无铆钉铆接技术发展及其性能分析

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无铆钉铆接技术的发展
' ~. @" g; j( g: {随着社会的进步及人们对铆接技术工艺要求不断提高，轻型结构越来越多地投入使用，对产品良性循环能力的要求越来越高，这些都导致了新型材料和先进的加工技术不断问世和投入应用。
不锈钢、带涂层钢板和复合材料的使用要求新的连接方法问世，以满足上述材料的连接。同时这些新材料和新结构的使用要求，使机械变形连接技术呈现了一个强烈的技术革新趋势。
4 r" |! p! |0 q2 K% R2 k; t这种机械变形连接技术的特点是能够不断地发展和具有良好的应用前景。特别是铆接和冲压连接方法体现了变形连接技术的多种类型，同时也要求不同的设备类型与之相适应。
机械变形连接是利用板件本身的冷变形能力，对板件进行压力加工，使板件产生局部变形而将板件连接在一起的一种板件连接技术。这是一种不需要额外连接件的板件连接方式。包括无钉冲铆连接、冲压自穿孔铆接、空心铆接、咬接（冲铆连接）、折边连接等方法 。
& W1 O$ {3 r, c$ H4 _4 J5 {机械变形连接并不是最近的发明，这种技术 1897年在德国就已经申请了专利。但是，直到 20世纪 80 年代，机械变形连接才被应用于工业领域。从那时起，这项技术得到迅速发展。这里总结一下这项技术的发展，1986 年，BTM 公司在美国引入 Tog-L-Loc商标， Trumpy GmbH和 TOX GmbH在 1987年开始生产机械变形连接装备。一年后， Attexor Equipments S. A.在瑞士开始生产机械变形连接装备。这种装备是 BTM 公司在 1993年在美国获得“板件连接设备 ”的专利。1996年悉尼大学为“冷成形钢结构 ”制订了澳大利亚/ 新西兰标准 AN/ NZS4600，标准中阐述了机械变形连接及其他单紧固件连接的测试。
无铆钉铆接技术性能分析与应用
) p% d3 a7 J, t' Y9 S# X图 2、3为 连接点的剖面组织图。图 3a是板件 (板厚 2mm)原始状况的细晶粒结构。图 3b是冲头冲压时板材厚度最小的颈状部位的已发生变形的晶粒结构。由于变形强化可以阻止材料向上流动，材料被挤压到两边并挤进凹模一侧的板料之中。图 3c是冲头冲压时，板料厚度未发生明显变化的变形组织，变形主要集中在靠冲头侧表面的部位。

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冲铆连接成形原理及工艺
冲铆连接是一种物理连接、点式连接，其核心是通过冷挤压在板料上产生合适的圆点，使板料在圆点处象铆接一样连接在一起。冲铆连接能够将多层板连接在一起，下面以双层板为例，具体阐述冲铆连接通过模具成形圆点的工艺过程。 TOX冲铆连接工艺过程可分为初期冲入、初期成形、塑形成型、保冲等 5个阶段。
% A: }" I$ P& l0 W6 [* g# q0 x1、初期压入阶段
, E5 m6 |, i8 E9 S9 O$ G6 j' \, l如图 4a所示，初期压入阶段从凸模接触上部板料开始，到推杆1到达死点为止。这一阶段，在凸模的挤压力作用下，上、下板料主要以弹性变形为主，并伴有少量塑性变形。
! l9 s% Q5 w; V& [2、初期成形阶段初期成形阶段从推杆到达死点开始，至下部板料与推杆顶面完全接触并形成上部轮廓为止 (见图b)。


: B% _! q7 }5 \6 q在这一阶段，从开始到结束，随着凸模的下行。上、下板料受到推杆、凹模和凸模的约束，在弹塑性变形的共同作用下，形成上部轮廓。
4 p$ X$ W( _( s. c在初期成形阶段，圆点颈部圆角处组织由于受到凸模和凹模的挤压，晶格被压缩，组织被强化。同时，在凹模和推杆形成的环形凹槽处，由于对材料无约束 ,材料可以自由伸缩，使材料其余部分晶格几乎不发生变化，有利于圆点初步成形，并为塑性成形阶段的材料变形留下空间。
) A$ R% K- }- M$ j板料在初期压入阶段、初期成形阶段和普通冲压相似，不同之处是在初期形成阶段只有圆点颈部圆角处晶格被压缩，组织被强化，形成了压铆连接圆点的上部轮廓。
/ `6 ]( R! C$ L3、塑性成型阶段
: h% N- N2 F( K% _0 P: i) U4 y在塑性成型阶段，凸模 1 继续下行，挤压板料,直到凸模到达死点为止(见图 4c) 。在这一阶段，由于圆点在初期成形阶段形成了上部轮廓，阻止了材料向上流动，使其只能沿 “最小阻力 ”的方向向环形凹槽和凹模侧面流动。材料首先在挤压力的作用下向环形凹槽处流动,填充环形凹槽；随着环形凹槽的逐步充满，流向环形凹槽的阻力逐步增大，当上部板料中的材料流向凹模侧面的阻力相对于环形凹槽较小时，上部板料中的材料开始同时挤向下部板料的侧面，直到凸模到达死点，圆点完全成型，形成类似于铆接的圆点，从而达到铆接的目的。
4、保压阶段
在保压阶段,模具继续保持一定时间的压力,能够起到材料充分填充、嵌套和完全定型的目的，并达到防止圆点回弹的作用。保压阶段控制的好坏直接影响产品合格率的高低。
5、反压阶段
1 L; g4 I: S3 H2 M7 D# J7 }8 R压铆连接通常用于产品外表面的壳体连接,不希望连接圆点有凸起，因此需要将圆点反冲压 1 次,将凸起压回去。反压时凹模用平砧座 ,凸模采用圆柱冲头(如图 4d)。

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