美国汽车制造商正在努力应对降低汽车重量的挑战，以满足2025年CAFE(企业平均燃油经济性)的要求，该要求要求新车和卡车每加仑行驶55英里。为了应对这一挑战，需要在材料和紧固方法方面取得最新进展。

虽然钢仍然是汽车装配的主要材料，但制造商正越来越多地转向铝、镁、高级高强度钢、碳纤维复合材料和塑料。这些轻质材料用于车身、底盘和内部应用，以及动力总成组件。

为了加入这些材料，汽车制造商使用了各种技术。用于金属的压铆、流钻螺钉和用于塑料的螺纹成形螺钉已被证明在连接异种或薄材料、保持连接强度的同时减轻重量方面是有效的。凯迪拉克c6是轻型汽车的最新例子之一，其特点是铝密集的结构，结合了这些紧固方法，以及各种类型的焊接(激光、电弧、点焊)和结构粘合剂。

其他车辆使用不同的紧固技术制造。奥迪Q7和保时捷911在车身白车身组装时采用了Ejoweld工艺。在大众帕萨特B8豪华轿车上，包裹架使用Flexweld技术安装。本田、捷豹、梅塞德斯、宝马和美国的三大汽车制造商都依赖自穿孔铆接来连接广泛的零部件。

当然，这些尖端技术的主要吸引力是他们降低车辆重量的能力。然而，他们还为汽车制造商提供了其他重要的好处，例如减少紧固件的数量，增加生产和减少能耗。

Ejoweld

长期的紧固件供应商EJOT Holding GmbH & Co. KG早在2002年就开始开发Ejoweld摩擦焊接组装系统。NNI Training and consulting的创始人兼总裁劳伦斯•克劳斯(Laurence Claus)是EJOT Fastening Systems lp的技术顾问。他说，该系统在德国花了10年时间开发，并于2012年首次被奥迪公司(Audi AG)采用。

“奥迪彻底测试了这项技术，在2016年1月开始使用它在奥迪7的生产中使用它，”克劳斯解释道。“ejoweld在白色装配阶段使用，以构建强大的轻质车框架。”

根据克劳斯的说法，该系统提供了汽车OEM的几个好处。首先，它在铝或镁（高达4毫米）的顶部薄板（或多堆叠）和底部薄片（2毫米最大）之间的高强度接头（或高达4毫米）之间产生轻度，高或超高 -强度钢（高达1,800兆帕斯卡[MPA]）。Ejoweld是一个完全自动化的过程，具有短的加入循环时间（约1秒），使高批量应用具有成本效益。

克劳斯表示，该系统也可以用于粘合剂在纸张之间施加粘合剂的应用中。它相对紧凑，实现实时过程监控，并创造了没有火花或闪光，噪音很少。发热是本地化的。

系统组件包括自动给料机、机器人安装的坐封工具和控制器。两种紧固元件中的一种将薄板连接在一起。CFF(复合摩擦紧固件)是用于标准、高强度接头的元件。SRE(更小的法兰元件)具有更低的封头轮廓和更低的突出接头。这两种类型都是无螺纹的，有一个薄的头，实心柄和一个浅尖的尖端。柄和尖端的长度可以改变，以适应不同的堆叠变化。

紧固件安装是一个四个步骤的过程，在板材通过坐封工具的安装头夹紧在一起后，元件被送入预先设定的位置并正确定位。第一步涉及旋转元件(高达8000转/分)，并施加轴向载荷，使元件穿透顶部薄片。当使用CFF时，被置换的材料向上流动，在渗透顶部周围形成土堆。相比之下，SRE的形状使头部嵌入向上流动的物质中，形成一个较低的接头。

接下来，增加元件的旋转速度，因此产生足够的热量以清洁和制备用于焊接的下板表面。在步骤三，元件尖端和钢界面处的摩擦产生局部加热，软化两种材料。最后，轴向载荷增加并保持，从而镦锻柄的尖端和下部以产生焊接，该焊缝在其界面处牢固地粘合两个薄片。

Claus只提到了这项技术的两个局限性。一是安装设备必须接入两侧堆叠。另一种是安装的元件的头部突出于顶部薄片的平面之上。

“明年，奥迪AG计划在A8上使用Ejoweld进行身体固定工作，保时捷AG在其保时捷911上会对相同的行为，”克劳斯总结道。“此外，几级1S正在研究使用该技术构建汽车座椅，以及一些美国汽车制造商正在测试该技术。”

Flexweld.

大众在全球拥有数家最先进的工厂，其中一家位于德国埃姆登。在那里，一组工人和机器人每天生产大约450辆轻型帕萨特B8轿车。在白车身阶段使用的一种装配工艺是Flexweld电阻元件焊接系统，该系统由紧固件制造商Arnold Umformtechnik GmbH (AUG)和大众汽车公司于2009年至2014年共同开发。

“Flexweld提供了两个重要的好处，”8月的Vitalij Janzen，产品，流程和系统开发专家Vitalij Janzen。“首先是它让OEM使用现有的点焊设备。另一个是系统将非钢材加入钢的不同厚度。“

Flexweld系统由碗馈线，安装机器（C型架或冲压模具）和专有的钢（20mNB4）紧固件称为元件。北美销售总监Chris Norton表示，该元件厚度为1英寸，具有7.8毫米的头部，有六个不同的长度（1.4,1.7,2.1,2.5,2.9和3.5毫米）进行插入在铝，镁或复合板中厚0.7至3.1毫米。该元件可提供未处理或用基于锌的表面之一进行处理。

在Emden Plant，Flexweld用于主装配线附近的工作站。在工人将元件装载到碗馈线之后，固定机器人将铝合金部件（车辆的包裹货架）定位在安装工具内。以预设位置送入单个元件并冲入部件的一侧。该元素在零件运输期间通过轻微的肖次举行。然后将几个元素安装在组件的每一侧上。

接下来，机器人抓取组件，并将其与两个位于固定位置的钢边板对齐。在一些元件用常规焊枪点焊到钢上之前，先将元件和钢板夹紧在一起。之后，另一个机器人将组件移动到固定焊枪上，焊枪将其余组件焊接到钢板上。最后，将该部件移动到主体装配线，安装到车身上。

诺顿说，每个元件安装大约需要2秒，元件焊接到钢铁上需要1秒。每个元素的安装都会产生一个铝段塞，铝段塞会从下面被捕获并运输用于回收。元件安装后，焊接前可在元件上涂胶或密封胶，以增加元件的强度和刚度。

诺顿指出:“Flexweld的独特之处在于，它可以让制造商在元件安装后立即进行焊接，甚至更晚。“一些Tier 1正在使用Flexweld的冲压模具版本来安装铝组件，并将它们储存起来，以便稍后交付给汽车制造商。其他北美和亚洲的原始设备制造商以及那些生产电动汽车的厂商也对这项技术感兴趣。”

铆钉焊接

2014年，密歇根大学机械工程教授S. Jack Hu开发了与当地汽车OEM合作的铆钉焊接（RW）。一年后，胡锦涛通过学校的技术转让司单独向OEM和最优过程技术授予该技术。

RW结合了自刺穿铆接和电阻点焊的优点，在一步中加入不同的材料，主要是铝和高强度硼钢。优化工艺技术的COO Dan Radomski表示，该系统提供同一类中不同材料的强大可靠的连接。它的TABT时间不到1秒，使其适用于高度自动化的身体框架组件。

RW系统包括自动进料器和C框架安装和焊接机。由钢制成的双端子空心铆钉被送入机器，然后暂时保持垂直于堆叠的顶部片材。作为轴向压力施加到铆钉上，通过铆钉和两种材料送出电极电流以温暖并软化它们。

在毫秒内，铆钉穿透顶层并与之接触
底层。根据Radomski，联合界面处的材料快速收集并填充空心铆钉以形成“封装的块”和超强焊接。关节在堆叠的两侧齐平。

“在我们的实验室中，我们已经证明了对焊接熔体温度和每层精确温度的准确控制，以确保当将片材，管结构的片材或铸造片材连接时，确保完美的粘合剂，或者铸造。“现在，我们正在向两位美国汽车OEM合作伙伴展示这项技术如何帮助实现身体上白色的轻量化。”

这两家制造商都希望从钢铁到铝屋顶切换，但仍然将高强度钢（HSS）加入车辆的A，B和C支柱。第三个OEM希望探索将HSS将HSS成为铝制冲击塔铸造的柱子，以及铝制摇杆的HSS B支柱。Radomski说，几个亚洲和欧洲OEM也在讨论中，最佳地是如何帮助他们的。

Self-Piercing铆接

与EJoweld，Flexweld或铆钉焊接相比，自刺穿铆接（SPR）具有更长的轨道记录，用于用于汽车的轻质。在20世纪80年代，SPR商业化在铆接设备的便携式设备，制造商可以使用该过程组装大型产品。

Stanley Engineered Fastening高级产品经理马修•史密斯(Matthew Smith)指出，自上世纪90年代中期以来，汽车制造商一直将SPR作为铝电阻点焊的有效替代品。该技术实现了点焊的结果和质量，没有许多风险，如有毒气体、火花和噪音。此外，SPR比点焊消耗更少的能量(1.5安培vs. 50000安培焊接)。

Stanley的SPR系统将两层或两层以上的铝或钢层连接起来，厚度相近或不同，总堆高可达6毫米(全钢)或10毫米(全铝)。材料可以是相似的，也可以是不同的。

根据史密斯的说法，顶层和底层的允许最大强度额定值分别为1,700MPa和600MPa。然而，底层可以更薄，等于或较厚。通常，它至少是堆叠总厚度的至少三分之一。

连接钢板的钢铆钉长2.8 ~ 14毫米，宽3 ~ 5毫米。较窄的铆钉用于薄板，较宽的铆钉用于结构应用。史密斯说，这种铆钉提供了与点焊相同的抗拉强度和剥离强度，但疲劳寿命是点焊的两倍。此外，铆钉不产生热量，从而消除了纯铝和铝合金在600℃以下熔化的点焊问题。

系统组件包括一个自动送料机，一个伺服驱动铆钉设置器，一个柱塞和一个安装在足够大的c框架压力机上的下模具，以允许进入要铆接的区域。下模是一个实心圆柱体，有一个腔体，其体积与被铆钉取代的材料相似。

装配始于装载馈线的工人，然后将夹具夹在一起。在将铆钉送入到置布之后，柱塞以力和受控距离驱动铆钉以刺穿顶层。然后将铆钉迫使片材进入下模并径向扩展到底层中以形成互锁。连接的床单具有齐平顶表面和底表面，其中由下模形成的按钮。组装过程时间为1至4秒，取决于柱塞的行驶时间。

“多年来，使用我们的SPR系统的应用程序的铆钉速度和力量要求在略微上升了，”史密斯说明。“铆钉可以以每秒高达300毫米的速度进料并插入，具有多达80千铁的力。”

目前，本田、捷豹、梅塞德斯、宝马和美国的三巨头都在使用斯坦利SPR系统来加入广泛的零部件。不过，史密斯指出，亚洲和东欧的许多汽车制造商，以及几家电动汽车制造商，都在调查这一过程。