【汽車材料網(wǎng)】當(dāng)前汽車制造匯集了各種不同的要求和材料,。目標(biāo)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(tuán)和緊固件制造商Baier & Michels共同開(kāi)發(fā)了一種解決方案,，可以克服復(fù)合鋁鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)的許多挑戰(zhàn),。

術(shù)語(yǔ)“螺紋”是指連續(xù)纏繞在中心圓柱形周圍的螺旋脊。當(dāng)前,，它們是標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械零件,，有許多不同的變體。作為緊固螺釘,，它們是最常見(jiàn)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(shí)候再次拆卸而不會(huì)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(wú)屑切削待連接零件內(nèi)螺紋的工具。當(dāng)關(guān)注周期時(shí)間的高度自動(dòng)化汽車制造系統(tǒng)的效率時(shí),，這帶來(lái)相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。這種解決方案提供的另一個(gè)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(duì)復(fù)雜的過(guò)程(尤其是對(duì)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(gè)模制的內(nèi)芯孔,，因此可以額外使用更高強(qiáng)度的鑄造表層bvty,。

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

因?yàn)槁菁y是成型的而不是切削的，因此材料的晶粒流動(dòng)沒(méi)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(qiáng)度和負(fù)載能力的整體接頭,。由于內(nèi)螺紋的成型是來(lái)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(lái)防止意外。生成的線程配對(duì)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(jī))具有非常圓滑的三角形輪廓，這導(dǎo)致在螺紋形成過(guò)程中相對(duì)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(qǐng)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(gè)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(biāo)志的螺桿具有特殊設(shè)計(jì)的成型區(qū)幾何形狀，在內(nèi)螺紋生成過(guò)程中支持材料流動(dòng),。通過(guò)適當(dāng)?shù)男究自O(shè)計(jì),，這種方法還提供了密封功能。這使得螺釘能夠提供對(duì)液體或氣體高達(dá)1bar過(guò)壓或欠壓的密封性,，如梅賽德斯-奔馳標(biāo)準(zhǔn)MBN 10355中所規(guī)定的——無(wú)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(huì)進(jìn)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(fēng)險(xiǎn),。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(gè)優(yōu)勢(shì)。在螺紋連接的情況下,，工藝可靠性成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,，在這種情況下，內(nèi)螺紋的材料是堅(jiān)韌的鍛造鋁合金,，例如T5回火,。特別是對(duì)于較大的擰入深度，傳統(tǒng)的三葉形系統(tǒng)在螺紋形成過(guò)程中容易卡住:內(nèi)螺紋材料和螺釘之間的冷焊會(huì)在安裝過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)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(yù)載力,，因?yàn)橐呀?jīng)達(dá)到了額定的擰緊力矩,。

這種情況通常會(huì)導(dǎo)致對(duì)損壞的接頭進(jìn)行復(fù)雜的返工，消除了直接擰緊帶來(lái)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(mén)為解決這個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)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(gè)產(chǎn)品線,，例如C,、E、G和S級(jí)車型,，包括電動(dòng)衍生產(chǎn)品和armored Guard,。這些螺釘?shù)闹睆綇腗8到M14，長(zhǎng)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(gè)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(dòng)機(jī)以及電動(dòng)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?yàn)楸仨毼兆饔迷诼菁y連接上的橫向力，這就需要極高的預(yù)載力來(lái)防止整體副車架在極端情況下滑動(dòng),。

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(fù)合結(jié)構(gòu)(b&m)

另一個(gè)挑戰(zhàn)是車身的設(shè)計(jì),，它被用于多個(gè)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(tái)：根據(jù)車型,，安裝了鋁管或鋼管,。例如,，在鋁管中,，當(dāng)使用b&m-Ttight M14×50時(shí)，由于成型扭矩相對(duì)較低,，小于50 Nm,，同時(shí)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(huì)產(chǎn)生超過(guò)85 kN的可靠預(yù)加載力,，承載螺紋截面僅為1.7×D（D=標(biāo)稱外螺紋直徑），見(jiàn)圖5,。bvty.VIP

該圖顯示了b&m密封M14×50螺釘安裝過(guò)程的三個(gè)階段,，直到達(dá)到脫模扭矩bvty寶威

也被證明是一項(xiàng)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(wú)法承受碰撞測(cè)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(guò)程中任何潛在的混淆和錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn),?？紤]到成本效率，這也減少了部件的多樣性,，例如對(duì)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(wèn)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(qiáng)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(guò)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(fù)合結(jié)構(gòu),。另一個(gè)優(yōu)勢(shì):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

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