为了实现车身轻量化,车身中开始使用冲压铝板、铝型材以及铝铸件。在涉及到铝合金型材、铸件、封闭结构/半封闭结构连接时,由于空间限制,双边连接难以实现,需要使用单边连接工艺。现有的单边连接工艺种类较少,仅流钻螺钉工艺被广泛应用于车身制造,但是流钻螺钉存在重量大、成本高等问题。本文提出一种单边自冲摩擦铆焊工艺用于铝合金的单边连接。其工艺原理是:利用高速旋转的半空心铆钉铆入待连接板材,铆钉与材料摩擦产热软化待连接板材,减小单边连接过程中板材的变形,最终形成机械-固相复合接头。该工艺过程属于热力耦合过程,接头成形机理较为复杂,工艺参数的变化对接头成形的影响规律尚不明晰。本文通过实验开展以下研究,为单边自冲摩擦铆焊工艺的应用提供参考:(1)单边自冲摩擦铆焊接头成形机理研究。结合铆接力-位移曲线、扭矩-位移曲线研究了不同工艺参数下接头宏观形貌,微观组织和接头硬度的变化规律。为了减少接头缺陷,提升接头质量,提出一种两段式工艺。结果表明,高旋转速度与低进给速度利于增加接头的铆入深度,减小板间间隙;低旋转速度与高进给速度利于增加底切量。上下板与铆钉界面附近的材料和铆钉空腔内部材料会在搅拌摩擦作用下发生再结晶,形成细晶区。细晶区组织由于部分沉淀相的溶解和加工硬化的消除,硬度显著减小。在部分参数下,接头上下板间材料在热力作用下会形成冶金连接。(2)接头力学性能与失效模式研究。研究了单段式工艺参数所得接头的拉剪性能和十字拉伸性能随工艺参数的变化规律,总结了接头的失效模式。结果表明,单段式工艺参数下,拉剪性能主要由铆入深度决定,旋转速度相同时,进给速度增加会降低接头拉剪性能;接头的十字拉伸性能对铆钉腿尖部与周围材料结合的紧密程度和接头底切量两个因素较为敏感。使用两段式工艺参数后,接头拉剪强度和吸能显著提升,十字拉伸强度略微降低,但十字拉伸吸能获得提升。(3)单边自冲摩擦铆焊工艺的正交试验优化。通过正交试验设计对两段式工艺进行优化,分别以接头几何评价指标和力学性能作为试验指标,分析试验指标随各因素变化的趋势,最终选出最优的两段式工艺参数,其接头拉剪和十字拉伸强度分别为5231.0 N和2081.9 N。