旋鉚工藝的研究與應(yīng)用

文/朱剛，龍曲波·東風(fēng)(武漢)實業(yè)有限公司

旋鉚工藝的研究與應(yīng)用

文/朱剛，龍曲波·東風(fēng)(武漢)實業(yè)有限公司

朱剛，工程師，主要從事旋鉚工藝開發(fā)，目前已有10余項研發(fā)成果投入使用。

中國汽車市場日新月異，消費群體對汽車安全性和美感的要求越來越高，這成為汽車零部件設(shè)計優(yōu)先考慮的因素，許多前期采用弧焊連接的產(chǎn)品更改為旋鉚連接。

弧焊工藝產(chǎn)品變形量大，產(chǎn)品穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)虛焊和弱焊，產(chǎn)品外觀不美觀。從環(huán)保角度分析焊接屬于污染較嚴(yán)重的工藝，而旋鉚工藝屬于環(huán)保型工藝。旋鉚工藝的廣泛應(yīng)用，要求零部件企業(yè)對該項工藝展開深入研究，以滿足市場需求。本文對旋鉚工藝的實現(xiàn)過程和關(guān)注問題進(jìn)行了闡述。

鉚接子件的拆分

要完成鉚接工作，首先應(yīng)依據(jù)鉚接前后產(chǎn)品體積不變原則計算鉚接前子件的尺寸，據(jù)此開發(fā)出鉚接子件。圖1所示為引擎蓋拉鎖支架，確定基礎(chǔ)尺寸后還有4個尺寸很關(guān)鍵，需要進(jìn)行較嚴(yán)格的公差管理。尺寸A為鉚接端頭高度、尺寸B為鉚接件直徑，這兩個尺寸直接決定鉚接體積，并影響鉚接后端頭的形狀；尺寸C為兩個鉚頭的張開距離，如果尺寸不穩(wěn)定會出現(xiàn)鉚偏現(xiàn)象；尺寸D為鉚接高度尺寸，如果尺寸不穩(wěn)定會出現(xiàn)鉚接高度不夠或過鉚導(dǎo)致工件變形的現(xiàn)象。

鉚接子件除了需要控制尺寸外還需要注意倒角和硬度控制。試驗證明，沒有倒角的子件進(jìn)行鉚接容易出現(xiàn)鉚接裂紋，適當(dāng)?shù)牡菇强梢员苊忾_裂。子件的硬度影響鉚頭下行的速度，鉚接設(shè)備一般是靠鉚接時間來控制鉚接位移的，如果鉚接速度發(fā)生變化，那鉚接位移就會發(fā)生變化。如果子件硬度波動太大會導(dǎo)致同一參數(shù)下，產(chǎn)品鉚接松緊不一致，無法進(jìn)行批量生產(chǎn)。

鉚接設(shè)備的選擇

鉚接設(shè)備按鉚接頭運動方式分有擺輾鉚接機(jī)和徑向鉚接機(jī)。擺輾鉚接機(jī)的電機(jī)通過聯(lián)軸器將運動傳遞給主軸，同時液壓系統(tǒng)驅(qū)動活塞連同主軸向下施壓，當(dāng)鉚頭接觸到鉚釘時，鉚頭圍繞鉚釘中心線（即主軸中心線）公轉(zhuǎn)，同時鉚頭在切向力的作用下自轉(zhuǎn)，從而形成無滑動輾壓。徑向鉚接機(jī)的電機(jī)通過聯(lián)軸器將運動傳遞給主軸，主軸通過少齒差行星機(jī)構(gòu)將運動傳遞給球面運動副，同時液壓系統(tǒng)驅(qū)動活塞連同球面副向下施壓，當(dāng)鉚頭接觸到鉚釘時，鉚頭圍繞鉚釘中心線（即主軸中心線）按11瓣梅花運動軌跡對鉚釘進(jìn)行無滑動輾壓，而完成鉚接工作。

擺輾鉚接機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維修方便、可靠性好，能夠滿足大部分零件的鉚接要求，而徑向鉚接產(chǎn)品質(zhì)量更好，但是徑向鉚接機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、維修不方便，一般鉚接質(zhì)量要求較高的零件才選用此類設(shè)備。

根據(jù)產(chǎn)品特性和質(zhì)量要求確定鉚接機(jī)的類型后，通過計算旋鉚總壓力來選定設(shè)備型號。另外，根據(jù)鉚接產(chǎn)品的特性，可以選擇多頭鉚接機(jī)以提高效率，如圖1的產(chǎn)品就可以采用2頭鉚接機(jī)，提升一倍的效率。

旋鉚工裝的設(shè)計

鉚頭是鉚接的主要工作部件，鉚頭的合理性直接影響鉚接質(zhì)量。鉚頭的關(guān)鍵因素為工裝材質(zhì)、工裝表面硬度、工裝表面粗糙度和設(shè)計尺寸。

鉚頭材質(zhì)一般選用模具鋼Cr12MnV或W18Cr4V，然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)、淬火處理，使鉚頭硬度達(dá)到58～62HRC，同時鉚頭工作表面一定要進(jìn)行研磨使表面粗糙度在Ra0.8μm以下。

鉚頭的尺寸需要根據(jù)產(chǎn)品鉚接形狀和設(shè)備型號綜合分析確定，本文就以常用的半圓形鉚頭產(chǎn)品進(jìn)行簡要說明，該半圓形鉚頭（圖2）的關(guān)鍵尺寸系列如表1所示。

表1 半圓形鉚頭的關(guān)鍵尺寸系列

除鉚頭外，鉚接定位工裝結(jié)構(gòu)合理性也很重要，定位的穩(wěn)定性直接影響鉚接強(qiáng)度和外觀質(zhì)量，定位接觸面面積也直接影響鉚接件法蘭面受縱向剪切力的大小。

旋鉚過程中鉚接件受到正壓力F壓和旋轉(zhuǎn)力F旋的作用，如圖3所示。在正壓力作用下，鉚接件的鉚接法蘭受到定位工裝的剪切力，為避免法蘭受剪切力壓傷，需要讓法蘭盡可能大的與工裝面接觸。由于鉚接件在工作過程中受到旋轉(zhuǎn)力的作用，如果不采用全方位定位工裝零件就會晃動，導(dǎo)致鉚接不對中而降低鉚接質(zhì)量。采取圖4所示的的定位工裝，工作過程中定位鑲塊將整個鉚接件完全包裹，最大程度的加大法蘭接觸面，使整個零件無法晃動。拿取零件時工裝從中間分開便于操作，工裝開合采用氣動夾緊裝置，方便可靠。

生產(chǎn)過程問題點

在生產(chǎn)過程中，鉚頭一直處于旋轉(zhuǎn)摩擦狀態(tài)，容易發(fā)熱，當(dāng)溫度過高時會導(dǎo)致鉚頭退火，降低鉚頭硬度，從而影響鉚頭壽命，甚至影響鉚接質(zhì)量，因此，需要給鉚接鉚頭安裝降溫裝置。

鉚頭降溫裝置可以選擇水冷和氣冷兩種方式。采用水循環(huán)冷卻裝置冷卻效果最好，但是費用較高，且能耗也高。采用氣冷可以在鉚頭旁安裝一根出氣管，通過空氣快速流通降溫，但是產(chǎn)生噪聲很大，影響作業(yè)環(huán)境。此外，也可以在鉚頭上加裝散熱器，通過旋鉚機(jī)自轉(zhuǎn)帶動散熱器轉(zhuǎn)動而降溫，如圖5所示。

結(jié)束語

旋鉚質(zhì)量穩(wěn)定、美觀，技術(shù)較為成熟，但生產(chǎn)效率與壓鉚相比還有較大差距，如何提高旋鉚效率將是后期研究的重點。