宝马奔驰奥迪都在用：热融紧固手段，拧螺丝的新境界

       在紧固件行业有一种热融紧固手段，不需要预开孔，在封闭型材下可以直接攻丝实现连接，在汽车行业如宝马、奔驰和奥迪都在用使用这种手段，而且应用越来越多。那这究竟是怎样的一种手段呢?有怎样的长处和特色呢?    首先想跟大家介绍一个概念，“流钻螺钉”工艺（别称：热融自攻丝/热融紧固体系）。英文中有的翻译为Flow drill Screws（FDS），也有翻译为FlowForm Screws（FFS）,而“流钻螺钉”则指代的是一种高速旋转、自攻丝最后拧紧的连接工艺。该工艺可以在较小变形的情况下实现单边连接，且为一种可拆卸的紧固方式。

       热融紧固手段是一种通过装置中心拧紧轴将电机的高速旋转传导至待连接板料摩擦生热产生塑性形变后，自攻丝并螺接的冷成型工艺。

再仔细通过下面这个图，看一下拧紧螺钉的动作。

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       在拧紧过程开始时，热融螺钉置于无预先钻孔的铝板或薄钢板的表面，高速旋转的螺钉向工件表面施加高下压力，同时产生极高的摩擦热，融化金属。随后，螺钉顶端穿透材料，形成穿孔，并逐渐开始攻螺纹，一旦螺纹形成，螺钉按照预设的扭矩进行拧紧。热融紧固连接工艺步骤与过程说明，包括六个阶段：旋转（加热）→穿透→通孔→攻螺纹→拧螺纹→紧固。

        在初始阶段，高速旋转的电机驱动螺钉接触工件表面，并施以向下的轴向压力（轴向力最高可达1.5kN，旋转速度最高可达8000rpm），螺钉头部与钣金件表面摩擦并产生高温，这个温度基本上在600～900 ℃之间，螺钉附近区域金属迅速软化，加热的材料沿着钻头锥度往上延伸。

        FDS螺钉穿透材料时，大部分热熔的钣金件材料会流向钻孔下部形成一个厚度1~3倍的金属衬套，衬套内表面在FDS螺钉螺杆螺纹的作用下，形成啮合螺纹并拧紧。整个加工过程只需1~6s，即可完成紧固的连接效果，扭矩可以达到15Nm。    同时，FDS钉子在紧固到位后，将会保持一段时间，在旋转扭矩作用下，产生一个预紧力，可以提高螺纹连接的可靠性、防松能力和螺纹的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。

拧紧后的效果

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螺钉特写

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        问题来了，现在汽车行业的连接手段也很多，为什么还要用这种连接方式呢？

    现在越来越多的汽车公司开始应用钢铝混合车身骨架结构，使用铝型材、铝冲压件、铝铸件，以及碳纤维等施工塑料和复合材料类部件，结合各种超高强度钢板，替代传统钢板构件或组件，实现车身框架结构的轻量化和高强度。

        在汽车工业，连接铝材的主要方式有传统的机械紧固SPR（自冲铆接手段）和电阻点焊RSW。SPR是一种稳健而且可替换的工艺，但是由于需要很多种铆钉-铆模组合，装置费用昂贵；电阻点焊虽然手段成熟，经济性高，但是受限于不能连接异种金属。这2种工艺都要求双边可达，这使设计受限严重。

所以，热融紧固件的手段是应运而生。下面这张图是描述的热融紧固手段的长处。

    无需预冲孔、单面连接、可以完成铝件与铝件、铝件与钢件的相互紧固连接

柯马机器人配合热融紧固体系

    许多欧洲汽车厂商早已经开始使用热融紧固手段，如捷豹XK和X150，奥迪R8、A8、TT Coupe、A6等；欧洲的尼桑、路虎、保时捷、宝马等众多汽车招牌也都引入了该连接工艺；上汽通用刚上市的凯迪拉克CT6车型，实现首次钢铝白车身国产化，糅合了11种不同材质，也大量使用了这种连接手段。

        FDS钉子使用特殊配方的硬质合金材料制成，该种螺钉的采购主要还是以国外进口为主，虽然国外很多车企都采用这种紧固手段多年了，但是国内自主招牌车企使用甚少。

摘选自螺丝与螺帽公众号