無釘自沖鉚接技術(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)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化以及外觀精致度的要求越來越高，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、連接表面質(zhì)量差、以及材質(zhì)無法焊接等問題，已經(jīng)無法滿足企業(yè)的生產(chǎn)需求。一種新型的無釘自沖鉚接技術(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，無釘自沖鉚接技術(shù)具有連接強度高、成本低、工序少、便于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，同時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。

本文介紹了無釘自沖鉚接技術(shù)的原理和特點，同時以某公司EH18風機架組件為例，分析了大尺寸鈑金件連接過程中的難點，對無釘自沖鉚接技術(shù)在大尺寸鈑金件連接中的應(yīng)用進行了研究。

2 .無釘自沖鉚接技術(shù)原理及特點

無釘自沖鉚接是通過凸模的擠壓在凹模內(nèi)使上板料嵌入下板料，實現(xiàn)板件之間互鎖的一種高速機械連接工藝。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，同時擠壓下板料一起朝下凹模內(nèi)腔流動，最終與內(nèi)腔壁貼合，此時上凸模墩鍛保壓一定時間，使上下板料變形固化，形成沖壓鉚接點，最后上凸模退回，完成上下板料的鉚接，其實現(xiàn)過程如圖1所示。

圖1 板料無釘自沖鉚接過程原理圖

與其他鈑金連接工藝相比，無釘自沖鉚接技術(shù)特點為：①鉚接點直徑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不會對板料的表面鍍層或漆層造成破壞，其原有的防護特性不受影響。④板料鉚接處的動態(tài)強度較高，單點動態(tài)疲勞強度遠高于點焊，靜連接強度與點焊差不多。⑤工序簡單，無需預(yù)沖孔，可單點或多點同時鉚接，便于實現(xiàn)大批量自動化生產(chǎn)。⑥減輕重量，鉚接過程不需要額外連接件，同時加工成本比點焊降低40%～70%。⑦鉚接過程噪聲較小，無有害氣體產(chǎn)生，對生產(chǎn)環(huán)境沒有不良影響。

3.大尺寸鈑金件連接過程難點分析

本文以某公司EH18風機架組件為例，對大尺寸鈑金件連接過程難點進行分析。該風機架由三部分組成：風機架、出風口板和風機架后板，如圖2所示。

圖2 EH18風機架結(jié)構(gòu)組件圖

其中，風機架鈑金件尺寸較大，達到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，在進行裝夾時，存在以下問題：

（1）工裝夾具的夾緊力需要柔性控制，過大或過小都會引起風機架體的彎曲變形，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作和工件裝卸。

（3）工件與夾具的接觸部位及大小不合適，會造成鉚接過程風機架傾斜、移位等。

同時，該風機架鉚接點較多，總共有30個點需要鉚接，而且鉚接位置不在同一平面，如圖3所示。對于大尺寸多點鉚接鈑金件，需要保證鉚接點排布合理，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 .無釘自沖鉚技術(shù)應(yīng)用

（1）沖壓鉚接驅(qū)動裝置

沖壓鉚接過程驅(qū)動裝置的穩(wěn)定性對鉚接質(zhì)量的影響較大。為了確保自動壓鉚過程受力平穩(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，最大沖壓力44kN； 6bar氣壓時，快進行程力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)的工作增力動作；同時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；同時支持快速返程，提高加工效率；具有自動增力功能，在總行程范圍內(nèi)任一位置，模具一接觸工件，即可實現(xiàn)自動增力，無需調(diào)整模具。

（2）鉚接模具設(shè)計

無釘自沖鉚接模具主要包括凸模和凹模，工作時通過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風機架組件尺寸較大，需要鉚接的點較多，為了保證連接可靠和鉚接過程平穩(wěn)，鉚接模具采用SIMIT標準工藝，十六點無鉚釘連接設(shè)計，如圖5所示。鉚接模具表面進行調(diào)質(zhì)發(fā)黑防銹處理，安裝在上下平臺。當進行壓鉚動作時，上下平臺與鈑金件表面大面積壓合，保證鉚接部位受力均勻，不會發(fā)生變形。工裝采用自身可脫離式雙柱導向機構(gòu)，能保證模具重復加工精度。

圖5 TOX多圓點沖鉚模具

對于0.8mm冷軋板或鍍鋅板連接，以及PCM預(yù)鍍板，無鉚釘連接強度（靜態(tài)強度實驗報告）：當用于壓鉚的折彎邊有效寬度不大于12mm，凹模側(cè)連接點徑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，抗剪強度：τ=1000N×0.8(J)=800N；抗拉強度：σb=750N×0.8(J)=600N；［注：J為材料離散系數(shù)］。

（3）EH18風機架鉚接過程

EH18風機架組件總共30個點需要鉚接，分兩個工位完成：分別由：工位1——風機架與出風口板鉚接專機完成14點鉚接；工位2——風機架與風機架后板鉚接專機完成16點鉚接，如圖6所示。

圖6 EH18風機架結(jié)構(gòu)組件圖

工位1：風機架與出風口板鉚接專機主要裝置包括2臺C型五點鉚鉗、2臺C型兩點鉚鉗、2具驅(qū)動增壓器、2副五點無鉚釘連接模具及工裝、2副兩點無鉚釘連接模具及工裝、零件定位夾緊機構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)等組成，其外觀如圖7所示。

圖7 EH18風機架組鉚接專機1

工位2：風機架與風機架后板鉚接專機主要裝置包括1具氣液增壓缸、1臺沖壓設(shè)備機體、下移動滑臺、1副十六點無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

無釘自沖鉚接技術(shù)具有連接強度高、成本低、工序少、便于實現(xiàn)自動化、對連接件表面質(zhì)量影響小等優(yōu)點，非常適合對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風機架組件為例，對大尺寸鈑金件連接過程難點進行了分析，同時對無釘自沖鉚接技術(shù)在該產(chǎn)品中的實際應(yīng)用進行了介紹。 □