自冲铆接技术在机箱机柜生产中的应用
需购买机箱机柜自冲铆接机，请联系武汉埃瑞特公司 袁涛 13507127863http://www.irivet.cn/images/zcmad.jpg
付林霄1，尹东海2，黄莹瑛1，李 亮1
(1.常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州 213025；2.南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102 )摘要：简要介绍了机箱机柜生产中的传统铆接方式，对比分析了自冲铆接的技术特点及性能优势，重点阐述了自冲铆接技术在机箱机柜生产中的工艺设计原则和常用铆接参数，对目前存在的问题进行分析并给出了解决方法。关键词：机箱机柜；自冲铆接；工艺设计；铆接参数0 引言随着工业4.0及中国智造2025的推出，中国制造业迎来新的发展机遇，“智能装备、智能工厂”等概念蓬勃发展，要求工业产品的开发和生产具有根本性的转变和调整，高质量地部署新工艺，尽快产生经济效益。机箱机柜作为工业产品的一部分，广泛应用于通讯和电力等行业，然而随着劳动力及原材料成本的增长，企业面临的压力日益增大，使得作为促进制造业转型“催化剂”的新材料、新技术和新工艺越来越受到重视。其中，自冲铆接是一种适用于异种材料连接的机械冷连接技术，已在汽车轻量化设计中得到广泛应用，如通用、福特、奥迪、宝马、沃尔沃、捷豹以及戴姆勒-克莱斯勒等车企的铝合金车身制造。而同属于钣金产品的机箱机柜生产方面的自冲铆接应用还未见报道，随着各种免处理板大量应用于机箱机柜，其对铆接技术尤其是新型铆接技术的需求也日益紧迫。本文主要介绍自冲铆接技术应用在机箱机柜生产上的可行性，分析其技术及经济优势，并对存在的问题提出解决方法，旨在为机箱机柜生产企业应用自冲铆接提供参考。1 机箱机柜的铆接方式目前机箱机柜上常用的板材有普通冷轧碳钢板、覆铝锌板、耐指纹板和铝板等，厚度在1 mm～2.5 mm范围的居多，常见的铆接方式为压铆和拉铆，相应的常用铆钉有压铆钉和拉铆钉，如图1所示。压铆典型工序如图2所示。首先在被连接板上预先开孔；然后将铆钉穿过孔中心，确保铆钉与孔的中心线对齐；最后在冲头和下模的共同挤压作用下，铆钉尾部胀开形成纽扣状实现连接。该技术的缺点是工艺复杂，需增加预开孔工序，孔和铆钉的定位精度要求较高，导致生产效率较低。http://image106.360doc.com/DownloadImg/2017/05/2917/100403223_1.jpg图1 机箱机柜常用铆钉
拉铆的原理与压铆类似，都是依靠在铆钉尾部胀开形成可靠连接，不同之处在于其不需要冲头和模具，只需借助铆钉枪夹住铆钉芯棒后拉动，使铆钉压缩变形形成铆钉头，因此对设备的要求不高，而且铆钉枪相对于压铆机成本较低，铆钉种类较多，操作简单，生产效率有所提高；另外，因其不需要顶钉操作，因此特别适合于反面空间狭小及结构复杂的零部件连接。基于以上优点，使得拉铆成为目前应用最广的铆接连接方式。2 自冲铆接技术2.1 自冲铆接技术的优势自冲铆接最先由英国的Henrob公司在1985年研发和应用，自冲铆接是目前最热门的机械冷连接技术之一，本质上仍属于压铆范畴，根据铆钉的不同主要分为两类：实心自冲铆接和半空心自冲铆接。其中半空心自冲铆接应用最广泛，其原理是：特制铆钉穿透顶层板材之后，在铆模的作用下铆钉尾部的中空结构扩张刺入而并不刺穿底层板材，从而形成牢固的铆接点，铆接过程示意图如图3所示。http://image106.360doc.com/DownloadImg/2017/05/2917/100403223_2.jpg图2 压铆典型工序
http://image106.360doc.com/DownloadImg/2017/05/2917/100403223_3.jpg图3 半空心自冲铆接过程示意图
相对于传统的铆接，自冲铆接具有以下技术优势：①不需要预开孔和调整对齐孔位即可实现快速连接，生产成本低、效率高；②铆钉不刺穿下层基材表面，因此密封效果和防渗能力强，铆接外形美观；③设备占地面积小，铆接操作简单，噪声低；④对连接材料的表面性质不敏感，可适用于各种免处理金属板、铝板和塑料板等；⑤自动送钉系统稳定，通过自动化设计，即可实现快速高效的智能化生产。目前，自冲铆接技术已广泛应用于汽车、建筑及家电等行业。随着免处理板的推广应用，以及自冲铆接技术的发展，自冲铆接在机箱机柜生产装配中的优势越来越明显。如拼装式机柜框架的装配，所用板材是2.5 mm覆铝锌板，连接方式为传统的拉铆，其装配过程是:首先需要人工对齐两部件的铆接孔，放入铆钉，然后用铆钉枪夹住尾杆，枪头顶住锁环，最后按下按钮开始拉铆。这种铆接质量好坏与操作人员素质高低有很大关系，操作复杂，生产效率低。如果改用自冲铆接，因其定位精度相对较低，再加上采用料带自动送钉，使得人工操作强度降低，装配效率大大提高。目前自冲铆接设备主要分为两种,台式自冲铆接机和手持式自冲铆接机，送钉方式可选振动盘管式自动送钉或者料带式自动送钉。两种铆接机的铆接效率和公称压力等参数基本相同，其中台式自冲铆接机在大批量生产时，操作容易，生产效率高；手持式自冲铆接机因铆接过程中铆接头移动而工件不动，所以适合于铆接体积和重量较大的工件。在机箱机柜的生产过程中，机箱产量大、体积小、重量轻，比较适合于采用台式自冲铆接机；而机柜由于体积和重量较大，利用手持式自冲铆接机节约人力，操作方便，效率也相对较高。2.2 自冲铆接在机箱机柜生产中的工艺参数目前，机箱机柜的装配主要以钣金件拼装为主，其缝隙较多，而缝隙对整个设备的屏蔽性能影响较大，通常缝隙越长将导致其屏蔽性能越低，因此需合理控制紧固点的间距；此外铆接点连接强度的优劣对整个结构的强度至关重要，而铆接质量需要通过合适的铆接工艺参数才能实现，影响铆接质量的工艺参数有：铆钉、铆接模具、铆接板料以及结构设计参数等。为了满足机箱机柜的使用要求，采用自冲铆接工艺时需遵循以下基本原则：(1) 铆钉尺寸的选择要合理，铆接板厚不同，所用铆钉的直径和长度也不同，根据经验，公称直径Ф3 mm铆钉适合2 mm以下的连接厚度，直径Ф5 mm铆钉适合12 mm以下的连接厚度。(2) 板材要求有一定塑性，尤其是底层板材，需要有12%以上的延伸率。(3) 对于强度、塑性和厚度不同的两种板材铆接，强度高、塑性好且厚度大的板材放置在下层时将具有较高的连接强度；此外，强度相同的两种板材铆接时，较厚的放置在下层。(4) 因铆钉在底层板中发生塑性变形，因此底层板要有一定的厚度，一般要求底层板厚超过整个板材组厚度的1/3。(5) 零部件结构设计要合理。根据不同的屏蔽要求设计合理的铆接间距，此外，铆接点底部要有一定的空间，凸缘宽度大于16 mm，为铆接头的运动预留足够的空间。冷轧碳钢板和铝板(3A21)是机箱机柜最常用的两类板材，其铆接参数及性能如表1所示。由表1可知，随着板厚的增加，自冲铆接强度也增加，这是因为板越厚，铆钉胀开过程塑性变形越容易，侧向刺入越深，使得铆接强度增加；另外可发现，在铆钉允许的情况下，铆钉直径越大，铆接强度也越高。因此，建议在铆接强度要求较高的部位，如机柜框架、支撑横梁等结合处，尽可能选择大号铆钉。表1 常用材料的铆接参数及性能http://image106.360doc.com/DownloadImg/2017/05/2917/100403223_4.jpg近冲头侧近凹模侧材料厚度(mm)材料厚度(mm)铆钉直径mm铆钉剪切力(kN)冷轧碳钢板1.00冷轧碳钢板1.0033.10冷轧碳钢板1.20冷轧碳钢板1.203或53.89或4.45冷轧碳钢板1.50冷轧碳钢板1.503或54.37或5.99冷轧碳钢板2.00冷轧碳钢板2.0057.603A210.803A210.8031.703A211.003A211.0032.193A211.203A211.203或52.48或3.173A211.503A211.5054.383A212.003A212.0054.94
2.3 自冲铆接存在的问题目前国内外已有大量关于自冲铆接技术的研究报导，工业领域如汽车及暖通等铝合金结构件的生产中也已广泛应用该项技术。但是从企业实际使用角度出发，发现仍然存在一些需要解决的问题：(1) 关于自冲铆钉，目前缺乏相应的国家和行业标准，导致不同企业生产的铆钉尺寸不同，模具通用性不高，而且铆钉种类偏少，一定程度上限制了其应用范围。（铆接机专家网编辑注：目前自冲铆钉在中国已经标准化，各厂家自冲铆钉基本不考虑通用性问题，直接可用）(2) 因铆钉材质要求较高，国内可生产自冲铆接设备及铆钉的厂家不多，且技术薄弱，比如直径3 mm的铆钉目前国内还无法生产，而国外的设备和铆钉成本较高，企业采购使用负担较重。（铆接机专家网编辑注：目前无论是3.3毫米还是5.3毫米的自冲铆钉在中国已经大批量生产，且成本较进口大幅降低，有需要可以联系武汉埃瑞特公司咨询）
(3) 目前自冲铆接使用经验还不够成熟，铆接质量肉眼无法判定，因此要求配备有专业的检测设备。(4) 单一的自冲铆接设备自动化程度不高，生产效率受限，需要整合到自动化装配流水线中，才能获得更高的生产效率。3 结语自冲铆接是目前最先进的机械冷连接技术之一，在机箱机柜生产中具有较大的技术和经济优势，尤其适合机柜框架的组装，有望成为传统机箱机柜组装技术的终结者。未来随着自冲铆接研究的深入和相应标准的出台，自冲铆接将迎来更大的应用市场。参考文献：李永兵，李亚庭，楼铭，等.轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战.机械工程学报，2012，48(18)：44-54.邢保英.自冲铆连接机理及力学性能研究.昆明：昆明理工大学，2014：7-8.楼铭.自冲铆接设备研制及轻量化材料自冲铆接工艺开发.上海：上海交通大学，2009：3-10.闫哲铭，王建，万淑敏.用于车身连接的自冲铆接过程的试验研究.汽车工艺与材料，2009(10)：22-26.
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