无钉自冲铆接技术在大尺寸钣金件连接中的应用研究

宁波方太厨具有限公司 刘波涛 刘 琪

1 .引言

随着家电行业对产品结构轻量化以及外观精致度的要求越来越高，传统的钣金件连接方式如螺纹连接、焊接、胶接、铆钉连接等，由于存在连接易松动、连接表面质量差、以及材质无法焊接等问题，已经无法满足企业的生产需求。一种新型的无钉自冲铆接技术逐渐广泛应用在钣金件的连接中。与传统连接方式相比，无钉自冲铆接技术具有连接强度高、成本低、工序少、便于实现自动化等优点，同时不损伤连接件表面材质，适合难焊、不同材质板料及两层以上板料的连接。

本文介绍了无钉自冲铆接技术的原理和特点，同时以某公司EH18风机架组件为例，分析了大尺寸钣金件连接过程中的难点，对无钉自冲铆接技术在大尺寸钣金件连接中的应用进行了研究。

2 .无钉自冲铆接技术原理及特点

无钉自冲铆接是通过凸模的挤压在凹模内使上板料嵌入下板料，实现板件之间互锁的一种高速机械连接工艺。板料铆接成形原理为：上凸模在气液压力驱动下行，凸模与上板料接触并施加压力，上板料发生局部塑性变形，同时挤压下板料一起朝下凹模内腔流动，最终与内腔壁贴合，此时上凸模墩锻保压一定时间，使上下板料变形固化，形成冲压铆接点，最后上凸模退回，完成上下板料的铆接，其实现过程如图1所示。

图1 板料无钉自冲铆接过程原理图

与其他钣金连接工艺相比，无钉自冲铆接技术特点为：①铆接点直径1.5～26mm，组合厚度0.4～11mm，单板厚度0.2～4mm。②能完成可焊性差、异种材质、两层或多层、板厚相同或不同的板料连接。③不会对板料的表面镀层或漆层造成破坏，其原有的防护特性不受影响。④板料铆接处的动态强度较高，单点动态疲劳强度远高于点焊，静连接强度与点焊差不多。⑤工序简单，无需预冲孔，可单点或多点同时铆接，便于实现大批量自动化生产。⑥减轻重量，铆接过程不需要额外连接件，同时加工成本比点焊降低40%～70%。⑦铆接过程噪声较小，无有害气体产生，对生产环境没有不良影响。

3.大尺寸钣金件连接过程难点分析

本文以某公司EH18风机架组件为例，对大尺寸钣金件连接过程难点进行分析。该风机架由三部分组成：风机架、出风口板和风机架后板，如图2所示。

图2 EH18风机架结构组件图

其中，风机架钣金件尺寸较大，达到360×300×400mm，材质为0.8mm冷轧钢板或镀锌板，由于工件尺寸较大，属于薄壁钣金件，在进行装夹时，存在以下问题：

（1）工装夹具的夹紧力需要柔性控制，过大或过小都会引起风机架体的弯曲变形，影响后续铆接精度。

（2）工装夹具的位置及方向需要合理规划，否则影响铆接加工动作和工件装卸。

（3）工件与夹具的接触部位及大小不合适，会造成铆接过程风机架倾斜、移位等。

同时，该风机架铆接点较多，总共有30个点需要铆接，而且铆接位置不在同一平面，如图3所示。对于大尺寸多点铆接钣金件，需要保证铆接点排布合理，铆接部位受力均匀。否则容易产生铆接变形，造成组合件尺寸偏差，影响后续装配。

4 .无钉自冲铆技术应用

（1）冲压铆接驱动装置

冲压铆接过程驱动装置的稳定性对铆接质量的影响较大。为了确保自动压铆过程受力平稳，本系统采用BS50-100-15型气液增压缸作为驱动装置，如图4所示。其总行程100mm，其中增力行程15mm；在输入6bar气压时，最大冲压力44kN； 6bar气压时，快进行程力1150kg；返回行程力1700kg；含增压行程转换阀（外接式），能够实现自适应的工作增力动作；同时装置含力行程控制节流阀“X”阀，可以调整增压速度；内置压缩空气控制接口G3/4。

图4 BS50-100-15型气液增压缸

该型气液增压缸具有快速小力到位，即“软接触”，可极大限度保护模具及工件损伤；增力活塞返程控制采用气簧控制返程，可以有效降低工作噪音；同时支持快速返程，提高加工效率；具有自动增力功能，在总行程范围内任一位置，模具一接触工件，即可实现自动增力，无需调整模具。

（2）铆接模具设计

无钉自冲铆接模具主要包括凸模和凹模，工作时通过上凸模的挤压使上板料嵌入下板料，最终在下凹模内形成一定样式的接头体，完成上下板材的物理连接。

由于EH18风机架组件尺寸较大，需要铆接的点较多，为了保证连接可靠和铆接过程平稳，铆接模具采用SIMIT标准工艺，十六点无铆钉连接设计，如图5所示。铆接模具表面进行调质发黑防锈处理，安装在上下平台。当进行压铆动作时，上下平台与钣金件表面大面积压合，保证铆接部位受力均匀，不会发生变形。工装采用自身可脱离式双柱导向机构，能保证模具重复加工精度。

图5 TOX多圆点冲铆模具

对于0.8mm冷轧板或镀锌板连接，以及PCM预镀板，无铆钉连接强度（静态强度实验报告）：当用于压铆的折弯边有效宽度不大于12mm，凹模侧连接点径φ=5mm，凸模侧材料为Q235A，厚度=0.8mm；凹模侧材料为Q235A，厚度=0.8mm时，抗剪强度：τ=1000N×0.8(J)=800N；抗拉强度：σb=750N×0.8(J)=600N；［注：J为材料离散系数］。

（3）EH18风机架铆接过程

EH18风机架组件总共30个点需要铆接，分两个工位完成：分别由：工位1——风机架与出风口板铆接专机完成14点铆接；工位2——风机架与风机架后板铆接专机完成16点铆接，如图6所示。

图6 EH18风机架结构组件图

工位1：风机架与出风口板铆接专机主要装置包括2台C型五点铆钳、2台C型两点铆钳、2具驱动增压器、2副五点无铆钉连接模具及工装、2副两点无铆钉连接模具及工装、零件定位夹紧机构和电气控制系统等组成，其外观如图7所示。

图7 EH18风机架组铆接专机1

工位2：风机架与风机架后板铆接专机主要装置包括1具气液增压缸、1台冲压设备机体、下移动滑台、1副十六点无铆钉连接模具及工装、电气控制系统等组成，其外观如图8所示。

5.结语

无钉自冲铆接技术具有连接强度高、成本低、工序少、便于实现自动化、对连接件表面质量影响小等优点，非常适合对轻量化和表面加工质量有一定要求的钣金件产品连接。本文以某公司EH18风机架组件为例，对大尺寸钣金件连接过程难点进行了分析，同时对无钉自冲铆接技术在该产品中的实际应用进行了介绍。 □