【汽車材料網(wǎng)】當前汽車制造匯集了各種不同的要求和材料。目標是使車輛更高效、更安全、更可持續(xù)。這也適用于緊固件技術(shù)。梅賽德斯-奔馳集團和緊固件制造商Baier & Michels共同開發(fā)了一種解決方案，可以克服復合鋁鋼結(jié)構(gòu)帶來的許多挑戰(zhàn)。

術(shù)語“螺紋”是指連續(xù)纏繞在中心圓柱形周圍的螺旋脊。當前，它們是標準化的機械零件，有許多不同的變體。作為緊固螺釘，它們是最常見的連接件之一[2]。與焊接或膠接等其他連接方法相比，螺紋連接提供了可靠的可拆卸接頭，可以在任何時候再次拆卸而不會損壞[3]。

在這種情況下，直接擰緊系統(tǒng)起著特殊的作用。螺紋成型螺釘不僅是緊固件，而且是用于無屑切削待連接零件內(nèi)螺紋的工具。當關(guān)注周期時間的高度自動化汽車制造系統(tǒng)的效率時，這帶來相當大的優(yōu)勢。這種解決方案提供的另一個好處是在螺桿安裝的上游制造步驟中節(jié)約了成本，如圖1所示。例如，鋁外殼中的傳統(tǒng)螺紋連接需要相對復雜的過程(尤其是對于盲孔):鉆芯孔、切割螺紋以及去除碎屑。另一方面，螺紋成型螺釘只需要一個模制的內(nèi)芯孔，因此可以額外使用更高強度的鑄造表層bvty。

b&m密封M14×50連接確保了在底盤與車身結(jié)合過程中整體副車架的可靠緊固

因為螺紋是成型的而不是切削的，因此材料的晶粒流動沒有被中斷，而是被重新成型和應(yīng)變硬化，如圖2所示。從而產(chǎn)生了具有更高強度和負載能力的整體接頭。由于內(nèi)螺紋的成型是來自材料的彈性所提供的自鎖，因而不需要額外的粘合劑或夾緊螺釘鎖定來防止意外。生成的線程配對也是自由的。

起作用的螺紋成型螺釘:與螺紋切削相反，內(nèi)螺紋的材料不是被切掉，而是成型，因此是應(yīng)變硬化的

傳統(tǒng)的直接擰緊系統(tǒng)主要使用三葉螺紋幾何形狀，在三葉形系統(tǒng)中，螺紋的橫截面(類似于螺紋成形機)具有非常圓滑的三角形輪廓，這導致在螺紋形成過程中相對較低的成形扭矩。而梅賽德斯-奔馳與螺絲制造商Baier & Michels(wurth Group的成員)合作，采用了不同的方法。Baier & Michels正在申請專利的螺桿幾何形狀具有圓形螺紋橫截面，由于承載側(cè)面沿著整個圓周重疊，該橫截面提供了特別高的力傳遞，圖3。

與三葉形解決方案相比，b&m-Tight的圓形形狀提供了額外的承載面積

帶有b&m-Tight標志的螺桿具有特殊設(shè)計的成型區(qū)幾何形狀，在內(nèi)螺紋生成過程中支持材料流動。通過適當?shù)男究自O(shè)計，這種方法還提供了密封功能。這使得螺釘能夠提供對液體或氣體高達1bar過壓或欠壓的密封性，如梅賽德斯-奔馳標準MBN 10355中所規(guī)定的——無需任何額外施加的密封劑。三葉系統(tǒng)由于幾何形狀的原因，螺紋面重疊不完全，水分會進入螺紋區(qū)域，b&m-Tight由于具有自密封功能，可最大限度地降低腐蝕風險。這意味著具有圓形輪廓的直接螺紋系統(tǒng)的性能在耐腐蝕性方面提供了積極的效果。

螺桿還提供了優(yōu)于三葉形解決方案的另一個優(yōu)勢。在螺紋連接的情況下，工藝可靠性成為一個關(guān)鍵問題，在這種情況下，內(nèi)螺紋的材料是堅韌的鍛造鋁合金，例如T5回火。特別是對于較大的擰入深度，傳統(tǒng)的三葉形系統(tǒng)在螺紋形成過程中容易卡住:內(nèi)螺紋材料和螺釘之間的冷焊會在安裝過程中產(chǎn)生問題。在這些情況下，緊固件的頭部不與零件的表面接觸，或者它不能產(chǎn)生可靠連接所需的預載力，因為已經(jīng)達到了額定的擰緊力矩。

這種情況通常會導致對損壞的接頭進行復雜的返工，消除了直接擰緊帶來的原始成本節(jié)約。b&M-Tight是不同的:它的成型區(qū)幾何形狀是專門為解決這個問題設(shè)計的，可靠地防止連接卡滯。

配備這些功能后，直接擰緊系統(tǒng)成功應(yīng)用于梅賽德斯-奔馳品牌的多個產(chǎn)品線，例如C、E、G和S級車型，包括電動衍生產(chǎn)品和armored Guard。這些螺釘?shù)闹睆綇腗8到M14，長度在16到140 mm之間，主要用于鋁和鋼中與安全相關(guān)和與碰撞相關(guān)的接頭。一個例子是整體副車架，其在車輛的前端提供橫向連接。它與側(cè)梁一起支撐發(fā)動機以及電動車輛和各種其他單元中的電池組外殼，圖4。加上額外的重量，如Guard車型，該車的重量約為4.5 t，比基本版的常規(guī)重量多2 t。這種情況，因為必須吸收作用在螺紋連接上的橫向力，這就需要極高的預載力來防止整體副車架在極端情況下滑動。

直接擰緊系統(tǒng)b&m-Tight，此處為M14×50版本，特別適用于鋁-鋼復合結(jié)構(gòu)(b&m)

另一個挑戰(zhàn)是車身的設(shè)計，它被用于多個產(chǎn)品線，被稱為梅賽德斯-奔馳的模塊化后部架構(gòu)（Modular Rear Architecture，MRA）平臺：根據(jù)車型，安裝了鋁管或鋼管。例如，在鋁管中，當使用b&m-Ttight M14×50時，由于成型扭矩相對較低，小于50 Nm，同時故障扭矩大于270 Nm，因此系統(tǒng)有利于最終擰緊的較大工藝窗口。這會產(chǎn)生超過85 kN的可靠預加載力，承載螺紋截面僅為1.7×D（D=標稱外螺紋直徑），見圖5。bvty.VIP

該圖顯示了b&m密封M14×50螺釘安裝過程的三個階段，直到達到脫模扭矩bvty寶威

也被證明是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù):在某些情況下，傳統(tǒng)的直接擰緊系統(tǒng)無法承受碰撞測試規(guī)范。另一方面，b&m-Tight做到了。由于其圓形螺紋橫截面和完全成型的螺紋面，它提供了最大的螺紋面重疊，因此具有很高的拔出力。b&m-Tight使這成為可能，并可排除裝配過程中任何潛在的混淆和錯誤風險?？紤]到成本效率，這也減少了部件的多樣性，例如對于兩種不同的螺桿，以及工藝步驟的數(shù)量。

傳統(tǒng)的直接擰緊系統(tǒng)在鋁合金的應(yīng)用中經(jīng)常遇到問題。憑借其特殊的成型區(qū)和圓形螺紋橫截面，b&m-Tight螺釘非常適合這類材料，尤其是大擰入深度的材料，但也適用于高強度鋼。螺桿和形成的螺紋之間的全螺紋面重疊允許在可靠的過程中傳遞最大可能的力。這種連接方案特別推薦用于鋁-鋼復合結(jié)構(gòu)。另一個優(yōu)勢:如果核心孔是相應(yīng)的，b&m-Tight是自密封。

1. [1] Dalley, S.; Oleson, J. P.: Sennacherib, Archimedes, and the Water Screw: The Context of Invention in the Ancient World. In: Technology and Culture 1/2003, pp. 1-26
2. [2] Wittel, H.; Muhs, D.; Jannasch, D.; Vo?iek, J.: Roloff/Matek Maschinenelemente. Normung, Berechnung, Gestaltung. 22nd edition, Wiesbaden: Vieweg, 2015, pp. 230-232
3. [3] DIN8580. DIN 8580:2003-09: Manufacturing processes - Terms and definitions, division Berlin, 2003, pp. 1-13

來源：汽車材料網(wǎng)編譯