘，尤其涉及一种将相互不能焊接的板材进行连接的方法，通过使用独特结构的半空心铆钉形成焊接性能良好的接头，提高连接的剪切强度。

背景技术

许多现代汽车的车身和底盘(发动机和主变速箱除外)是通过钢与铝、镁、纤维复合材料等比较轻的材料制成的部件组装而成。

由于汽车轻量化以及制造成本降低的要求使得汽车由不同材料混合制造的趋势不断加强。合适的材料应该被使用在合适的位置上，从而在汽车重量和制造成本之间达到一个最好的平衡。

为了实现不同材料之间的连接，近些年来已经开发出许多种方法。这其中有粘接，自冲铆接，冲压连接(例如TOX连接和Clinch连接，其原理是圆柱形凸模将要连接的不同材料挤入凹模中并迫使材料在凹模侧内流动变形，从而形成连接)，以及由以上方法混合起来而实现的连接方法。

综上所述，为了实现多种不同材料之间的连接，往往在汽车组装过程中必须使用更多新的连接方法，因此，必须使用新的特殊设备，增加了新设备的投资，并增加的新工序，从而提高了制造成本。这个情况大大地阻碍了混合材料结构在汽车中的实现。

因为在传统的汽车装配生产过程中主要使用的设备是点焊机，使相互连接的材料之间通过电阻焊的方式形成焊点。一个白车身有大约2000到6000个焊点。除了点焊机之外，还有活性气体保护电弧焊(MIG)/惰性气体保护焊(MAG)和激光复合焊机。但是它们只能用于焊缝连接，并且只能从单侧焊接部件。这样，如果使用钢与铝或其它轻量化的材料制造车身，并使用以上所述的诸如粘接、自冲铆接、冲压连接等方法，则必须采用更多的设备使钢与铝或其它轻量化的材料进行连接，故必须对于汽车组装车间进行大量投资，从而使轻量化汽车的成本大大增加。

为了解决不同种材料之间使用现有点焊机进行连接问题，典型的如铝板材与钢板材之间的连接问题，工程技术人员进行了多种尝试。以下简单介绍发明人所了解的现有技术。

现有技术一：德国专利文献DE10015713A1公开了一种方法，一个全实心的工字形钢铆钉被加入一个铝板，此工字形铆钉夹在该铝板上，然后，这个铝板通过该钢铆钉与另一个钢板通过点焊连接起来，此工字形铆钉的两面都是平整的。但是，此文件没有说明如何将钢铆钉加入一个铝板并产生带两个平整表面的工字形，实际生产中，通过现有的铆钉铆接技术无法制作此种形状的铆钉。此形状的铆钉有可能通过对全实心的钢杆进行高压挤压，比如锻造成型才能制成。高压挤压需要极高的力并且在大多数情况下由于铆钉下端与凹模接触部分材料在变形中产生堆叠或者在向周围展开时形成裂痕从而无法形成如DE10015713A1所描述的极其平整的表面。汽车零部件之间一般需要通过几个到几十个焊点相连，也就需要在零件中加入相应几个到几十个铆钉。该文献所公开的技术方案在实现时存在如下困难：用于汽车钣金件加工的普通冲压机里无法得到锻造成型所需要的力。如果用此方法，需要极大地增加压机的压力。汽车公司必须额外购置提供极大压力的压机才行。此外，此方法对于铆钉的尺寸和几何要求没有任何设定，按照此文献所公开的方案，本发明的发明人和其它人的研究表明，在一般情况下，如果用普通的自冲铆钉，虽然可以产生一个类似的连接，但是，在此基础上进行的点焊结果表明，此种连接的强度小于自冲铆钉的连接强度(请参考RIVSET Stanzniettechnik für perfekte Verbindungen网址：http://www.boellhoff.de/en/de/site_services/downloadcenter.php；H.Rudolf,T.Broda,M.Bielenin，C.Kotschote und Y.Yang,von Al～Stahl～Blechverbindungen für den Karosseriebau，DVS，2012)。其原因是由于焊接时铝板易受热熔化，导致其连接质量极其不稳定，因此其连接的强度及稳定性较差。

综上所述，德国专利DE10015713A1中描述的方法虽然可以避免在焊接过程中必须使用更多新的连接方法和设备，但是却反过来要求在钣金件加工时使用更大吨位的冲压机来实现将铆钉墩粗，从而大大降低了经济可行性。因此，该专利自2000年申请以来，申请人也没有提出对发明进行实际审查的要求，一直没有得到实际应用。