自沖鉚接技術(shù)在機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)中的應(yīng)用

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付林霄1，尹東海2，黃瑩瑛1，李　亮1

(1.常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇　常州　213025；2.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇　南京　211102 )

摘要：簡(jiǎn)要介紹了機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)中的傳統(tǒng)鉚接方式，對(duì)比分析了自沖鉚接的技術(shù)特點(diǎn)及性能優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)闡述了自沖鉚接技術(shù)在機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)中的工藝設(shè)計(jì)原則和常用鉚接參數(shù)，對(duì)目前存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并給出了解決方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)箱機(jī)柜；自沖鉚接；工藝設(shè)計(jì)；鉚接參數(shù)

0　引言

隨著工業(yè)4.0及中國(guó)智造2025的推出，中國(guó)制造業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，“智能裝備、智能工廠(chǎng)”等概念蓬勃發(fā)展，要求工業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)具有根本性的轉(zhuǎn)變和調(diào)整，高質(zhì)量地部署新工藝，盡快產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)箱機(jī)柜作為工業(yè)產(chǎn)品的一部分，廣泛應(yīng)用于通訊和電力等行業(yè)，然而隨著勞動(dòng)力及原材料成本的增長(zhǎng)，企業(yè)面臨的壓力日益增大，使得作為促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型“催化劑”的新材料、新技術(shù)和新工藝越來(lái)越受到重視。其中，自沖鉚接是一種適用于異種材料連接的機(jī)械冷連接技術(shù)，已在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，如通用、福特、奧迪、寶馬、沃爾沃、捷豹以及戴姆勒-克萊斯勒等車(chē)企的鋁合金車(chē)身制造[1]。而同屬于鈑金產(chǎn)品的機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)方面的自沖鉚接應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)道，隨著各種免處理板大量應(yīng)用于機(jī)箱機(jī)柜，其對(duì)鉚接技術(shù)尤其是新型鉚接技術(shù)的需求也日益緊迫。

本文主要介紹自沖鉚接技術(shù)應(yīng)用在機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)上的可行性，分析其技術(shù)及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，并對(duì)存在的問(wèn)題提出解決方法，旨在為機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用自沖鉚接提供參考。

1　機(jī)箱機(jī)柜的鉚接方式

目前機(jī)箱機(jī)柜上常用的板材有普通冷軋?zhí)间摪�、覆鋁鋅板、耐指紋板和鋁板等，厚度在1 mm～2.5 mm范圍的居多，常見(jiàn)的鉚接方式為壓鉚和拉鉚，相應(yīng)的常用鉚釘有壓鉚釘和拉鉚釘，如圖1所示。

壓鉚典型工序如圖2所示。首先在被連接板上預(yù)先開(kāi)孔；然后將鉚釘穿過(guò)孔中心，確保鉚釘與孔的中心線(xiàn)對(duì)齊；最后在沖頭和下模的共同擠壓作用下，鉚釘尾部脹開(kāi)形成紐扣狀實(shí)現(xiàn)連接[2]。該技術(shù)的缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，需增加預(yù)開(kāi)孔工序，孔和鉚釘?shù)亩ㄎ痪�度要求較高，導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低。

圖1　機(jī)箱機(jī)柜常用鉚釘

拉鉚的原理與壓鉚類(lèi)似，都是依靠在鉚釘尾部脹開(kāi)形成可靠連接，不同之處在于其不需要沖頭和模具，只需借助鉚釘槍夾住鉚釘芯棒后拉動(dòng)，使鉚釘壓縮變形形成鉚釘頭，因此對(duì)設(shè)備的要求不高，而且鉚釘槍相對(duì)于壓鉚機(jī)成本較低，鉚釘種類(lèi)較多，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率有所提高；另外，因其不需要頂釘操作，因此特別適合于反面空間狹小及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件連接�；�于以上優(yōu)點(diǎn)，使得拉鉚成為目前應(yīng)用最廣的鉚接連接方式。

2　自沖鉚接技術(shù)

2.1　自沖鉚接技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

自沖鉚接最先由英國(guó)的Henrob公司在1985年研發(fā)和應(yīng)用，自沖鉚接是目前最熱門(mén)的機(jī)械冷連接技術(shù)之一，本質(zhì)上仍屬于壓鉚范疇，根據(jù)鉚釘?shù)牟煌�主要分為兩�?lèi)：實(shí)心自沖鉚接和半空心自沖鉚接。其中半空心自沖鉚接應(yīng)用最廣泛，其原理是：特制鉚釘穿透頂層板材之后，在鉚模的作用下鉚釘尾部的中空結(jié)構(gòu)擴(kuò)張刺入而并不刺穿底層板材，從而形成牢固的鉚接點(diǎn)[3]，鉚接過(guò)程示意圖如圖3所示。

圖2　壓鉚典型工序

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圖3　半空心自沖鉚接過(guò)程示意圖

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相對(duì)于傳統(tǒng)的鉚接，自沖鉚接具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①不需要預(yù)開(kāi)孔和調(diào)整對(duì)齊孔位即可實(shí)現(xiàn)快速連接，生產(chǎn)成本低、效率高；②鉚釘不刺穿下層基材表面，因此密封效果和防滲能力強(qiáng)，鉚接外形美觀(guān)；③設(shè)備占地面積小，鉚接操作簡(jiǎn)單，噪聲低；④對(duì)連接材料的表面性質(zhì)不敏感，可適用于各種免處理金屬板、鋁板和塑料板等；⑤自動(dòng)送釘系統(tǒng)穩(wěn)定，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)快速高效的智能化生產(chǎn)。

目前，自沖鉚接技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、建筑及家電等行業(yè)。隨著免處理板的推廣應(yīng)用，以及自沖鉚接技術(shù)的發(fā)展，自沖鉚接在機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)裝配中的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。如拼裝式機(jī)柜框架的裝配，所用板材是2.5 mm覆鋁鋅板，連接方式為傳統(tǒng)的拉鉚，其裝配過(guò)程是:首先需要人工對(duì)齊兩部件的鉚接孔，放入鉚釘，然后用鉚釘槍夾住尾桿，槍頭頂住鎖環(huán)，最后按下按鈕開(kāi)始拉鉚。這種鉚接質(zhì)量好壞與操作人員素質(zhì)高低有很大關(guān)系，操作復(fù)雜，生產(chǎn)效率低。如果改用自沖鉚接，因其定位精度相對(duì)較低，再加上采用料帶自動(dòng)送釘，使得人工操作強(qiáng)度降低，裝配效率大大提高。

目前自沖鉚接設(shè)備主要分為兩種,臺(tái)式自沖鉚接機(jī)和手持式自沖鉚接機(jī)，送釘方式可選振動(dòng)盤(pán)管式自動(dòng)送釘或者料帶式自動(dòng)送釘。兩種鉚接機(jī)的鉚接效率和公稱(chēng)壓力等參數(shù)基本相同，其中臺(tái)式自沖鉚接機(jī)在大批量生產(chǎn)時(shí)，操作容易，生產(chǎn)效率高；手持式自沖鉚接機(jī)因鉚接過(guò)程中鉚接頭移動(dòng)而工件不動(dòng)，所以適合于鉚接體積和重量較大的工件。在機(jī)箱機(jī)柜的生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)箱產(chǎn)量大、體積小、重量輕，比較適合于采用臺(tái)式自沖鉚接機(jī)；而機(jī)柜由于體積和重量較大，利用手持式自沖鉚接機(jī)節(jié)約人力，操作方便，效率也相對(duì)較高。

2.2　自沖鉚接在機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)中的工藝參數(shù)

目前，機(jī)箱機(jī)柜的裝配主要以鈑金件拼裝為主，其縫隙較多，而縫隙對(duì)整個(gè)設(shè)備的屏蔽性能影響較大，通常縫隙越長(zhǎng)將導(dǎo)致其屏蔽性能越低，因此需合理控制緊固點(diǎn)的間距；此外鉚接點(diǎn)連接強(qiáng)度的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度至關(guān)重要，而鉚接質(zhì)量需要通過(guò)合適的鉚接工藝參數(shù)才能實(shí)現(xiàn)，影響鉚接質(zhì)量的工藝參數(shù)有：鉚釘、鉚接模具、鉚接板料以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)等[4]。為了滿(mǎn)足機(jī)箱機(jī)柜的使用要求，采用自沖鉚接工藝時(shí)需遵循以下基本原則：

(1) 鉚釘尺寸的選擇要合理，鉚接板厚不同，所用鉚釘?shù)闹睆胶烷L(zhǎng)度也不同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，公稱(chēng)直徑Ф3 mm鉚釘適合2 mm以下的連接厚度，直徑Ф5 mm鉚釘適合12 mm以下的連接厚度。

(2) 板材要求有一定塑性，尤其是底層板材，需要有12%以上的延伸率。

(3) 對(duì)于強(qiáng)度、塑性和厚度不同的兩種板材鉚接，強(qiáng)度高、塑性好且厚度大的板材放置在下層時(shí)將具有較高的連接強(qiáng)度；此外，強(qiáng)度相同的兩種板材鉚接時(shí)，較厚的放置在下層。

(4) 因鉚釘在底層板中發(fā)生塑性變形，因此底層板要有一定的厚度，一般要求底層板厚超過(guò)整個(gè)板材組厚度的1/3。

(5) 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理。根據(jù)不同的屏蔽要求設(shè)計(jì)合理的鉚接間距，此外，鉚接點(diǎn)底部要有一定的空間，凸緣寬度大于16 mm，為鉚接頭的運(yùn)動(dòng)預(yù)留足夠的空間。

冷軋?zhí)间摪搴弯X板(3A21)是機(jī)箱機(jī)柜最常用的兩類(lèi)板材，其鉚接參數(shù)及性能如表1所示。由表1可知，隨著板厚的增加，自沖鉚接強(qiáng)度也增加，這是因?yàn)榘逶胶�，鉚釘脹開(kāi)過(guò)程塑性變形越容易，側(cè)向刺入越深，使得鉚接強(qiáng)度增加；另外可發(fā)現(xiàn)，在鉚釘允許的情況下，鉚釘直徑越大，鉚接強(qiáng)度也越高。因此，建議在鉚接強(qiáng)度要求較高的部位，如機(jī)柜框架、支撐橫梁等結(jié)合處，盡可能選擇大號(hào)鉚釘。

表1　常用材料的鉚接參數(shù)及性能

近沖頭側(cè)近凹模側(cè)材料厚度(mm)材料厚度(mm)鉚釘直徑mm鉚釘剪切力(kN)冷軋?zhí)间摪?.00冷軋?zhí)间摪?.0033.10冷軋?zhí)间摪?.20冷軋?zhí)间摪?.203或53.89或4.45冷軋?zhí)间摪?.50冷軋?zhí)间摪?.503或54.37或5.99冷軋?zhí)间摪?.00冷軋?zhí)间摪?.0057.603A210.803A210.8031.703A211.003A211.0032.193A211.203A211.203或52.48或3.173A211.503A211.5054.383A212.003A212.0054.94

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2.3　自沖鉚接存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)外已有大量關(guān)于自沖鉚接技術(shù)的研究報(bào)導(dǎo)，工業(yè)領(lǐng)域如汽車(chē)及暖通等鋁合金結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)中也已廣泛應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)。但是從企業(yè)實(shí)際使用角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)仍然存在一些需要解決的問(wèn)題：

(1) 關(guān)于自沖鉚釘，目前缺乏相應(yīng)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不同企業(yè)生產(chǎn)的鉚釘尺寸不同，模具通用性不高，而且鉚釘種類(lèi)偏少，一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。（鉚接機(jī)專(zhuān)家網(wǎng)編輯注：目前自沖鉚釘在中國(guó)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，各廠(chǎng)家自沖鉚釘基本不考慮通用性問(wèn)題，直接可用）

(2) 因鉚釘材質(zhì)要求較高，國(guó)內(nèi)可生產(chǎn)自沖鉚接設(shè)備及鉚釘?shù)膹S(chǎng)家不多，且技術(shù)薄弱，比如直徑3 mm的鉚釘目前國(guó)內(nèi)還無(wú)法生產(chǎn)，而國(guó)外的設(shè)備和鉚釘成本較高，企業(yè)采購(gòu)使用負(fù)擔(dān)較重。（鉚接機(jī)專(zhuān)家網(wǎng)編輯注：目前無(wú)論是3.3毫米還是5.3毫米的自沖鉚釘在中國(guó)已經(jīng)大批量生產(chǎn)，且成本較進(jìn)口大幅降低，有需要可以聯(lián)系武漢埃瑞特公司咨詢(xún)）

(3) 目前自沖鉚接使用經(jīng)驗(yàn)還不夠成熟，鉚接質(zhì)量肉眼無(wú)法判定，因此要求配備有專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)設(shè)備。

(4) 單一的自沖鉚接設(shè)備自動(dòng)化程度不高，生產(chǎn)效率受限，需要整合到自動(dòng)化裝配流水線(xiàn)中，才能獲得更高的生產(chǎn)效率。

3　結(jié)語(yǔ)

自沖鉚接是目前最先進(jìn)的機(jī)械冷連接技術(shù)之一，在機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)中具有較大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，尤其

適合機(jī)柜框架的組裝，有望成為傳統(tǒng)機(jī)箱機(jī)柜組裝技術(shù)的終結(jié)者。未來(lái)隨著自沖鉚接研究的深入和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，自沖鉚接將迎來(lái)更大的應(yīng)用市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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