随着“油耗”法规的趋严以及考虑到人们对新能源汽车续航里程的苛求,结合《节能与新能源汽车技术路线图》中对单车用铝量设定的高目标,在钢制车身中引入轻量化铝合金材料成为当前车企最为合理且已在实施的解决方案,而方案的执行对钢、铝异种材料的连接技术提出了迫切的工程需求和重大挑战。因铝合金电阻率低、导热性好和反射率高等特性,点焊和激光拼焊等传统钢制车身的成形方法难以对钢铝异种材料进行良好地连接。自冲铆接工艺对材料的物理性能不敏感,且成形过程中无热输入,适合钢铝异种金属的连接,通过与胶接复合在车身钣金件中已有应用。然而,考虑到车身所用材料牌号复杂、铆钉铆具种类繁多、单工艺自冲铆钢铝的接头强度低以及胶铆复合时需固化处理等问题,探索出钢铝自冲铆接工艺与接头力学性能之间的普遍关系对于推动铝合金在车身中的应用具有重要的意义。本文针对某车型采用HC340LA和6061-T6制备防撞梁总成时连接强度偏低的实际问题,通过对不同牌号的钢、铝进行自冲铆接,分别研究了组合方式、板厚、工件材质、接头热处理(模拟车身烘烤过程)、铆钉开槽(开孔)等工艺因素对接头力学性能的影响,结果如下:(1)首先针对工件的材质和厚度,确定铆钉规格、模具与板料厚度和组合方式的合理匹配关系并制定了自冲铆搭接方案,经多次试铆合格后获得了钢铝自冲铆接的最优工艺参数。(2)对板材组合方式、工件厚度和工件材质对钢铝异种金属自冲铆搭接接头力学性能的影响研究发现1)无论选用Q235、DX51钢和5083铝合金进行铆接还是选用HC340LA和6061-T6铝合金进行铆接,采用铝合金作下层板时接头普遍具有更高的强度和失效位移,与多数文献的研究结论相同;2)HC340LA作上层板搭接6061-T6铝合金时,下层铝合金板越厚,接头失效载荷越大,失效位移越大。3)同种组合方式和厚度,HC340LA钢板/6061-T6铝合金板接头强度要比Q235、DX51镀锌板/5083铝合金接头大。(3)考虑到车身制造过程中涂漆-烘烤作业,对接头进行了170℃×20min和170℃×480min的热处理以模拟烘烤工况进而分析烘烤过程中接头的时效变化,结果表明,无论选用何种材质,热处理均不会降低接头的力学性能,证实了自冲铆钢铝接头在车身制造中的工艺稳定性和性能一致性。其中,6061-T6/HC340LA热处理后接头强度变化不大,但缓冲吸震能力获得改善;5083铝合金/Q235镀锌板和5083铝合金/DX51镀锌板接头热处理后拉剪载荷和失效位移有一定提高。(4)基于对接头界面结构的分析,对铆钉进行了开槽处理以期改善冲铆过程中铆钉在下板中的张开行为,槽口在下板中张开形成的“喇叭口”有利于提高工件受外载荷时铆钉的“回撤抗力”进而增加接头拉剪载荷。结果证实,开槽处理能够提高接头的拉剪载荷,且槽口深度与拉剪载荷之间呈一定线性关系,槽口深度增大,拉剪载荷提高,但槽口超过一定深度后,拉剪载荷迅速降低直至与母样同等级强度,可以推断槽口存在一临界值,对于2.0mm-HC340LA/2.0mm-6061接头而言,铆钉槽口临界值为1.2mm,对应最大的拉剪载荷5.045KN,开槽处理提高了11%的拉剪载荷对于解决前述的连接强度偏低问题有积极作用;另一方面,开槽处理导致失效位移显著降低,这与冲铆过程中上板因槽口产生的“肉”被挤压进接头有直接的关系。针对钢铝自冲铆工艺与接头力学性能之间内在关系的研究对于通过工艺优化进一步提高接头强度具有重要的价值,对于推动铝合金材料在钢制车身中的扩大应用具有积极的作用。