1、概述

现代汽车工业的激烈竞争和快速发展，对汽车中板件连接技术和工业提出了越来越高的要求，传统的点焊，铆接作为工业界常用的不可拆卸式金属板件点连接方法。均存在着经济及技术上的不足和使用上的局限性。由德国托克斯冲压技术有限公司开发的TOX®系列板件冲压连接技术，成功的解决了这些问题，并在国际汽车制造中得到了越来越广泛的应用。

2、原理

TOX板件冲压连接技术又称无铆钉铆接，是在TOX气液增力缸式冲压连接设备上，采用TOX专用连接模具对被连接板件进行冷挤压，通过板件自身材料的塑性变形，形成TOX连接圆点而实现。TOX连接模具及连接点的形成过程如（图1）所示。

从连接圆点的截面图上可以看出，在TOX气液增力缸产生的特殊冲压力作用下，凸模一侧的板件材料被挤压到凹模侧的板件内，在进一步的挤压过程中，板件材料塑性“流动”。形成燕尾状镶嵌，如此即可形成一个既无棱边亦无毛刺的TOX连接圆点。TOX连接圆点的形成不会影响此处板件的抗腐蚀性，因为在TOX连接圆点的形成过程中，板件的镀层或漆层也随之一起塑性变形“流动”而无撕裂损伤。

在所形成的有凸起的TOX连接圆点基础上，再用TOX平点连接模具，再次挤压，即可形成TOX平点连接（参见图2）。两种连接点的连接强度几乎相同。

图1   

图2

3．TOX点连接强度分析

图3为TOX连接圆点的金相照片。

图3

图4

通过图3 TOX连接圆点金相照片可以看出，板件材料在挤压形成的TOX连接圆点处，其内部晶粒结构被细化及有序化排列（见图3），材料硬度得到提高，而且在最薄弱的部分，其硬度值提高最大。这说明在TOX连接点处板件材料的机械性能不仅没有受到损害反而有了很大提高。此外由图3可看出，在TOX连接圆点处，材料均是塑性范围内变形，其内部晶粒本身及晶粒之间基本无撕裂损伤，由此保证了TOX连接圆点处无应力集中。所以TOX点不仅通过其板件材料的互相镶嵌而具有足够的静态抗剪抗拉连接强度，而且还具有极佳的动态疲劳连接强度。相同条件下，TOX连接圆点的动态疲劳强度远远高于点焊，这已被汽车等工业领域的大量应用实践所证实。

4．TOX连接技术的经济性

图5为TOX连接与点焊连接在设备投资、工装模具费用、加工运转费用等方面的比较。可以看出TOX连接技术与点焊技术相比，在经济性方面也具有极强的竞争力。大量生产实践统计表明，TOX连接费用大约是点焊连接费用的40％－70％。

图5

TOX冲压连接的出现还改变了传统的板件加工工艺流程，减少了加工工序和物料转移，大大地降低了生产成本。例如，传统的钢板件加工一般需如下工序及物料转移：

而采用TOX冲压连接技术，因可对有镀层或漆层的板件直接进行连接，并且即使在连接点处亦不损伤工件表面的镀层或漆层，故工艺过程及物料转移可改为：

加工工序和物料转移的减少，对实际生产，尤其对大规模大批量生产（如汽车工业，家电工业等），其成本的降低是极其显著的。

TOX连接作为一种冷冲压加工，还可以根据实际工件的具体要求，方便可靠地进行多点连接，一次冲压加工，即可同时几点、十几点甚至几十点的连接。TOX连接模具也可以与工件折弯成型模具组配构成复合模具，一次冲压加工即可同时完成工件的折弯成型和连接，生产效率极高。

此外，TOX连接点的连接强度可无损伤检测，这一在所有点连接技术中TOX所独具的质量检测方法，完全适应了现代化工业对连接加工过程自动化的要求。如图6所示，只要测得TOX连接点的底厚值“X”，即可知道该点的抗剪抗拉强度。利用这一特性可以简便可靠地将TOX连接加工过程自动化，实现全过程自动检测，严格保证每一点的连接质量，极大地提高了产品质量及生产效率，降低了生产成本。

  图6

5．TOX冲压连接设备

TOX连接圆点的形成归功于全新的TOX气液增力缸式冲压设备及TOX专用连接模具。设备的动力执行缸为TOX气液增力缸，它集气缸和液压缸的优势于一体，利用气液增压原理，以最大0.6-1.0Mpa普通压缩空气驱动，无需液压系统即可将密封在缸体内的液压油增压至40-56Mpa,由此产生2-2000KN的冲压力。

该缸为三行程缸（快进行程、力行程，返回行程），见图7，具有最先进的软到位及增力自适应功能。快进行程可使模具快速小力达到工件表面，这不仅提高了生产效率，保护了模具及工件，实现了无噪声冲压加工，更为重要的是极大地提高了冲压加工质量。碰到工件后，缸自动产生增力，实现力行程，完成冲压加工。此后靠压缩空气及回位弹簧作用，快速返回。整个过程空气耗量极少，与一般冲压设备相比，最高节能可达90％。

此外该缸冲压力和三行程以及各行程速度皆可在规定范围内无极调节，并可计算机编程控制。极高的可靠性，保证了TOX气液增力缸先进的运动学及力学特性，使其成为当今世界上性能最佳的冲压缸。正是以其为基础，才研制开发出如此完美的TOX冲压连接技术，并使其迅速地在世界范围内得以广泛应用。

 图7

6. TOX连接技术的适应范围及应用

通过冷挤压而实现的TOX点连接技术,其适应范围极广。理论上讲只要能发生塑性变形的金属板材都可以采用TOX连接，即使对不锈钢这种塑性较差的材料，TOX连接同样可以达到相当好的效果。TOX点连接技术的应用范围见附表。

此外TOX连接过程中无环境污染、无噪声，板件亦无连接变形等优势，也促进了这一技术的推广。TOX技术问世仅十多年，已得到极其广泛的应用。从汽车行业到家用电器，工业电器行业，TOX连接都显示出强大的优势。目前作为一种新的金属板件点连接工艺标准，被发达工业国家广泛采用。国外几乎所有的汽车上都可以看到TOX连接。许多汽车零部件，如摇窗机、车顶窗、车灯导板等，都已将TOX连接作为标准工艺。图8为德国大众公司采用TOX连接工艺进行车身连接的无人生产线；图9为山东巨力集团采用TOX技术用于农用车车箱板连接。

图8

图9

7．结束语

随着现代工业发展的要求，未来的板件将进一步朝着复合型、功能型方向发展。由于全社会对环保日趋重视，镀层涂层板材以及轻型材质板材（如汽车用铝合金板材）必将得到更广泛的应用，而传统的点焊工艺很大程度上阻碍了这一发展。因此，如何解决好这些新型板材的连接问题，不仅对这些板材的广泛应用是个关键，而且对现代工业产品的质量提高和成本降低也是至关重要。TOX连接技术必将在此过程中发挥出越来越大的作用。

作为一种新的完善的连接方法，TOX板材冲压连接技术也为设计人员提供了新的设计思路，使设计人员在产品设计中具有更大的选择可能，极大地简化产品的制造工艺，这当然为最终产品的创新提供了一个途径。所以，可以肯定地说，TOX板件冲压连接技术的出现将为板件类工业产品技术水平的提高作出贡献。