新型流孔成形螺釘拓展應(yīng)用極限
阿諾德成型技術(shù)有限公司（ARNOLD UMFORMTECHNIK GmbH & Co. KG）多年前開(kāi)發(fā)并成功向市場(chǎng)推出了Flowform? 流孔與螺紋成形螺釘，以滿足鈑金連接日益增長(zhǎng)的需求。如今，該公司推出了其進(jìn)階產(chǎn)品。
Flowform? 流孔與螺紋成形螺釘可實(shí)現(xiàn)單側(cè)攻入的全自動(dòng)連接。憑借其多邊形尖端幾何結(jié)構(gòu)，F(xiàn)lowform? 螺釘能夠成型流孔及螺紋——在需要返修時(shí)，該螺紋可容納一個(gè)公制螺釘。
隨著客戶要求的不斷提高，公司現(xiàn)推出已獲市場(chǎng)認(rèn)可的Flowform? 的進(jìn)階版本——Flowform? Plus。汽車(chē)行業(yè)正致力于在降低二氧化碳排放的背景下實(shí)現(xiàn)減重。更薄、更高強(qiáng)度的鋼材或鋁材的使用日益增多，混合結(jié)構(gòu)也在增加。然而，螺釘也必須在這些變化的條件下仍能保證可靠的連接。位于福希滕貝格的這家緊固件專(zhuān)業(yè)公司正是應(yīng)客戶的具體需求而開(kāi)發(fā)了 Flowform? Plus。簡(jiǎn)而言之：Flowform? 必須進(jìn)一步改進(jìn)以滿足這些新要求。
與傳統(tǒng)的Flowform? 相比，ARNOLD的開(kāi)發(fā)者將Flowform? Plus的尺寸從直徑5毫米改為直徑4毫米。此外，流孔尖端的幾何形狀得到了優(yōu)化，熱處理工藝也進(jìn)行了調(diào)整，使得性能幾乎保持不變。
三層鈑金連接，采用2.5毫米厚的鋁板，使用Flowform? Plus連接。
三層鈑金連接，采用2.5毫米厚的鋁板，使用Flowform? 連接。
輕量化構(gòu)造需要顯著的重量?jī)?yōu)化
“根據(jù)板材厚度的不同，傳統(tǒng)Flowform? 在鋼材應(yīng)用中的連接極限最高為600兆帕，而Flowform? Plus則能達(dá)到 1000兆帕，”ARNOLD UMFORMTECHNIK的Flowform? 應(yīng)用銷(xiāo)售工程師Heiko Miller表示。
與傳統(tǒng)Flowform? 相比，ARNOLD的開(kāi)發(fā)者將Flowform? Plus的尺寸: 從直徑5毫米、長(zhǎng)度20毫米改為直徑4毫米、長(zhǎng)度20毫米。根據(jù)頭部和長(zhǎng)度的不同，傳統(tǒng)Flowform? 5.0的重量約為4.0克，而新型Flowform? Plus 4.0的重量約為3.0克。這意味著減重25%。按整車(chē)使用的螺釘總數(shù)推算，這累積起來(lái)可減輕相當(dāng)可觀的重量。例如，每輛車(chē)使用500個(gè)傳統(tǒng)Flowform? 5.0元件的重量為2千克，而每輛車(chē)使用500個(gè)Flowform? Plus 4.0元件的重量為1.5千克。僅此一項(xiàng)即可節(jié)省500克。
此外，F(xiàn)lowform? 尖端的幾何形狀得到了優(yōu)化，熱處理工藝也進(jìn)行了調(diào)整，使得連接的性能幾乎保持不變。
連接點(diǎn)驗(yàn)證為連接提供安全保障
但何時(shí)Flowform? Plus才是合適的緊固件呢？
“客戶對(duì)特定連接點(diǎn)的設(shè)想通常非常具體。我們的工作是研究對(duì)于具體應(yīng)用，F(xiàn)lowform? 還是 Flowform? Plus 是更好的解決方案?！盇RNOLD UMFORMTECHNIK的Flowform? 應(yīng)用銷(xiāo)售工程師Nadine Schmetzer解釋道。
“因此，我們會(huì)在鈑金連接實(shí)驗(yàn)室使用原始材料進(jìn)行可行性研究，例如確定連接的強(qiáng)度值以及失效情況下的極限值。連接點(diǎn)測(cè)試則更為深入。在此，客戶已經(jīng)確定了他們希望使用的特定材料組合。相應(yīng)地，他們也期望獲得關(guān)于該連接點(diǎn)所能達(dá)到的強(qiáng)度值的建議和具體數(shù)據(jù)，”Nadine Schmetzer說(shuō)道。她自2017年以來(lái)一直從事鈑金連接技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)工作，包括Flowform? Plus的開(kāi)發(fā)。
過(guò)去幾年中，ARNOLD UMFORMTECHNIK尤其在測(cè)試方面積累了豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，客戶樂(lè)于借鑒這些經(jīng)驗(yàn)。在位于D?rzbach的全新鈑金連接技術(shù)實(shí)驗(yàn)室中，配備了多種測(cè)試裝置以及所有常見(jiàn)的系統(tǒng)技術(shù)，包括用于接近批量測(cè)試的機(jī)器人單元。
Flowform? Plus的典型應(yīng)用
原則上，F(xiàn)lowform? Plus是為更高強(qiáng)度的鋼板和更厚的板材組合而設(shè)計(jì)的。“通過(guò)使用鋁部件，還可以形成更厚的多層連接組合。過(guò)去，這意味著三層連接中的頂層和中間層需要預(yù)沖孔。據(jù)ARNOLD UMFORMTECHNIK稱(chēng)，現(xiàn)在使用Flowform? Plus，無(wú)需預(yù)沖孔即可連接厚度達(dá)7.5毫米的材料組合（具體取決于連接材料），”Miller解釋道。
這得益于直徑減小帶來(lái)的材料位移減少，使得板材之間的間隙更小，并且由于尺寸更小，摩擦面也更小。這意味著擰緊扭矩低于傳統(tǒng)的Flowform?。由于扭矩水平整體較低，因此也可以使用更低的擰緊扭矩來(lái)緊固連接。據(jù)ARNOLD UMFORMTECHNIK稱(chēng)，連接強(qiáng)度略低于Flowform?，但對(duì)于應(yīng)用而言已經(jīng)足夠。
關(guān)于緊固件本身，通過(guò)選擇合適的材料并結(jié)合適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，可以獲得更高的強(qiáng)度。由于Flowform? Plus直徑更小，頭部直徑也更小，因此該螺釘也適用于只有較小法蘭寬度的應(yīng)用場(chǎng)景。
ARNOLD的開(kāi)發(fā)者用一個(gè)示例展示了Flowform? Plus的能力。我們使用傳統(tǒng) Flowform? 和新型 Flowform? Plus元件連接了一個(gè)由 2.5 毫米厚鋁板組成的三層鈑金連接件。結(jié)果清楚地顯示，使用 Flowform? Plus 時(shí)產(chǎn)生的間隙更小，而且無(wú)需預(yù)鉆孔即可連接。在使用粘合劑的應(yīng)用中（通常如此），如果避免使用預(yù)鉆孔，粘合劑也會(huì)被截留，而不會(huì)溢出到預(yù)鉆孔中”, Heiko Miller說(shuō)。 “就工藝成本效率而言，無(wú)需預(yù)鉆孔的連接更具成本效益。用戶不需要昂貴的攝像技術(shù)來(lái)檢查螺釘在連接過(guò)程中定位是否有所偏移，”Schmetzer補(bǔ)充道。
這種新型流孔成型螺釘?shù)膽?yīng)用實(shí)例包括：鋁鋼混合結(jié)構(gòu)的車(chē)身外殼制造、型材密集型結(jié)構(gòu)、單側(cè)可達(dá)性連接、混合連接或電池包。
整體工藝的多重節(jié)省效應(yīng)
Flowform? Plus 更小的頭部直徑意味著客戶可以對(duì)組件的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。例如，法蘭可以設(shè)計(jì)得更窄，從而實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的減重。
由于螺釘?shù)牟牧衔灰聘?，在可比材料組合中，與傳統(tǒng)Flowform? 相比，所需的軸向力也更小。這意味著工藝負(fù)載可以降低。因此，如有必要，機(jī)器人可以設(shè)計(jì)得更小。如果保持機(jī)器人不變，則連接過(guò)程中的螺釘應(yīng)力會(huì)更小。
“另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用戶可以繼續(xù)使用他們現(xiàn)有的螺釘緊固系統(tǒng)，無(wú)需進(jìn)行重大改造。”Nadine Schmetzer說(shuō)。
對(duì)于ARNOLD的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，至關(guān)重要的是為客戶部件實(shí)現(xiàn)最佳的連接解決方案。因此，客戶服務(wù)與系統(tǒng)供應(yīng)商的協(xié)調(diào)同樣重要。“盡早讓所有工藝相關(guān)方參與進(jìn)來(lái)，最終有助于實(shí)施優(yōu)化且成本高效的工藝，”Miller解釋道。
