轻量化作为汽车行业节能减排的一种重要手段,一直是科学和技术的关注重点之一。使用高强钢和铝合金车身不仅可以保证整车的被动安全性,而且能够有效降低车身重量,实现汽车轻量化。然而连接技术的缺乏限制着这两种材料的混合应用,主要原因为传统的焊接和铆接技术无法实现对强度高、塑性差的高强钢和铝合金的高强度连接。根据相变理论,高强钢在加热后转变成奥氏体组织时的屈服强度将大大降低,而塑性显著增高,这就为实现其与铝合金之间的自冲铆连接提供了可行性。在连接成型后通过急速冷却,成型区的钢材可再次还原成马氏体继续保持高强钢的力学性能。本文提出了车身高强钢/铝合金的热自冲铆工艺。即通过将22MnB5高强钢板的待铆接区迅速加热至奥氏体化后与7075铝合金板进行热自冲铆连接,并对成型后的接头进行淬冷(以下简称“热铆连接”)。本工作首先通过大量地实验分析了成型温度、板材放置顺序、不同材质及不同热处理工艺的铆钉对热铆连接成型件截面形貌的影响。结果表明,采用经过850℃+30min水冷淬火的42CrMo铆钉对温度为800℃的高强钢板以及室温铝板进行上铝下钢顺序的自冲铆时,能够实现对厚度为2mm的高强钢/铝合金板材间的有效连接,且成型件的截面尺寸良好,验证了热铆连接工艺的可行性。论文建立了高强钢板、铝板和铆钉的热变形损伤本构模型和热铆连接成型有限元模型,模拟热铆连接工艺过程,制定优化工艺方案。基于本构模型,利用有限元方法对热铆连接过程及成型件的力学性能进行了仿真分析,并与实验结果进行了对比,验证了有限元仿真模型的准确性。利用验证过的有限元模型,研究了热铆连接过程中冲压板材的应力、应变动态过程和冲压力的演变过程;分析了模具尺寸、铆钉尺寸等主要工艺参数对连接件的静态拉伸力学性能及截面尺寸中的自锁值、底部厚度和最小剩余厚度的影响趋势,并确定了这些参数的相应优化数值区间。根据选取的这些工艺参数的优化尺寸进行了正交试验设计(DOE,Orthogonal Experimental Design),以连接头的截面尺寸和在两种静态拉伸条件下的抗拉载荷为评价标准,通过数值模拟,分析并获取了热铆连接时的最佳工艺优化方案。此外,本工作测试了DOE优化后热铆连接件在径向和轴向上的拉拉疲劳性能,并拟合出成型件在径向和轴向疲劳性能上的F-N曲线。通过对连接件疲劳断裂面的SEM扫描发现,钢铝热铆连接件的疲劳断裂源均出现在铝板上,且与加工时的应力集中关系较大。在大量实验中发现,当冲压速度为40mm/s时连接件应力集中效果降低,连接件在径向和轴向上的疲劳极限载荷可分别提高8.68%和17.19%。疲劳测试显示所有疲劳断裂件的疲劳源均未直接萌生于铆钉成型区,热铆连接接头的疲劳性能较好。最后,利用ProCAST软件对热铆连接的接头和板材热影响区在热铆连接工序中的温度变化进行了模拟分析,并采用SEM对热铆连接件截面的组织形貌进行检测。SEM扫描结果与通过模拟的温度场所分析的组织转变结果相一致,验证了模拟分析的准确性。研究发现热铆连接接头部位的高强钢在铆接中心10mm半径范围内的组织在加热和冷却前后保持马氏体组织不变;在10-32mm半径范围内出现了不完全淬火-高温回火-中温回火-低温回火-无影响的连续组织变化趋势。铆钉在整个工序中仅钉脚部位有局部低温退火表现,其余组织不变。铝板组织在热铆过程中不受热传导的影响。对比成型件在力学性能测试中的断裂方式可知,热铆连接的加热及淬冷过程对成型件的力学性能影响很小,热铆连接工艺可达到预期连接效果。