鋁鈑金類零件鉚接工藝探索

韓鑫 朱晨

摘 要：針對鋁鈑金件在焊接過程中容易因變形、焊接性差而出現(xiàn)焊接裂紋，鋁板間的點焊易開裂、變軟，影響機械性能等問題，對比分析了鉚接工藝的優(yōu)劣，對鉚接方法進行了比較，研究了鉚接過程中鉚釘尺寸與底孔的關系，總結了一套鉚接沉頭釘?shù)墓に嚪椒?，為不適合焊接的鋁鈑金件找到了替代的工藝方法，對相關鈑金件的鉚接加工具有較好的參考價值。

關鍵詞：鋁鈑金;鉚接工藝;手持設備;專用工裝

0? ? 引言

薄板鋁合金材料焊接易變形、焊接性差，鋁板間的點焊易開裂、變軟，影響機械性能等，而薄鋁板的連接采用鉚接工藝可避免焊接出現(xiàn)的問題，還可以獲得較高的靜力學性能和疲勞強度。目前手工鉚接質(zhì)量不穩(wěn)定，鉚接力大小不易控制，容易出現(xiàn)噴漆后鉚釘周邊有裂紋等缺陷。針對鉚接工藝問題，調(diào)研了市場上現(xiàn)有的手持設備，通過對幾種設備的鉚接實驗比較，借助于鉚接設備及鉚接專用工裝，提高了鉚接質(zhì)量，增強了鉚接外觀效果。

1? ? 鉚接工況及鉚接工藝概述

1.1? ? 鉚接工況

鉚接由于具有工藝過程簡單、連接強度穩(wěn)定可靠、檢查和排除故障容易、能夠適應結構復雜的各種金屬和非金屬材料之間的連接等優(yōu)良特性而被廣泛使用，特別是在飛機、汽車制造等領域應用廣泛。

影響鉚接件質(zhì)量的工藝參數(shù)很多，有鉚接力、鉚釘幾何尺寸、鉚釘與被鉚接件的材料、被鉚接件鉚釘孔的尺寸公差等。眾多工藝參數(shù)最終目標都是保證被鉚接壁板的精度、強度以及壽命。若鉚釘在鉚接過程中應變量較小，壓縮不充分，會導致連接過程中鉚釘?shù)乃蓜由踔撩撀?。若鉚釘孔開得不合適，在鉚釘孔周圍所產(chǎn)生的殘余應力將遠遠超出強化連接所需的殘余應力，則會導致鉚釘孔周圍應力集中，噴漆后易出現(xiàn)裂紋，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2? ? 鉚接工藝流程分析

實踐中常用的鉚釘分為有頭釘（沉頭、圓頭）和無頭釘，其鉚接主要流程包括夾持、制孔、放釘、鉚接和卸載（圖1），不同之處在于沉頭鉚釘需要锪窩操作，而無頭鉚釘成型后為保證外形，需要對表面進行銑平。

鉚接過程實際就是在外力作用下鉚釘頭形成墩頭的過程。鉚釘頭部受到外部壓力，發(fā)生墩粗，形成墩頭，釘桿發(fā)生塑性形變，鉚釘桿膨脹、變粗，這種膨脹會對孔徑產(chǎn)生壓力，使得孔徑擴張。

因此在成型過程中鉚釘鉚接參數(shù)的選取應遵循工藝手冊的選取原則，并視使用工況進行必要的工藝驗證，實際工況下鉚釘鉚接參數(shù)稍有偏差，鉚釘便會發(fā)生以下常見缺陷：

（1）沉頭鉚釘頭凹進零件表面;

（2）沉頭鉚釘頭突出零件表面過大;

（3）鉚釘頭與釘窩之間有間隙;

（4）鉚釘墩頭高度過小;

（5）鉚釘頭或墩頭被打傷、有切痕、有裂紋;

（6）墩頭呈喇叭形;

（7）墩頭偏斜;

（8）頂桿在孔內(nèi)彎曲。

2? ? 國內(nèi)鉚接手持設備對比

目前國內(nèi)手持設備主要有氣動壓鉚設備（圖2）、氣動沖鉚設備（圖3）和電磁鉚接設備（圖4）。

根據(jù)調(diào)研情況，綜合考慮現(xiàn)有手持設備的價格，電磁鉚接設備要100多萬元，對于普通企業(yè)不太適合，所以確定只研究氣動沖鉚設備和氣動壓鉚設備，了解了這兩種設備的主要性能后，我們制作了許多樣件，準備開展實驗。

3? ? 鉚接設備的鉚接工藝研究

（1）手動鉚接：由于是多次鉚接，隨著加工硬化的產(chǎn)生，鉚接質(zhì)量難以滿足鉚接通用技術條件，易產(chǎn)生前述缺陷，且手動鉚接強度高的釘（不銹鋼鉚釘、鈦合金鉚釘、直徑較大鋁鉚釘）成型困難。

（2）氣動沖鉚設備：該設備鉚接原理是通過前面鉚接沖頭的沖擊力來鉚接鉚釘，且后面需要頂鐵頂住，多次成型。對薄壁板沖擊較大，易形成凹槽，經(jīng)過實驗，滿足不了現(xiàn)有產(chǎn)品噴漆后外形需求。

（3）氣動壓鉚設備（靜態(tài)鉚接）：該設備類似于壓鉚機，一次成型，鉚接質(zhì)量穩(wěn)定，但鉚接范圍受喉深限制。

以上鉚接方式性能比較如表1所示。

在鉚接過程中，選用GB/T 869沉頭鉚釘，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)該釘頭直徑偏差較大，其國家標準釘頭直徑應為6.82～7.18 mm，但實際買回來的鉚釘尺寸有的能達到7.5 mm，一致性很差，這就造成了在鉚接過程中開的沉孔的大小受影響。經(jīng)過課題組多次實驗，為了達到最好的效果，再結合市場現(xiàn)有鉚釘標準，為了避免鉚釘頭尺寸變化太大對沉孔的影響，先選用一致性更好的GJB 2055—1994鉚釘進行鉚接實驗，具體參數(shù)如圖5和表2所示。

在鉚接過程中，要充分考慮鉚接件的尺寸，對于外形尺寸較大的工件，沉孔不能上鉆床，只能靠手電鉆鉆孔，由于是手工操作，所以沉孔誤差太大，導致鉚接完后釘頭凸凹明顯，為了達到噴漆后看不出是鉚接的效果，經(jīng)常需要把凸出的頭用砂輪打磨平，這樣很容易使鉚釘真正的作用消失，且在后續(xù)工藝噴完漆后，釘頭部位的噴漆易脫落。為了解決上述問題，查閱相關資料，購買了锪窩鉆套一套（圖6），該锪窩鉆套有限位功能，能保證所鉆沉孔的一致性，使用時與手電鉆互相配合。

4? ? 鉚接工藝總結

本次實驗還研究了鈑金類零件在不同板厚之間、圓弧面與圓弧面之間、圓弧面與平面之間采用氣動鉚接的最佳鉚接參數(shù)的選擇，噴完漆在振動后，沒有發(fā)現(xiàn)鉚釘周邊產(chǎn)生裂紋或漆膜脫落等現(xiàn)象。經(jīng)過此次工藝實驗，得出以下結論：

（1）底孔大小以鉚釘桿直徑上偏差再大0.1 mm為宜，例如?A0+0.1底孔為?A+0.2;

（2）鉚釘壓縮量為2 mm比較理想;

（3）鉚釘長度選擇比板厚大4 mm比較理想（如果考慮鉚釘凸起，可以選擇鉚釘長度=板厚+2 mm+凸起）;

（4）底孔沉孔按圖5加工（即鉚釘放入沉孔內(nèi)，鉚釘頭下沉0.1～0.2 mm）。

5? ? 結語

本文介紹了鉚接過程中容易產(chǎn)生的缺陷，對比了不同的鉚接方法，分析了各種方法的優(yōu)劣，研究了鉚接過程中鉚釘?shù)倪x擇與底孔的關系，總結了一套適合鋁鈑金件鉚接的工藝方法，為不適合焊接的鋁鈑金件提供了很好的參考。

[參考文獻]

[1] 陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊[M].2版.北京：機械工藝出版社，2003.

[2] 祝燮權.實用緊固件手冊[M].2版.上海：上海科學技術出版社，2004.

[3] 聞邦椿.機械設計手冊[M].5版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[4] 何曉聰.薄板材料連接新技術[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016.

[5] 劉衛(wèi)華.低電壓電磁鉚接工藝參數(shù)及成形機理的研究[D].武漢：武漢理工大學，2004.

收稿日期：2020-03-24

作者簡介：韓鑫（1984—），男，山西忻州人，工程師，主要從事電子設備工藝設計工作。