無(wú)釘自沖鉚接技術(shù)在大尺寸鈑金件連接中的應(yīng)用研究

寧波方太廚具有限公司 劉波濤 劉 琪

1 .引言

隨著家電行業(yè)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化以及外觀精致度的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的鈑金件連接方式如螺紋連接、焊接、膠接、鉚釘連接等，由于存在連接易松動(dòng)、連接表面質(zhì)量差、以及材質(zhì)無(wú)法焊接等問(wèn)題，已經(jīng)無(wú)法滿足企業(yè)的生產(chǎn)需求。一種新型的無(wú)釘自沖鉚接技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用在鈑金件的連接中。與傳統(tǒng)連接方式相比，無(wú)釘自沖鉚接技術(shù)具有連接強(qiáng)度高、成本低、工序少、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不損傷連接件表面材質(zhì)，適合難焊、不同材質(zhì)板料及兩層以上板料的連接。

本文介紹了無(wú)釘自沖鉚接技術(shù)的原理和特點(diǎn)，同時(shí)以某公司EH18風(fēng)機(jī)架組件為例，分析了大尺寸鈑金件連接過(guò)程中的難點(diǎn)，對(duì)無(wú)釘自沖鉚接技術(shù)在大尺寸鈑金件連接中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

2 .無(wú)釘自沖鉚接技術(shù)原理及特點(diǎn)

無(wú)釘自沖鉚接是通過(guò)凸模的擠壓在凹模內(nèi)使上板料嵌入下板料，實(shí)現(xiàn)板件之間互鎖的一種高速機(jī)械連接工藝。板料鉚接成形原理為：上凸模在氣液壓力驅(qū)動(dòng)下行，凸模與上板料接觸并施加壓力，上板料發(fā)生局部塑性變形，同時(shí)擠壓下板料一起朝下凹模內(nèi)腔流動(dòng)，最終與內(nèi)腔壁貼合，此時(shí)上凸模墩鍛保壓一定時(shí)間，使上下板料變形固化，形成沖壓鉚接點(diǎn)，最后上凸模退回，完成上下板料的鉚接，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1所示。

圖1 板料無(wú)釘自沖鉚接過(guò)程原理圖

與其他鈑金連接工藝相比，無(wú)釘自沖鉚接技術(shù)特點(diǎn)為：①鉚接點(diǎn)直徑1.5～26mm，組合厚度0.4～11mm，單板厚度0.2～4mm。②能完成可焊性差、異種材質(zhì)、兩層或多層、板厚相同或不同的板料連接。③不會(huì)對(duì)板料的表面鍍層或漆層造成破壞，其原有的防護(hù)特性不受影響。④板料鉚接處的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度較高，單點(diǎn)動(dòng)態(tài)疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)高于點(diǎn)焊，靜連接強(qiáng)度與點(diǎn)焊差不多。⑤工序簡(jiǎn)單，無(wú)需預(yù)沖孔，可單點(diǎn)或多點(diǎn)同時(shí)鉚接，便于實(shí)現(xiàn)大批量自動(dòng)化生產(chǎn)。⑥減輕重量，鉚接過(guò)程不需要額外連接件，同時(shí)加工成本比點(diǎn)焊降低40%～70%。⑦鉚接過(guò)程噪聲較小，無(wú)有害氣體產(chǎn)生，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境沒(méi)有不良影響。

3.大尺寸鈑金件連接過(guò)程難點(diǎn)分析

本文以某公司EH18風(fēng)機(jī)架組件為例，對(duì)大尺寸鈑金件連接過(guò)程難點(diǎn)進(jìn)行分析。該風(fēng)機(jī)架由三部分組成：風(fēng)機(jī)架、出風(fēng)口板和風(fēng)機(jī)架后板，如圖2所示。

圖2 EH18風(fēng)機(jī)架結(jié)構(gòu)組件圖

其中，風(fēng)機(jī)架鈑金件尺寸較大，達(dá)到360×300×400mm，材質(zhì)為0.8mm冷軋鋼板或鍍鋅板，由于工件尺寸較大，屬于薄壁鈑金件，在進(jìn)行裝夾時(shí)，存在以下問(wèn)題：

（1）工裝夾具的夾緊力需要柔性控制，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)引起風(fēng)機(jī)架體的彎曲變形，影響后續(xù)鉚接精度。

（2）工裝夾具的位置及方向需要合理規(guī)劃，否則影響鉚接加工動(dòng)作和工件裝卸。

（3）工件與夾具的接觸部位及大小不合適，會(huì)造成鉚接過(guò)程風(fēng)機(jī)架傾斜、移位等。

同時(shí)，該風(fēng)機(jī)架鉚接點(diǎn)較多，總共有30個(gè)點(diǎn)需要鉚接，而且鉚接位置不在同一平面，如圖3所示。對(duì)于大尺寸多點(diǎn)鉚接鈑金件，需要保證鉚接點(diǎn)排布合理，鉚接部位受力均勻。否則容易產(chǎn)生鉚接變形，造成組合件尺寸偏差，影響后續(xù)裝配。

4 .無(wú)釘自沖鉚技術(shù)應(yīng)用

（1）沖壓鉚接驅(qū)動(dòng)裝置

沖壓鉚接過(guò)程驅(qū)動(dòng)裝置的穩(wěn)定性對(duì)鉚接質(zhì)量的影響較大。為了確保自動(dòng)壓鉚過(guò)程受力平穩(wěn)，本系統(tǒng)采用BS50-100-15型氣液增壓缸作為驅(qū)動(dòng)裝置，如圖4所示。其總行程100mm，其中增力行程15mm；在輸入6bar氣壓時(shí)，最大沖壓力44kN； 6bar氣壓時(shí)，快進(jìn)行程力1150kg；返回行程力1700kg；含增壓行程轉(zhuǎn)換閥（外接式），能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)的工作增力動(dòng)作；同時(shí)裝置含力行程控制節(jié)流閥“X”閥，可以調(diào)整增壓速度；內(nèi)置壓縮空氣控制接口G3/4。

圖4 BS50-100-15型氣液增壓缸

該型氣液增壓缸具有快速小力到位，即“軟接觸”，可極大限度保護(hù)模具及工件損傷；增力活塞返程控制采用氣簧控制返程，可以有效降低工作噪音；同時(shí)支持快速返程，提高加工效率；具有自動(dòng)增力功能，在總行程范圍內(nèi)任一位置，模具一接觸工件，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增力，無(wú)需調(diào)整模具。

（2）鉚接模具設(shè)計(jì)

無(wú)釘自沖鉚接模具主要包括凸模和凹模，工作時(shí)通過(guò)上凸模的擠壓使上板料嵌入下板料，最終在下凹模內(nèi)形成一定樣式的接頭體，完成上下板材的物理連接。

由于EH18風(fēng)機(jī)架組件尺寸較大，需要鉚接的點(diǎn)較多，為了保證連接可靠和鉚接過(guò)程平穩(wěn)，鉚接模具采用SIMIT標(biāo)準(zhǔn)工藝，十六點(diǎn)無(wú)鉚釘連接設(shè)計(jì)，如圖5所示。鉚接模具表面進(jìn)行調(diào)質(zhì)發(fā)黑防銹處理，安裝在上下平臺(tái)。當(dāng)進(jìn)行壓鉚動(dòng)作時(shí)，上下平臺(tái)與鈑金件表面大面積壓合，保證鉚接部位受力均勻，不會(huì)發(fā)生變形。工裝采用自身可脫離式雙柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，能保證模具重復(fù)加工精度。

圖5 TOX多圓點(diǎn)沖鉚模具

對(duì)于0.8mm冷軋板或鍍鋅板連接，以及PCM預(yù)鍍板，無(wú)鉚釘連接強(qiáng)度（靜態(tài)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)報(bào)告）：當(dāng)用于壓鉚的折彎邊有效寬度不大于12mm，凹模側(cè)連接點(diǎn)徑φ=5mm，凸模側(cè)材料為Q235A，厚度=0.8mm；凹模側(cè)材料為Q235A，厚度=0.8mm時(shí)，抗剪強(qiáng)度：τ=1000N×0.8(J)=800N；抗拉強(qiáng)度：σb=750N×0.8(J)=600N；［注：J為材料離散系數(shù)］。

（3）EH18風(fēng)機(jī)架鉚接過(guò)程

EH18風(fēng)機(jī)架組件總共30個(gè)點(diǎn)需要鉚接，分兩個(gè)工位完成：分別由：工位1——風(fēng)機(jī)架與出風(fēng)口板鉚接專機(jī)完成14點(diǎn)鉚接；工位2——風(fēng)機(jī)架與風(fēng)機(jī)架后板鉚接專機(jī)完成16點(diǎn)鉚接，如圖6所示。

圖6 EH18風(fēng)機(jī)架結(jié)構(gòu)組件圖

工位1：風(fēng)機(jī)架與出風(fēng)口板鉚接專機(jī)主要裝置包括2臺(tái)C型五點(diǎn)鉚鉗、2臺(tái)C型兩點(diǎn)鉚鉗、2具驅(qū)動(dòng)增壓器、2副五點(diǎn)無(wú)鉚釘連接模具及工裝、2副兩點(diǎn)無(wú)鉚釘連接模具及工裝、零件定位夾緊機(jī)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)等組成，其外觀如圖7所示。

圖7 EH18風(fēng)機(jī)架組鉚接專機(jī)1

工位2：風(fēng)機(jī)架與風(fēng)機(jī)架后板鉚接專機(jī)主要裝置包括1具氣液增壓缸、1臺(tái)沖壓設(shè)備機(jī)體、下移動(dòng)滑臺(tái)、1副十六點(diǎn)無(wú)鉚釘連接模具及工裝、電氣控制系統(tǒng)等組成，其外觀如圖8所示。

5.結(jié)語(yǔ)

無(wú)釘自沖鉚接技術(shù)具有連接強(qiáng)度高、成本低、工序少、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、對(duì)連接件表面質(zhì)量影響小等優(yōu)點(diǎn)，非常適合對(duì)輕量化和表面加工質(zhì)量有一定要求的鈑金件產(chǎn)品連接。本文以某公司EH18風(fēng)機(jī)架組件為例，對(duì)大尺寸鈑金件連接過(guò)程難點(diǎn)進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)無(wú)釘自沖鉚接技術(shù)在該產(chǎn)品中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了介紹。 □