图1 Blue Fastening是Arnold Umformetechnik公司用来解决汽车轻量化构造，从而将螺钉连接最优化的系统名称

就汽车行业创新及关键部门而言，减轻重量是研发的当务之急。除创新加工材料外，适当的连接技术也会在实现目标中起决定性作用。在综合咨询及实施构想下，Arnold Umformetechnik公司研发出一系列具有成本效益的解决方案，其两种最新观念构成了本文的中心话题。

从开始到结束的专有技术概念

相应地，以Forchtenberg为基础的公司专注于机动性领域。Arnold Umformetechnik公司因此致力于汽车开发以及零部件供应行业，并提供适当的连接技术。Thomas Jakob负责应用技术，并了解该领域的要求。“就汽车制造商而言，轻量化构造、电气化及提高效率均为重要目标。此时，其目标在于减少CO2的排放。在保持这一目标的同时，我们的解决方案也为轻量化，并以最优连接特征为标记。”应用专员解释道。

例如，Blue Fastening方法是该公司对价值创造链中所有复杂要求的反应。作为一种连接技术，Blue Fastening可满足与权重优化和提高质量有关的汽车及配件供应行业的要求。其被认为是一种创新和效率的跨产品概念。为具体实现这一理想，可从Arnold得到多种实现模块，例如可解决连接设计问题的咨询理念Fasteneering。对于Thomas Jakob而言，装配空间的最优化十分重要。

更多可支撑螺钉连接的计算

“当客户带着某种观念咨询我们时，我们将会通过复杂的计算向其分析预期连接方案。例如，螺钉螺母的螺纹剪切强度将由头部几何结构的选择确定，传输以及规定扭矩均受到头部几何结构的选择得以保障。螺钉头下夹紧面上的容许压力也应考虑在内。”Jakob解释道。然后，应提出实施理念的建议。这包括旋入深度的最优化以及螺钉头可能减少的容量。通过这一程序，能够保证设计符合载荷，同时避免尺寸超标。

根据Jakob所言，一般情况下，载荷优化、自攻螺钉以及形成冲孔流螺钉的使用能够提供更可持续的解决方案，这也适用于加工成本最优化。通过将型号为Taptite-2000的自攻螺钉用于GD Al，无需进行钻孔及螺纹切削。

“若含有Flowform形成冲孔流螺钉，则无需在金属薄片中进行螺纹切削。”应用专员告诉我们(图2)。

图2  载荷最优化以及带旋入深度的自攻螺钉较小，因而更轻，从而使螺丝槽型更短

节省材料的进一步微调因素可用作创新加工材料和技术。例如，根据Jakob所言，Enaw-6056型号的铝质螺钉适合连接轻质材料，如铝或镁。尤其是对镁合金而言，自攻TT2000-EN AW 7075螺钉是一种可用选项。

例如，在塑料方面，直接螺纹连接和Remform成本尤其低，并且对热塑性材料有效。另一方面，可使用APT-AL衬套来达到塑料接头的全部承载力，其中也可使用Taptite2000型号的螺钉。“当然，例如腐蚀和权重优化也会起作用。”Jakob评论道。但是，计算的目的不仅仅是寻找完全适合且可靠的结合点，而且也可节省螺钉重量及空间。

Thomas Jakob：“当用户带着某种观念咨询我们时，我们将会通过复杂的计算对预期连接进行分析，从而开发最佳连接变体。”

性能更优且安全改进

Jakob告诉我们，Blue Fastening理念是Arnold每天咨询的主要内容。其中包括开发现有的发展潜力或较早开始进行咨询。因此，就连接设计的第一种观念而言，将会对连接任务进行系统分析和仔细检查，以实现潜在节省。例如较小螺钉的使用、安装空间的减少等问题均已得到解决。Fastening可通过其工程服务维持这一状况。

客户进行锻炼以及日常商业中讨论的很多小型建筑群中，Arnold Umformtechnik公司现在已开发了Blue Fastening系统，这经历了与客户“逐步”协商的过程。当一贯采用Blue Fastening方法时，在很多层面上能够实现节省。通过这种方法，可满足连接领域内增加性能密度的多次要求，并保证理想的安全。在金融领域也有其优点，例如自攻螺钉的使用。“对于发动机领域的项目而言，可将凸缘套用来固定旋转轴。原计划用于M10型号的膨胀螺钉，这是一种成本很高的理念，因为需要通过对其进行机械加工以便于使用。”Jakob说道。精确分析接头位置与计算后，发现M9型号的螺钉明显更轻，且比M10型号的螺钉短9 mm，这也能够解决问题。并且，这种方案成本大幅度降低，因为M9型号的螺钉可通过标准加工制成。

图3  若之前已将螺钉、垫圈或黄铜嵌件（嵌入塑料插图左侧）用于标准加工，则带扁圆Remform头的直接螺纹连接可大幅度降低解决方案的复杂性（插图右侧）

Jakob注意到，螺钉必须起到一定作用且尺寸适当。然而，Arnold公司的应用经理指出，持续连接技术能够提供更有效的解决方案。例如，通过降低复杂性、使用创新加工材料、避免尺寸超标和进一步采用可持续计划政策来实现可持续性。Jakob说道，Blue Fastening可实现这一目标，并能提供实现这一目标的多种方法，并改善生产过程中的资源节约。例如，若之前已通过使用螺钉、垫圈和黄铜嵌件(嵌入塑料中)实现标准加工中的连接，则Remform的扁圆头可大幅度降低连接系统的复杂性。“就新的加工材料而言，可用铝质变体替代钢构件。例如，可持续计划政策是指，最优化连接计划可用来代替各种部件。并且，若多功能零件通过冷成型技术而不是机械加工制成，则资源节约型生产技术一定能够为可持续性做贡献。”Jakob解释道。

通过新的焊接工艺实现混合构造

“之前不可能连接铝材和热成型钢材。但是，通过所谓的电阻焊接，这也能够实现。”Arnold & Shinjo的销售经理Uwe Wolfarth强调道。新工艺第一次用于埃姆登制造的Passat B8型号的豪华轿车后窗台板。但是，需要时间和特殊能力管理轻量级施工方案的开发和实施，以便进行批量生产。假如重量对车体零件十分有价值，则其应占全部重量的40%。

然而直到现在，仍然没有方法能将铝制品连接至深拉及热成形的马氏体钢上。但现在电阻焊接(RW)可供使用。这里将电阻焊接元素浇筑到铝板中。这样便使得接头中两种不同的搭配通过传统点焊工艺连接，甚至可用于现有的生产系统中。若为大众汽车后窗台板，则将使51个小钢铆钉紧紧按压至铝板中。接下来，利用标准电阻点焊即可将钢部件固定在板上，同时上胶(图4)。

图4   通过新开发的电阻焊接技术，钢质和铝质板材可牢固连接，且无需特殊的安装技术

十多年来，大众汽车一直不断丰富技术方面的经验。五年前，Arnold & Shinjo作为开发合作伙伴加入进来。然而，在以其应有的方式开始工作之前，第一个任务是回应一些要求，主要目的是设法进行批量生产并保证使用标准设备。“我们能提出一个全面发展的概念说服了大众汽车集团。”Wolfarth强调道。来自Würth小组的Dörzbach团队在开发工艺过程中扮演一个果断的角色。“我们确定了RW元件的几何结构，并开发和设置了插入工艺，同时在板金中进行机械锚定，以便RW元素能自动加工。”Wolfarth总结了公司提供的服务范围。

Uwe Wolfarth：“有了RW的概念，我们便能提出一种全面革命性的连接备选方案，说服了大众汽车集团。”

标准因素的特殊工艺

通过各种系列试验，工艺应能进行批量生产且证明达到99.98%的安装可用性。“设置工具应足够精细和细小，以保证能顺利通过安装孔。部件同样也应是非常细小。因此，不止一次听到员工将其与钟表制造相比较的评论。”Wolfarth回顾之前面临的挑战时说道。

图5   使用Arnold & Shinjo的电阻焊接技术，可为帕萨特B8后窗台板节省1 kg多的重量

大众汽车协调了用于生产相关钣金部件的所有工具。整个安装技术为Arnold & Shinjo所有。“这种开发涉及到所有领域且有详细的项目管理，还要结合与内部部门和客户之间有效的沟通。”销售经理强调道。但他们的承诺带来了回报，特殊的RW技术的使用单在帕萨特B8(图5)后窗台板上便节省了1 kg之多。然而，新开发的连接系统的主要优势显然在于，生产和焊接装置与之前的大众汽车的纯钣金接头进行相同的使用。据Wolfarth所说，进行混合生产是同样不可能的，因为这样会仅要求软件适应从附带电阻焊元件铝板到标准钢板的改变。