在现代铝合金客车车身生产中，铆接、螺栓连接和焊接是主要的3种连接方式。
铝合金结构车身焊接时，不仅易导致骨架变形，而且易产生气孔、咬边、裂纹、未熔合等诸多缺陷，工艺技术难度大，对操作人员的专业技能要求偏高。
根据有关资料介绍，矫正铝合金焊接变形的工时约占制造车体全部工时的20%左右。螺栓连接车身精度较差，生产效率低，扭矩检测困难，且车身结构在振动或交变荷载作用下，螺纹容易变形，使螺栓连接松动。
铆接车身无应力变形，无需矫正工序，无需检测扭矩工序，工艺技术简单，对操作人员的专业技能要求低，同时其制造车间节省能源、减少污染、绿色环保。
目前，国内众多客车厂也相继开发出全铝合金铆接车身，如申龙SLK6109、海格KLQ6762、申沃SWB6108、金港ZJG6140 等。
铆接技术虽然优势明显，但受其结构设计、力学性能、作业空间等方面的制约，其在铝合金车身上的应用还不能完全取代焊接。
01 Huck 铆钉的特点和分类
Huck 铆钉包括钉杆和钉套 2 个部件，钉杆又包括钉头、锁紧槽、断颈槽、尾段( 枪爪槽) 4 个部位，如图1所示。
图1 Huck 铆钉的结构
与传统螺栓利用扭力旋转产生紧固力不同，采用特有的环槽锁紧、环槽断裂技术，在外界拉力下，拉伸钉杆挤压钉套产生塑性变形，靠变形部位夹紧基材实现可靠的紧密连接，如图2所示。
此结构具有高夹紧力和高抗剪力性能，从根本上解决了普通紧固件在振动情况下松动的问题。同时具有更高的精度、更高的生产效率、优异的抗振及抗疲劳性。
在国内外许多需要螺栓连接或焊接的建筑、汽车、铁路、船舶、航天结构上都使用了大量的 Huck 铆钉，以降低螺栓连接或焊接的应用比重。
图 2 拉力与位移曲线
目前应用在铝合金客车车身上的 Huck 铆钉按放钉方式分为双面盲拉铆钉和单面盲拉铆钉两大类。双面盲拉铆钉先从基材背面放入铆钉，再从基材正面拉铆;
单面盲拉铆钉既从基材正面放入铆钉，也从基材正面拉铆。按结构形式，Huck 铆钉可分为环槽铆钉、拉丝抽芯铆钉和哈克博姆铆钉 3 种类型，在国外又被分别称做 HuckBolt、Magna－Lok 和 Huck BOM。
环槽铆钉( HuckBolt) ，又称哈克钉，由一个钉套和一个钉杆两个独立的部件组成，属于双面盲拉铆钉。
环槽铆钉利用胡克定律原理，经由拉铆钉专用设备，在单向拉力的作用下，拉伸钉杆并推挤钉套，结构件被压紧后，将内部光滑的钉套挤压到钉杆凹槽使钉套和钉杆形成 100%的过盈配合，达到设计夹紧力后，钉杆断颈槽拉断完成铆接，如图 3 所示。
环槽铆钉抗剪力高、抗拉力高，铆接范围大( 铆接厚度 3. 5 ～ 30 mm) ，但在作业空间狭窄的结构中，操作不如单面盲拉铆钉方便。
图3 环槽铆钉铆接原理
拉丝抽芯铆钉( Magna－Lok) 属于单面盲拉铆钉， 与环槽铆钉结构不同，在单向拉力的作用下，钉杆拉伸向上，使钉杆尾端较粗部分进入钉套中。
将钉套逐渐挤压增粗并填满钉孔，结构件被压紧后钉杆上的环形凹槽推入钉套的环形凸台内锁止，达到设计夹紧力后，钉杆断颈槽拉断完成铆接，如图 4 所示。
拉丝抽芯铆钉成本低，操作方便，但力学性能较差，其抗剪力和抗拉力分别为环槽铆钉的 0. 8 倍和 0. 7 倍，铆接厚度范围小( 铆接厚度为 1. 5 ～ 16 mm) 。
图4 拉丝抽芯铆钉铆接原理
哈克博姆铆钉( Huck BOM) 同属于单面盲拉铆钉，不但具有环槽铆钉永不松动的结构特点，同时具有拉丝抽芯铆钉单面放钉的优势。
在单向拉力的作用下，拉伸钉杆并推挤钉套，使钉套尾端变形形成墩头，结构件被压紧后，将内部光滑的钉套挤压到钉杆凹槽 使钉套和钉杆形成 100%的过盈配合，达到设计夹紧 力后，钉杆断颈槽拉断完成铆接，如图 5 所示。
哈克博姆铆钉力学性能较高，抗剪力和抗拉力分别为环槽铆钉的 1. 6 倍和 1. 3 倍，可在作业空间狭窄的结构中取代环槽铆钉的应用，但采购成本过高，是环槽铆钉的 3 倍。
图5 哈克博姆铆钉铆接原理
02 Huck铆钉在铝车身上的应用
铝合金型材具有较高的比强度，虽然弹性模量低，但有很好的挤压性，能得到复杂截面的构件，从结构上能够补偿铝合金车身单个零部件的刚度;
同时 Huck 铆钉的高夹紧力、高抗剪切力、永不松动的特点，钉杆在铆接过程中，随着拉力增大，断颈槽部位最先超过材料的屈服极限而断裂，其他部位并不产生塑性变形。
这种结构的钉杆允许用高强度的材料制造，从而可提高铝合金车身各个零部件之间的连接强度。Huck 铆钉结合 6061－T6 态铝合金型材的客车车身结构，在国外已广泛应用。
某客车公司设计的 14 m 机场摆渡车在原有成熟的钢车身上的基础上，改进为采用 80%占比的铝合金铆接结构，20%占比的氩弧焊接结构，如图 6 所示。
图6 某客车六大片骨架结构
铝合金车身的前、后围骨架因弧形结构，接头互不垂直，连接件设计困难，无法应用铆接，采用氩弧焊焊接而成；车身的顶盖骨架、侧围骨架全部采用 Huck 铆钉铆接而成；
底盘骨架不做改动，仍采用 Q345B 普通矩形钢管焊接而成; 车身五大片合装、车身与底盘合装通过 Huck 铆钉铆接。
同时结合 UG 有限元分析，对合装区域的铆钉逐个建立接触分析，充分模拟铆接车身的水平弯曲、紧急制动、紧急转弯、极限扭转等工况，对铆钉的强度进行逐个校核，保证铝合金车身骨架的铆接强度和刚度达到使用要求。
设计优化后，铝合金车身骨架共有环槽铆钉1232 颗、拉丝抽芯铆钉1748 颗、哈克博姆铆钉 96 颗，实际制造车体时一颗 Huck 铆钉铆接时间为 3 ～8 s，从铝型材下料到六大片骨架合装的总工时为 80 h，相对于钢车身焊接骨架总工时 230 h( 含 16 h 矫正焊接变形工时) ，生产效率提高近 3 倍。
钢车身重 2 t ( 不含底盘骨架) ，整备质量 12. 5 t，铝合金铆接车身骨架重 920 kg，整备质量 11 t，骨架减重 54%，整车减重 12%，轻量化效果显著。
样车已于2014 年通过了载荷试验、转向性能试验、结构静应力试验、结构动应力试验、抗风稳定性试验、5000 km 可靠性测试等，结果显示铝合金铆接车身结构稳固、车身性能安全。该产品目前已在上海浦东机场安全运行 4 年。
03 结束语
目前，在铝合金焊接技术不成熟、焊接变形量大、工艺装备成本投入过高的背景下，铆接技术操作简单、高效，不用消除内应力，且 Huck 铆钉作为一种高夹紧力、高抗剪切力、永不松动的连接结构，可部分取代焊接，必然在我国客车制造行业得到广泛应用。
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