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铆接新技术及其现状夏华陈善民黄虹胡亚民李新龙摘要介绍摆辗铆接技术、TOX圆点连接技术及其它铆接新技术。关键词:摆辗铆接TOX圆点连接穿孔复合铆接技术无腔铆接中图分类号:TG93文献标识码:A文章编号:16713133(2004)01010103一、摆辗铆接最早使用的冲击式热铆接工艺,噪声大,而采用液压式铆接则铆接力过高,铆钉易被镦粗。无论是冲击式还是液压式热铆接,都叫作电焊式铆接。电焊式铆接的劳动强度大,铆接后被铆的工件上有剩磁,即使经过退磁处理后仍有残留。这样在工件工作时由于铆接空隙会吸引许多灰尘和污垢,影响使用性能。20世纪70年代出现了摆动辗压铆接技术,在我国有近千台的摆辗铆接机在使用,其优点如下。11减小工艺力,约为冲击式铆接的1/10。例如铆接头部直径为16mm铆钉的铆接机,功率仅为01735kW。减少了加热工序,节约能源。另外,机器小而轻。瑞士贝瑞克公司生产的摆辗铆接机最轻为RNE02型,只有32kgf。21无噪声、无振动。气动摆辗铆接机有轻微的放气声,而液压摆辗铆接机则完全无声,非常适宜于薄而脆的材料铆接。在电器工业、半导体工业中有着广阔的应用前景。31可以控制摆辗铆接力,实现定时、定压铆接。为防止铆接时铆钉镦粗变形。可以精确控制摆辗件的松、紧程度和尺寸精度。也可以铆硬度较高、直径较大的铆钉和把金属片与陶瓷件铆在一起,铆接接头粗糙度达Ra0108m。41摆辗铆接几乎不产生冲击。铆接头端部在被铆接件上作纯滚动,摩擦小,可以保证工件表面不受损图1摆辗铆接原理11铆模21工件31工作台41进给油缸伤,不损伤电镀层及其它表面处理后的金属层。51摆杆不但易于更换而且能制成各种形状,以适应各种不同工艺的要求,适应各种不同场合、不同空心件以及盒形、叉型等不敞开的地方。61易于实现机械化、自动化。可应用于生产流水线及自动线上。71铆接时工具不发生转动,可用来铆制图案。摆辗铆接机可以用于摆辗铆接装配,有的甚至可以铆直径013015mm的铆钉,摆头运动轨迹有圆形和多叶玫瑰线轨迹两种。其工作原理如图1所示。各种摆辗铆接工艺如图2所示。图2各种摆辗铆接工艺11辗圆头21辗尖头31辗平头41辗圆边51翻平边61辗凸头71辗圆平头81缩口91杆盘装配101支架装配美国VSI自动化装配公司可摆辗最大铆钉直径从312mm至25mm,机器的重量最小的TM5型仅为72kgf。VSI自动化装配公司(Automationcsembly)的摆辗铆接机使用了一种可更换的摆头结构。摆头壳体中由一个平面止推轴承,一个径向球轴承和一个径向滚针轴承支承着一个空心轴套,轴套中心孔中插入摆杆。可以换拆整个摆头,也可以单独更换摆杆,更换方便迅速,只需几秒种。摆杆靠磁力装在空心轴中。摆头装置上设有压力传感器,当辗压力达到预定值时,会自动停止进给,从而控制了铆接件的结合强度。这样,即使在铆接陶瓷、玻璃之类脆性材料时,也不会因厚度控制不当而使铆接件破裂。VSI公司还发展了多点和多头式摆辗铆头,可在同一平面内有两个铆点。而铆点中心距在8mm156mm之内,可采用多点铆接同时进行铆接。在同一个零件上同时进行铆接的点数最多可达13个。当在不同平面上有两个以上铆点时,可用多头式摆辗铆头铆接,多头铆接是每一个铆点101综述现代制造工程2004(1)都对应有自己的铆头,分别装在各自的芯轴上。通过加长器可实现不同的铆头有不同的安装高度。多点铆头采用推动扳把运动传给各点,用齿轮传递运动。日本冈谷钢机株式会社和公司生产摆辗铆接机可铆接420mm铆钉。机器最小重量38kgf。我国生产摆动铆接机的厂家分布在北京、南京、徐州、三门峡、沈阳等地。二、TOX圆点连接20世纪90年代出现了TOX圆点连接技术。TOX圆点连接技术是利用TOX气、液增力缸式冲压设备和一种独特连接模具,通过一个冲压过程,依据板件本身的工艺性能挤压成形,形成TOX圆点。它可图3TOX连接点(圆点)的形成将不同厚度的两层或多层(24层)板件连接起来。适用于最小板厚013mm、最大组合板厚约为8mm的连接。材料在连接处由于受到挤压而强化。在连接点处材料无撕裂损伤,不会产生应力集中现象,连接性能稳定。TOX连接技术的核心是用一个简单的圆锥凸模将被连接件压入凹模,使凹模内的材料向外流动,从而产生一个既无棱边又无毛刺的圆连接点,此即TOX圆点,如图3所示。TOX圆点连接技术优点如表1所示。表1TOX连接技术与其它连接技术的比较序号项目TOX连接焊接普通铆接技术螺钉连接1腐蚀/镀层材料的锈蚀无有有有2动态强度很好不太好不太好不太好3静态强度剪切好很好很好很好拉伸好很好很好很好4与粘接剂结合使用情况很好差一般一般5有无棱角、毛刺无无无有棱角6辅助材料无焊条铆钉螺钉、螺帽、螺杆7辅助工序无无钻孔、插入、弯曲钻孔、插入、拧8连接材料很少多较多较多9能耗低高高高10投资费用低高高高11工作环境很好差、蒸气较差好12操作复杂程度很简单简单复杂简单13重复性很好可以好好用传统的方式将两块板料连接在一起,例如铆接、螺纹连接或采用焊接,单件连接成本高,也不能连接具有镀层的板件和铝板、铜板及不锈钢板件。而对喷漆板料,不同材质板件、厚度差异相当大的板件以及中间有夹层的板件更是无能为力。TOX连接技术对板件表面无任何要求,不需除油处理,即使在极狭窄的法兰边上或很小的安装空间里,也可以成功地进行TOX连接。连接点处板件表面可以有薄的镀层、漆层、覆盖的塑料膜,连接板之间还可以用纺织品、塑料、箔、薄膜、纸作为中间夹层,它们在进行TOX连接时都不会被破坏,也不会影响其抗腐蚀性能和防锈性能。TOX连接自动化程度高,可同时连接一个点或多个点,还能对连接强度进行无损检测和对连接质量无损评估,可引入自动生产线中,而且没有环境污染。TOX单点连接的静态连接强度为电焊的70%,双点连接(可以在一道工序内加工形成)的静态连接强度与点焊相等,疲劳连接强度比点焊高。连接的承载能力与受载方向无关,而且在受剪切与受拉伸作用时的承载性能都相同。有些工件不希望在连接件后面有凸起,则可再冲压一次。下模取平砧座,上模采用圆柱冲头,将凸起压回去。三、其它铆接新技术11摆辗TOX圆点连接摆辗TOX连接技术如图4所示。由图4可见,因为摆头与工件接触面积小,所以铆接力小。图4摆辗TOX连接技术21TOX圆点连接与液压成形相结合的铆接工作原理如图5所示。它没有采用铆接冲头,以高压液体直接作用取代冲头铆接。先在夹紧件上加工了一个圆孔,开始时低压液体压住液压成形件与被连接件,使夹紧件与被连接件结合；然后将液体的低压改为高压,在高压的作用下液压成形件与被连接件进一步贴合,并向夹紧件孔内变形,实现TOX连接。如果液压成形件太薄,且对铆接点有一定的技术要求。例如要铆接点和咬边具有一定的形状,此时的液压铆接比较困难。为保证质量,减少连接缺陷,避免产生裂纹,图5铆接与液压成形相结合的原理11液体压力21成形模31夹紧件41模芯51被连接件61液压成形件201综述现代制造工程2004(1)可在夹紧件内孔中加一模芯,限制被连接件的变形程度。既能适应铆接点的剪切强度要求,又在最佳范围之内。此外,夹紧件圆孔四周要有合理的倒角。31自穿孔铆接与液压成形相结合的铆接基本原理如图6所示。图6自穿孔铆接与液压成形相结合的原理11液体压力21成形模31夹紧件41模芯51漏斗形工件61液压成形件71铆钉采用液压成形与自穿孔铆接连接的漏斗形工件5,放在液压成形件(管件)6上,用中空夹紧件3将其与成形模2压紧,漏斗形工件5与液压成形件(管件)6之间留有合适的间隙。铆钉7的形状特殊,头部带有凹穴,并且有一定的硬度。漏斗形工件5内预先加工好中心孔,将铆钉7置于其上,保证其位置固定。然后使模芯(铆冲头)4摆动运动并进给,将铆钉7挤进被连接件。在铆接过程中液体阻止液压成形件(管件)6与成形模2分离,并迫使铆钉7向外扩展,使铆加工结束。不采用摆辗铆接时的总压力为40kN,单位压力为510MPa。采用摆辗铆接后的铆接力大大减小,大约只有50MPa。图7是自穿孔铆接与液压成形相结合的铆接的实物照片。将一个直径60厚115mm的AlMg415Mn金属板铆接到液压成形件的三通管接头的侧向底面。管的材料为AlMg3,直径60,厚23mm,铆钉直径为513mm,高度为510mm。图7液压成形与自穿孔复合铆接连接41无腔铆接德国新近发明了一种铆接方法,叫做无腔铆接,如图8所示,这种铆接与前述的方法相比,没有模腔,不使用模具,这就避免发生一般铆接和自穿孔铆接过程中对模具零件相互间的同心度要求。无腔铆接时先将被连接件(2件或更多件)一起夹紧,冲头(或摆头)先作用在铆钉头部,作轴向运动(如图8无腔模具的铆钉铆接原理是摆头则同时又有摆动),使铆钉逐渐进入被连接件中,板料被铆钉压开,在与铆钉相接触的板的下边形成隆起,隆起的尺寸决定于夹紧力的大小,夹紧力越大,隆起越小。在铆接后期,当板料上表面和铆钉的上表面在同一平面时,板料下底边上的隆起的尺寸会减小,在铆钉和模具之间的材料仍旧向径向流动并且咬合成形,结果使铆接点处的隆起不足1mm,但被铆接件的连接力能大大增加。这种铆接方法的优点是简化了铆钉形状,不像自穿孔铆接采用形状怪异的铆钉,铆钉制造容易。此外,模具的寿命长,几乎没有耗损,大大节省了成本。参考文献1胡亚民1摆辗加工1四川兵工学报,1985,(4)2胡亚民1摆辗铆接1五金科技,1990,(2)3R.Neugebauer,R.Mauermann,S.Dietrich.Spot-Joining-NewTechnologiesin