新型流孔成形螺钉拓展应用极限

阿诺德成型技术有限公司（ARNOLD UMFORMTECHNIK GmbH & Co. KG）多年前开发并成功向市场推出了Flowform® 流孔与螺纹成形螺钉，以满足钣金连接日益增长的需求。如今，该公司推出了其进阶产品。

Flowform® 流孔与螺纹成形螺钉可实现单侧攻入的全自动连接。凭借其多边形尖端几何结构，Flowform® 螺钉能够成型流孔及螺纹——在需要返修时，该螺纹可容纳一个公制螺钉。

随着客户要求的不断提高，公司现推出已获市场认可的Flowform® 的进阶版本——Flowform® Plus。汽车行业正致力于在降低二氧化碳排放的背景下实现减重。更薄、更高强度的钢材或铝材的使用日益增多，混合结构也在增加。然而，螺钉也必须在这些变化的条件下仍能保证可靠的连接。位于福希滕贝格的这家紧固件专业公司正是应客户的具体需求而开发了 Flowform® Plus。简而言之：Flowform® 必须进一步改进以满足这些新要求。

与传统的Flowform® 相比，ARNOLD的开发者将Flowform® Plus的尺寸从直径5毫米改为直径4毫米。此外，流孔尖端的几何形状得到了优化，热处理工艺也进行了调整，使得性能几乎保持不变。

三层钣金连接，采用2.5毫米厚的铝板，使用Flowform® Plus连接。

三层钣金连接，采用2.5毫米厚的铝板，使用Flowform® 连接。

轻量化构造需要显著的重量优化

“根据板材厚度的不同，传统Flowform® 在钢材应用中的连接极限最高为600兆帕，而Flowform® Plus则能达到 1000兆帕，”ARNOLD UMFORMTECHNIK的Flowform® 应用销售工程师Heiko Miller表示。

与传统Flowform® 相比，ARNOLD的开发者将Flowform® Plus的尺寸: 从直径5毫米、长度20毫米改为直径4毫米、长度20毫米。根据头部和长度的不同，传统Flowform® 5.0的重量约为4.0克，而新型Flowform® Plus 4.0的重量约为3.0克。这意味着减重25%。按整车使用的螺钉总数推算，这累积起来可减轻相当可观的重量。例如，每辆车使用500个传统Flowform® 5.0元件的重量为2千克，而每辆车使用500个Flowform® Plus 4.0元件的重量为1.5千克。仅此一项即可节省500克。

此外，Flowform® 尖端的几何形状得到了优化，热处理工艺也进行了调整，使得连接的性能几乎保持不变。

连接点验证为连接提供安全保障

但何时Flowform® Plus才是合适的紧固件呢？

“客户对特定连接点的设想通常非常具体。我们的工作是研究对于具体应用，Flowform® 还是 Flowform® Plus 是更好的解决方案。”ARNOLD UMFORMTECHNIK的Flowform® 应用销售工程师Nadine Schmetzer解释道。

“因此，我们会在钣金连接实验室使用原始材料进行可行性研究，例如确定连接的强度值以及失效情况下的极限值。连接点测试则更为深入。在此，客户已经确定了他们希望使用的特定材料组合。相应地，他们也期望获得关于该连接点所能达到的强度值的建议和具体数据，”Nadine Schmetzer说道。她自2017年以来一直从事钣金连接技术的研究与开发工作，包括Flowform® Plus的开发。

过去几年中，ARNOLD UMFORMTECHNIK尤其在测试方面积累了丰富的专业知识，客户乐于借鉴这些经验。在位于Dörzbach的全新钣金连接技术实验室中，配备了多种测试装置以及所有常见的系统技术，包括用于接近批量测试的机器人单元。

Flowform® Plus的典型应用

原则上，Flowform® Plus是为更高强度的钢板和更厚的板材组合而设计的。“通过使用铝部件，还可以形成更厚的多层连接组合。过去，这意味着三层连接中的顶层和中间层需要预冲孔。据ARNOLD UMFORMTECHNIK称，现在使用Flowform® Plus，无需预冲孔即可连接厚度达7.5毫米的材料组合（具体取决于连接材料），”Miller解释道。

这得益于直径减小带来的材料位移减少，使得板材之间的间隙更小，并且由于尺寸更小，摩擦面也更小。这意味着拧紧扭矩低于传统的Flowform®。由于扭矩水平整体较低，因此也可以使用更低的拧紧扭矩来紧固连接。据ARNOLD UMFORMTECHNIK称，连接强度略低于Flowform®，但对于应用而言已经足够。

关于紧固件本身，通过选择合适的材料并结合适当的热处理工艺，可以获得更高的强度。由于Flowform® Plus直径更小，头部直径也更小，因此该螺钉也适用于只有较小法兰宽度的应用场景。

ARNOLD的开发者用一个示例展示了Flowform® Plus的能力。我们使用传统 Flowform® 和新型 Flowform® Plus元件连接了一个由 2.5 毫米厚铝板组成的三层钣金连接件。结果清楚地显示，使用 Flowform® Plus 时产生的间隙更小，而且无需预钻孔即可连接。在使用粘合剂的应用中（通常如此），如果避免使用预钻孔，粘合剂也会被截留，而不会溢出到预钻孔中”, Heiko Miller说。 “就工艺成本效率而言，无需预钻孔的连接更具成本效益。用户不需要昂贵的摄像技术来检查螺钉在连接过程中定位是否有所偏移，”Schmetzer补充道。

这种新型流孔成型螺钉的应用实例包括：铝钢混合结构的车身外壳制造、型材密集型结构、单侧可达性连接、混合连接或电池包。

整体工艺的多重节省效应

Flowform® Plus 更小的头部直径意味着客户可以对组件的设计进行调整。例如，法兰可以设计得更窄，从而实现更优化的减重。

由于螺钉的材料位移更小，在可比材料组合中，与传统Flowform® 相比，所需的轴向力也更小。这意味着工艺负载可以降低。因此，如有必要，机器人可以设计得更小。如果保持机器人不变，则连接过程中的螺钉应力会更小。

“另一个优点是用户可以继续使用他们现有的螺钉紧固系统，无需进行重大改造。”Nadine Schmetzer说。

对于ARNOLD的开发者来说，至关重要的是为客户部件实现最佳的连接解决方案。因此，客户服务与系统供应商的协调同样重要。“尽早让所有工艺相关方参与进来，最终有助于实施优化且成本高效的工艺，”Miller解释道。