现代铝合金客车车身生产中，有三种主要的连接方式，分别是铆接、螺栓连接和焊接。
铝合金结构车身进行焊接时，容易引发骨架变形的情况。同时，还容易产生气孔、咬边、裂纹、未熔合等诸多方面的缺陷。其工艺技术的难度较大，对操作人员的专业技能方面的要求也比较高。
有关资料介绍表明，矫正铝合金焊接变形所花费的工时约占制造车体全部工时的 20%。螺栓连接的车身精度不佳，生产效率偏低，扭矩检测存在困难。并且在车身结构受到振动或交变荷载作用时，螺纹容易发生变形，从而导致螺栓连接出现松动情况。
铆接车身不存在应力变形，所以不需要矫正工序。也无需进行检测扭矩的工序。其工艺技术较为简单，对操作人员的专业技能要求不高。并且制造车间能够节省能源，减少污染，实现绿色环保。
目前，国内有很多客车厂陆续开发出全铝合金铆接车身。例如申龙的 SLK6109，海格的 KLQ6762，申沃的 SWB6108，以及金港的 ZJG6140 等。
铆接技术有明显优势，然而，由于其受结构设计、力学性能、作业空间等方面的限制，所以在铝合金车身上的应用不能完全取代焊接。
01 Huck 铆钉的特点和分类
Huck 铆钉包含钉杆和钉套这两个部件。其中，钉杆包含钉头、锁紧槽、断颈槽、尾段（枪爪槽）这四个部位。如图 1 所示。
图1 Huck 铆钉的结构
传统螺栓是利用扭力旋转来产生紧固力的。而这种采用特有的环槽锁紧、环槽断裂技术的方式不同，在外界拉力作用下，拉伸钉杆会挤压钉套，使其产生塑性变形，通过变形部位夹紧基材，从而实现可靠的紧密连接，如图 2 所示。
此结构具备高夹紧力以及高抗剪力的性能，从根源上把普通紧固件在振动情形下会松动的问题给解决了。并且它还具有更优的精度，有着更高的生产效率，以及优异的抗振能力和抗疲劳性。
许多国内外的建筑、汽车、铁路、船舶、航天结构在需要螺栓连接或焊接时，都使用了大量的 Huck 铆钉，这样做是为了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，按放钉方式有两种。一种是双面盲拉铆钉，这种铆钉先从基材的背面放入，然后从基材的正面进行拉铆；另一种是单面盲拉铆钉。
单面盲拉铆钉会从基材的正面放入铆钉，同时也会从基材的正面进行拉铆。从结构形式方面来看，Huck 铆钉可以分成环槽铆钉、拉丝抽芯铆钉以及哈克博姆铆钉这 3 种类型，在国外钢结构铆钉连接图片，它们又分别被称作 HuckBolt、Magna－Lok 和 Huck BOM。
环槽铆钉，也叫哈克钉。它由一个钉套和一个钉杆这两个独立的部件构成。并且它属于双面盲拉铆钉。
环槽铆钉依据胡克定律原理，借助拉铆钉专用设备。在单向拉力的影响下，会拉伸钉杆并且推挤钉套。当结构件被压紧后，会把内部光滑的钉套挤压到钉杆的凹槽中，从而使钉套和钉杆形成 100%的过盈配合。达到设计夹紧力后，钉杆断颈槽会拉断，以此完成铆接，如图 3 所示。
环槽铆钉的抗剪力较高，抗拉力也较高。它的铆接范围较大，能铆接 3.5 ～ 30mm 厚度的结构。然而，在作业空间狭窄的结构里，其操作不如单面盲拉铆钉那么方便。
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。它与环槽铆钉的结构不一样。在单向拉力的作用下，钉杆会拉伸并向上，从而使钉杆尾端较粗的部分能够进入钉套中。
钉套逐渐被挤压从而增粗，接着填满钉孔。结构件被压紧后，钉杆上的环形凹槽会被推入钉套的环形凸台内并锁止。当达到设计夹紧力时，钉杆断颈槽会拉断，从而完成铆接，如图 4 所示。
拉丝抽芯铆钉成本较为低廉，并且操作起来较为方便。然而，它的力学性能不是很好，其抗剪力是环槽铆钉的 0.8 倍，抗拉力是环槽铆钉的 0.7 倍。同时，它的铆接厚度范围比较小，铆接厚度在 1.5 至 16 毫米之间。
图4 拉丝抽芯铆钉铆接原理
哈克博姆铆钉属于单面盲拉铆钉。它具有环槽铆钉永不松动的结构特点。同时，它还具有拉丝抽芯铆钉单面放钉的优势。
拉伸钉杆是在单向拉力的作用下进行的，同时钉套也被推挤。钉套尾端因被推挤而变形，形成了墩头。结构件被压紧后，内部光滑的钉套被挤压到钉杆凹槽中，从而使钉套和钉杆形成 100%的过盈配合。当达到设计夹紧力后，钉杆断颈槽拉断，完成铆接，如图 5 所示。
不过，它的采购成本过高，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
铝合金型材的比强度较高。它的弹性模量虽低，但挤压性很好，能获得复杂截面的构件，并且从结构方面能够对铝合金车身单个零部件的刚度进行补偿。
Huck 铆钉具有高夹紧力、高抗剪切力且永不松动的特点。在铆接过程中，随着拉力的增大，断颈槽部位会最先超过材料的屈服极限而断裂，而其他部位不会产生塑性变形。
这种结构的钉杆能够用高强度材料来制造，这样就能提高铝合金车身各个零部件之间的连接强度。Huck 铆钉与 6061－T6 态铝合金型材相结合的客车车身结构，在国外已经得到了广泛的应用。
某客车公司设计的 14m 机场摆渡车，其原有车身是成熟的钢制车身。在此基础上，对车身结构进行了改进，采用了 80%占比的铝合金铆接结构以及 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
铝合金车身的前围骨架和后围骨架由于是弧形结构，其接头互不垂直，这导致连接件的设计较为困难，所以无法应用铆接这种连接方式，而是采用氩弧焊进行焊接；车身的顶盖骨架以及侧围骨架全部都是采用 Huck 铆钉来进行铆接的。
底盘骨架保持原样未做改动，依旧是由 Q345B 普通矩形钢管焊接而成的。车身的五大片进行合装，车身与底盘也进行合装，并且这两种合装都是通过 Huck 铆钉来铆接的。
结合 UG 有限元分析，对合装区域的铆钉逐个进行接触分析的建立。充分模拟铆接车身的各种工况，如水平弯曲、紧急制动、紧急转弯、极限扭转等。对铆钉的强度逐个进行校核，以此来保证铝合金车身骨架的铆接强度和刚度能够达到使用要求。
设计优化后，铝合金车身骨架包含环槽铆钉 1232 颗，还有拉丝抽芯铆钉 1748 颗，以及哈克博姆铆钉 96 颗。在实际制造车体时，一颗 Huck 铆钉的铆接时间在 3 到 8 秒之间。从铝型材下料到六大片骨架合装，总工时为 80 小时。而钢车身焊接骨架的总工时为 230 小时，其中还包含 16 小时矫正焊接变形的工时。相比之下，铝合金车身骨架的生产效率提高了近 3 倍。
钢车身重 2 吨，且不含底盘骨架钢结构铆钉连接图片，其整备质量为 12.5 吨。铝合金铆接车身骨架重 920 千克，整备质量为 11 吨。骨架减重比例达到 54%，整车减重比例为 12%，轻量化效果较为显著。
该产品目前在上海浦东机场已安全运行 4 年
03 结束语
目前，铝合金焊接技术存在不成熟的情况，焊接变形量较大，工艺装备成本投入过高。铆接技术操作较为简单且高效，不需要消除内应力。Huck 铆钉是一种具有高夹紧力、高抗剪切力且永不松动的连接结构，它可以部分取代焊接。所以，在我国客车制造行业，铆接技术必然会得到广泛应用。
