新材料，新紧固件| 21-06-11

钢过去、现在和将来都是车辆结构和车身部件（如车门、发动机罩、举升门和挡泥板）的主要材料。但是，其他材料，如铝、镁、塑料和复合材料，正变得越来越重要。

据美国汽车研究中心（Center for Automotive Research）统计，到2020年，各种钢合金占汽车平均结构重量的65%，铝合金占13%，塑料和复合材料占6%。然而，到2040年，钢合金将只占该重量的46%，而铝合金将占26%，塑料和复合材料将占15%。

连接这些不同的材料将需要一些创新的紧固件。使这些太空时代的轻质材料坚固坚硬的特性也使它们难以与塑料和金属板的传统紧固件组装。

下面我们就来看看当今轻型汽车材料的一些最新紧固件。

CFRP自攻螺钉

来自EJOT GmbH&Co.的Flowpoint Delta PT螺钉设计用于紧固碳纤维增强塑料（CFRP）板。

这种新螺钉结合了两种EJOT技术——Delta PT螺钉直接紧固在塑料上，FDS流钻螺钉直接紧固在金属上——在一个紧固件上。Flowpoint Delta PT螺钉是一种自穿自攻螺钉，可以穿透夹紧的材料和配合材料，不需要导向孔。特殊的点在材料上钻一个孔，并挤出一个凸台。优化的Delta PT螺纹几何形状形成一个强大的母螺纹。

安装过程有六个步骤:旋转螺杆并施加一个轴向载荷;材料的加热和渗透;螺孔的标定和挤压成形;线程形成;全螺纹接触;和紧缩。

该紧固件生产一个高质量的螺纹连接，无需任何部件准备步骤。可选用钢、A2或A4不锈钢、铝、钛等多种材质，紧固件可与多种CFRP配合使用。它也可以用来加入混合材料组件，如铝和CFRP。可以拆卸和重新组装。

该紧固件可生产各种头型和驱动槽。

模压式紧固件提供玻璃钢的附着点

Böllhoff公司的IMTEC HR模压紧固件提供用于将零件连接到纤维增强塑料的承载内螺纹。

圆盘形紧固件被放置在用于复合结构的模具中，并且在成型过程中被集成。它不需要安装在特定的方向。它与大多数纤维和大多数热固性和热塑性成型工艺兼容，包括树脂传递成型、压缩成型和注射成型。

对于注射成型，紧固件被放置在固定在模具上的销钉上。销钉定位紧固件，并保护其内部的螺纹不被涂上树脂。接下来，布料被放入模具中。模具是关闭的，塑料注射，和部分是未成型与紧固件集成到它。

对于压缩成型，过程是相同的，除了针是一个塑料螺丝帽，也可以用来推动纤维一边插入紧固件到布，消除了钻孔或冲孔的需要。这样可以节省时间，避免切割纤维。在成型过程中，盖子也可以保护内螺纹，并且在零件脱模后移除。

为了抵抗电偶腐蚀，IMTEC HR可用于镀锌钢和不锈钢。后者主要用于CFRP。也可提供不同的紧固件版本，包括螺柱，螺母和垫片。

该紧固件具有孔眼和花瓣，旨在嵌入复合材料成型过程中。这可防止安装配合螺钉时紧固件转动。此外，由于紧固件法兰位于纤维基体后面，因此不会影响零件的整体厚度。

紧固件牢固地锚定在复合材料中。即使在高机械应力下，

由于插入物具有较高的机械阻力和吸能能力，它会随着复合材料的变形而出现，但不会穿孔。由于荷载分布平衡，消除了开裂的风险。

紧固件建议用于装配结构和半结构复合零件，如车门、尾门、地板和座椅结构。

摩擦焊接紧固件连接钢，铝

EJOT开发了一种摩擦焊接工艺，Ejoweld，它使用一个旋转的钢紧固件快速地将铝和钢连接起来，而不需要在零件上打孔或钻孔。

Ejoweld是一种热机械过程。通过无螺纹紧固件和基材之间的旋转摩擦产生热量。紧固件穿透上层（可以是铝或镁）并焊接到母材（通常是高强度钢）上。上层夹在紧固件头部和基材之间。

安装过程分为四个步骤。在薄板被夹在一起后，紧固件被定位，并在轴向力下高速旋转上部。在这个过程中产生的摩擦热取决于紧固件的结构、转速和轴向力。

一旦紧固件穿透上层，紧固件的转速就会增加，从而产生足够的热量来清洁和准备下板的表面以进行焊接。然后紧固件继续旋转，直到产生足够的热量软化两种材料。两种材料都没有达到熔化温度，而且这个过程不会产生火花和噪音。

最后，旋转采场和轴向载荷增加并保持，从而使柄的尖端和下部弯曲，形成一个焊接，在它们的界面上安全地保持两层。整个过程大约需要1秒。

为了增加强度，该工艺可与粘合剂结合使用。

Ejoweld过程是全自动的。系统部件包括一个六轴机器人、一个安装工具、一个紧固件送料机和一个控制器。

紧固件有三种版本:CFF, SRE和REF。

CFF用于标准的高强度接头。它有一个宽的、下凹的封头，允许被置换的材料沿渗透顶部向上流动。最上面的一层可以是任何屈服强度为每平方毫米150到320牛顿的轻金属。它可以是1到4毫米厚。基材可以是屈服强度为每平方毫米270到1800牛顿的任何钢合金。它可以是1到2毫米厚。

SRE是CFF的一半大小。它有一个较薄的头部轮廓，使头部嵌入自己在向上流动的材料，创建一个较低的轮廓接头。它是窄法兰应用的理想材料，如车门和车顶。最上面的一层可以是任何屈服强度为每平方毫米150到320牛顿的轻金属。它可以是1到2毫米厚。基材可以是屈服强度为每平方毫米600到1800牛顿的任何钢合金。它可以是1到2毫米厚。

REF用于将铝板或纤维增强塑料板连接到铝板上。而CFF和SRE有实心柄，REF有空心柄。

Ejoweld进程确实有一些限制。首先，安装设备必须接近烟囱的两侧。此外，紧固件的头部突出在顶板的平面之上，因此不可能出现齐平的外观。