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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需購買機(jī)箱機(jī)柜自沖鉚接機(jī)，請聯(lián)系武漢埃瑞特公司 袁濤 13507127863

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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：簡要介紹了機(jī)箱機(jī)柜生產(chǎn)中的傳統(tǒng)鉚接方式，對比分析了自沖鉚接的技術(shù)特點及性能優(yōu)勢，重點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)計原則和常用鉚接參數(shù)，對目前存在的問題進(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；鉚接參數(shù)

0　引言

隨著工業(yè)4.0及中國智造2025的推出，中國制造業(yè)迎來新的發(fā)展機(jī)遇，“智能裝備、智能工廠”等概念蓬勃發(fā)展，要求工業(yè)產(chǎn)品的開發(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)，然而隨著勞動力及原材料成本的增長，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)，已在汽車輕量化設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用，如通用、福特、奧迪、寶馬、沃爾沃、捷豹以及戴姆勒-克萊斯勒等車企的鋁合金車身制造[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)用還未見報道，隨著各種免處理板大量應(yīng)用于機(jī)箱機(jī)柜，其對鉚接技術(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，并對存在的問題提出解決方法，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)间摪濉⒏蹭X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)先開孔；然后將鉚釘穿過孔中心，確保鉚釘與孔的中心線對齊；最后在沖頭和下模的共同擠壓作用下，鉚釘尾部脹開形成紐扣狀實現(xiàn)連接[2]。該技術(shù)的缺點是工藝復(fù)雜，需增加預(yù)開孔工序，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

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拉鉚的原理與壓鉚類似，都是依靠在鉚釘尾部脹開形成可靠連接，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，使鉚釘壓縮變形形成鉚釘頭，因此對設(shè)備的要求不高，而且鉚釘槍相對于壓鉚機(jī)成本較低，鉚釘種類較多，操作簡單，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，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

自沖鉚接最先由英國的Henrob公司在1985年研發(fā)和應(yīng)用，自沖鉚接是目前最熱門的機(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�主要分為兩類：實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[3]，鉚接過程示意圖如圖3所示。

圖2　壓鉚典型工序

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圖3　半空心自沖鉚接過程示意圖

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相對于傳統(tǒng)的鉚接，自沖鉚接具有以下技術(shù)優(yōu)勢：①不需要預(yù)開孔和調(diào)整對齊孔位即可實現(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，鉚接外形美觀；③設(shè)備占地面積小，鉚接操作簡單，噪聲低；④對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自動送釘系統(tǒng)穩(wěn)定，通過自動化設(shè)計，即可實現(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、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)勢越來越明顯。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，其裝配過程是:首先需要人工對齊兩部件的鉚接孔，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，因其定位精度相對較低，再加上采用料帶自動送釘，使得人工操作強度降低，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)，送釘方式可選振動盤管式自動送釘或者料帶式自動送釘。兩種鉚接機(jī)的鉚接效率和公稱壓力等參數(shù)基本相同，其中臺式自沖鉚接機(jī)在大批量生產(chǎn)時，操作容易，生產(chǎn)效率高；手持式自沖鉚接機(jī)因鉚接過程中鉚接頭移動而工件不動，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)過程中，機(jī)箱產(chǎn)量大、體積小、重量輕，比較適合于采用臺式自沖鉚接機(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，而縫隙對整個設(shè)備的屏蔽性能影響較大，通�？p隙越長將導(dǎo)致其屏蔽性能越低，因此需合理控制緊固點的間距；此外鉚接點連接強度的優(yōu)劣對整個結(jié)構(gòu)的強度至關(guān)重要，而鉚接質(zhì)量需要通過合適的鉚接工藝參數(shù)才能實現(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)計參數(shù)等[4]。為了滿足機(jī)箱機(jī)柜的使用要求，采用自沖鉚接工藝時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度也不同，根據(jù)經(jīng)驗，公稱直徑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) 對于強度、塑性和厚度不同的兩種板材鉚接，強度高、塑性好且厚度大的板材放置在下層時將具有較高的連接強度；此外，強度相同的兩種板材鉚接時，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整個板材組厚度的1/3。

(5) 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理。根據(jù)不同的屏蔽要求設(shè)計合理的鉚接間距，此外，鉚接點底部要有一定的空間，凸緣寬度大于16 mm，為鉚接頭的運動預(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，自沖鉚接強度也增加，這是因為板越厚，鉚釘脹開過程塑性變形越容易，側(cè)向刺入越深，使得鉚接強度增加；另外可發(fā)現(xiàn)，在鉚釘允許的情況下，鉚釘直徑越大，鉚接強度也越高。因此，建議在鉚接強度要求較高的部位，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　自沖鉚接存在的問題

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

(1) 關(guān)于自沖鉚釘，目前缺乏相應(yīng)的國家和行業(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，而且鉚釘種類偏少，一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。（鉚接機(jī)專家網(wǎng)編輯注：目前自沖鉚釘在中國已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，各廠家自沖鉚釘基本不考慮通用性問題，直接可用）

(2) 因鉚釘材質(zhì)要求較高，國內(nèi)可生產(chǎn)自沖鉚接設(shè)備及鉚釘?shù)膹S家不多，且技術(shù)薄弱，比如直徑3 mm的鉚釘目前國內(nèi)還無法生產(chǎn)，而國外的設(shè)備和鉚釘成本較高，企業(yè)采購使用負(fù)擔(dān)較重。（鉚接機(jī)專家網(wǎng)編輯注：目前無論是3.3毫米還是5.3毫米的自沖鉚釘在中國已經(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）

(3) 目前自沖鉚接使用經(jīng)驗還不夠成熟，鉚接質(zhì)量肉眼無法判定，因此要求配備有專業(yè)的檢測設(shè)備。

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

3　結(jié)語

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，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。未來隨著自沖鉚接研究的深入和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的出臺，自沖鉚接將迎來更大的應(yīng)用市場。

參考文獻(xiàn)：

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[2]邢保英.自沖鉚連接機(jī)理及力學(xué)性能研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2014：7-8.

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