自冲铆接技术的工艺分类和连接特点

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摘要：本文介绍了一种新的连接工艺一自冲铆接工艺；划分了该工艺的不同类型以及各自的连接原理。对照电阻点焊工艺，介绍了自冲铆
接工艺的优缺点，描述了自冲铆接的应用范围，指出了自冲铆接的应用前景。
关键词：自冲铆接；点焊；连接技术；汽车轻量化
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1引言
随着汽车制造业竞争的日益剧烈，汽车制造厂商都不断向市场推出新款车型，新车型除了突出质量好、价格低、样式新、功能全等特点之外，主要的竞争集中在汽车行驶的经济性上。在过去的2O年中汽车制造商一直在寻找解决问题的方法。试验证明，应用新材料，使用轻型材料实现汽车车身的轻量化，改善汽车行驶经济性是行之有效的。通过降低整车质量可使汽车的很多性能得到改善和提高。研究表明，当整车质量降低1O％时，燃油经济性提高3．8％，加速时间降低8％，co排放减少4．5％，刹车距离减少5％，轮胎寿命提高7％，转向力减少6％，可见汽车轻量化的重要性。汽车轻量化的重要潜力是在车身的制造中大量使用轻金属和非金属，例如铝、铝合金、镁合金以及强化塑料等板料之间的应用。迄今为止，电阻点焊是连接钢板车身
结构的主要方法，不仅有利于大批量生产，而且质量也牢固可靠；但是对于黑色金属与有色金属的连接，大部分有色金属(如薄铝板)之间的连接，金属与非金属的连接，非金属之间的连接，以及可焊性差的、预先涂漆或有镀层的黑色金属之间的连接，点焊就很困难或无能为力了。故提出采用铆接技术连接车身的内外覆盖件而替代点焊，特别是自冲铆接(SPR—SelfPiercing Riveting)工艺，越来越受到重视和青睐。
) p; v" o+ T1 w0 T5 W0 }2自冲铆接工艺类型
6 q! d, G# I! D  n' m& G6 v5 C2．1实心铆钉自冲铆接
    腰鼓形实心铆钉自冲铆接工艺，如图1所示，冲头推动实心铆钉一起向下运动，铆钉下部
! c# ^7 }* w  n0 y% C的刃口将铆接材料冲掉并从凹模内落下，铆钉到达凹模后停止运动；随着冲头的继续下行，冲头下端面的凸台对被铆接材料加压，迫使其发生塑性变形而向内做径向流动，使其紧紧包住腰鼓形铆钉，从而形成稳定的锁止状态。这种铆接工艺只能用于塑性金属与金属间的连接。另一种实心铆钉自冲铆接工艺如图2所示，其铆钉形状并非腰鼓形，但铆钉上有一环形凹槽。当冲头下行至下死点后挤压铆接材料，下层的被铆接材料受挤压产生径向流动将凹槽的凹压边圈槽充满，而铆钉的上端面则产生“镦头”，而将两层材料铆接在一起。

2．2半空心铆钉自冲铆接工艺
半空心铆钉的自冲铆接工艺如图3所示，压边圈首先向下运动对铆接材料进行预压紧，防止铆接材料在铆钉的作用力下向凹模内流动，而后冲头向下运动推动铆钉刺穿上层材料。在凹模与冲头的共同作用下铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状以便锁止铆接材料，达到连接目的。半空心铆接工艺铆接相同金属材料时，较厚的放在下层；铆接两层不同金属材料时，将塑性好的材料放在下层；铆接金属与非金属材料时，将金属材料放在下层。在汽车车身制造中，考虑到具体的生产环境、自冲铆接工艺的特点、连接强度以及所应用材料的机械性能等要求，又由于实心铆钉的铆接丁艺有很多自身的局限性，所以在汽车轻量化生产中主要应用半空心铆钉的自冲铆接工艺。
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6 i- F& ~* S0 e5 F1 o3 b3 自冲铆接的优缺点
* A- l/ g# P% \0 j2 U3．I主要优点
材料属性不同的、有镀层的及很难用焊接方法连接的材料可以进行铆接；用自冲铆接方法对铝及高强度钢材料进行铆接，铆接牢靠性要比点焊好；铆接质量稳定，达到牢固一致的铆接效果；铆接过程清洁，无烟雾；比焊接消耗能量少得多；铆接过程比较容易进行自动化。
& z' l4 C+ G( Q: X3．2主要缺点
5 G4 i+ }' C/ R5 b6 q连接钢板时，自冲铆接比点焊的抗拉强度小；铆接时，尾部出现突出的“铆扣”，不够平齐；由于铆接过程需要较大压力，铆接设备比较笨重；在进行自冲铆接时，铆接处材料的两面都必须接触(一面是冲头，一面是模具)，而不进行单面铆接。
4 自冲铆接工艺的应用范畴目
' v# x  _* A, r自冲铆接的铆钉可以广泛地适用于制造业
诸多方面：
( E6 m/ a; p- g( b6 |( R用于连接碳钢和不锈钢、铝、铜和磷青铜等材料；可以铆接涂上一层具有金属性或有机性的材料，极好地适应防腐保护的要求；可以大批量生产，且铆接过程可进行监控；可由传送带、铆钉盒或可装200—10000铆钉的管子供应，也可以从经过筛选的100％合格的密封包装里随用随取；铆接过程可手T操作或半自动操作，或设计为装配线全自动化或机器人操作。
5结论
与电阻点焊相比，对连接两层相同的钢制材料而言，点焊比自冲铆接更方便，外观更好些，连接设备更轻便些；对难于焊接的材料，对不同材质的板料，对于两层以上的材料，焊接就无能为力了，可显出自冲铆接的优势。自冲铆接技术是一种很有前景的新型连接技术，解决了进行车身轻量化时不同材料连接的技术关键。
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