0 概述

拉鉚釘又稱環(huán)槽拉鉚釘、哈克拉鉚釘?shù)龋?0世紀40年代，為解決第二次世界大戰(zhàn)遠程作戰(zhàn)B-24轟炸機在航空母艦上降落時產(chǎn)生的重壓和強烈振動的棘手難題，拉鉚釘?shù)膭?chuàng)始人Lou Huck先生發(fā)明了第一代的哈克拉鉚釘，因此拉鉚釘最早應用于飛機領(lǐng)域。

由于拉鉚釘出色的性能，隨后在鐵路車輛、礦山設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)、重型汽車、橋梁、建筑等領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。國內(nèi)最初也是首先應用在飛機領(lǐng)域，目前國內(nèi)主要應用領(lǐng)域是飛機、鐵路車輛、振動篩等行業(yè)，還有其它工程項目：上?？萍拣^、上海APEC會議中心、上海植物園(鋁合金空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu))、北京中國國際貿(mào)易中心室內(nèi)游泳池、北京科技會展中心、大連輕軌工程等[1]。

此類產(chǎn)品在國內(nèi)應用領(lǐng)域和普及度與歐美國家相比還存在較大差距，希望通過對拉鉚釘產(chǎn)品及安裝工具的系統(tǒng)介紹，使拉鉚釘產(chǎn)品能夠受到相關(guān)行業(yè)、企業(yè)的關(guān)注和采用，發(fā)揮拉鉚釘產(chǎn)品的優(yōu)勢，提升行業(yè)競爭力。

1 拉鉚釘結(jié)構(gòu)及其特點

1.1 拉鉚釘結(jié)構(gòu)

拉鉚釘是鉚釘和套環(huán)的合稱（圖1），其中鉚釘相當于螺紋連接副的螺栓，主要區(qū)別是鉚釘?shù)臈U部結(jié)構(gòu)不是螺紋槽，取而代之的是一圈一圈的環(huán)狀溝槽。套環(huán)相當于螺紋連接副的螺母，主要區(qū)別是套環(huán)的內(nèi)孔面不是螺紋，而是光面。安裝時通過專用安裝工具將套環(huán)的材料擠壓到鉚釘?shù)沫h(huán)槽內(nèi)（圖2），實現(xiàn)“一次緊固，永不松動”的連接。

圖1 拉鉚釘實物圖

圖2 拉鉚釘鉚接及剖切圖

根據(jù)產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)進行分類，鉚釘主要分為拉斷鉚釘和短尾鉚釘，主要區(qū)別為安裝時的抓取部分是否去除。其中拉斷鉚釘結(jié)構(gòu)由帽頭、光桿、鎖緊環(huán)槽、拉斷環(huán)槽、夾持環(huán)槽組成（見圖3）。短尾鉚釘結(jié)構(gòu)由帽頭、光桿、鎖緊環(huán)槽、螺旋槽、短尾環(huán)槽組成（見圖4）。套環(huán)主要有兩種類型：普通套環(huán)、法蘭套環(huán)（見圖5）。由此衍生出的其它各種型式的拉鉚釘,本文不再一一贅述。

1.2 拉鉚釘特點

圖3 拉斷鉚釘結(jié)構(gòu)

圖4 短尾鉚釘結(jié)構(gòu)

圖5 套環(huán)結(jié)構(gòu)

1.2.1 抗震防松

通過鉚釘桿上的環(huán)槽設(shè)計，以及安裝時將套環(huán)材質(zhì)擠壓到鉚釘桿環(huán)槽內(nèi)，從根本上解決了螺紋緊固件在振動情況下松動的問題，使其在安裝完成后具有永久的高緊固力，在沖擊、交變載荷工況下無松動或松弛現(xiàn)象，能確保機械聯(lián)結(jié)的有效性，確保在任何苛刻條件下的連接有效性，真正實現(xiàn)永久連接。解決了螺紋連接在“交變載荷、沖擊工況下發(fā)生松動”的難題，同時避免了焊接產(chǎn)生變形及常規(guī)鉚接時的加熱及預緊力無法控制的問題。

1.2.2 安裝方便

拉鉚釘通過專用工具來完成安裝，對操作人員只需要短時間的操作培訓就可完全勝任安裝要求，較好解決了安裝質(zhì)量受操作者情緒影響的問題。與焊接相比不需要高薪聘請有經(jīng)驗的焊接技工，不存在焊接變形，也不存在焊接作業(yè)時產(chǎn)生煙霧、毒氣的問題，最大限度地保障了施工人員的健康。與螺紋連接相比不需要昂貴和精密的扭矩控制的擰緊設(shè)備，同時其安裝工具可靠性比擰緊設(shè)備高出很多。

1.2.3 檢查簡單

安裝完畢后，目測檢查鉚釘桿分離處與套環(huán)是否基本平齊即能馬上判斷出安裝的正確與否，無需進行焊接探傷或是螺栓扭矩檢測。如圖6所示，A、B、L1、L2尺寸用于檢測判斷鉚釘長度選用與被聯(lián)接件厚度是否匹配，此尺寸在被聯(lián)接件厚度不超差情況下不會出現(xiàn)問題；C、L3用于檢測判斷套環(huán)與鉚釘有效結(jié)合長度的符合性，通過目測或樣板即可判斷；尺寸D為最關(guān)鍵的控制尺寸，決定套環(huán)與鉚釘?shù)慕Y(jié)合力度，一般情況下不會出現(xiàn)異常，除非鉚接工具出現(xiàn)損壞或磨損超差，通過目測或樣板即可判斷；對于短尾鉚釘還需要判斷套環(huán)法蘭上三個凸點是否有一個產(chǎn)生了擠壓變形。

圖6 拉鉚釘鉚接檢查

1.2.4 預緊力易控

拉鉚釘預緊力控制方式與螺紋連接預緊力控制方式不同。螺紋連接預緊力常用控制方法有扭矩控制法、轉(zhuǎn)角控制法、拉伸控制法等，最常用的扭矩控制法受螺紋連接副摩擦系數(shù)影響較大，施加的擰緊力矩主要克服了摩擦力，而真正轉(zhuǎn)變成夾緊力（即預緊力）的卻只有10%左右[2]，在相同的上緊扭矩情況下，當摩擦系數(shù)變化 0.01時，預緊力的變化幅度[3]高達37.5%。由于拉鉚釘通過軸向拉伸直接獲得預緊力，控制方式操作簡單：拉斷拉鉚釘通過拉斷環(huán)槽控制預緊力大小，短尾拉鉚釘通過調(diào)整安裝工具壓力及套環(huán)上三個凸點變形進行控制。

2 拉鉚釘生產(chǎn)工藝流程

拉鉚釘常規(guī)生產(chǎn)工藝流程如下：

拉斷鉚釘生產(chǎn)工藝流程：線材盤原料→多工位冷鐓成型機鐓鍛毛坯→拉斷環(huán)槽預處理→滾絲機滾制鎖緊環(huán)槽、拉斷環(huán)槽、夾緊環(huán)槽→網(wǎng)帶熱處理爐進行熱處理→探傷機探傷→表面處理。見圖7。

短尾鉚釘生產(chǎn)工藝流程：線材盤原料→多工位冷鐓成型機鐓鍛毛坯→滾絲機滾制鎖緊環(huán)槽→滾絲機滾制螺紋槽→滾絲機滾制短尾環(huán)槽→網(wǎng)帶熱處理爐進行熱處理→探傷機進行探傷→表面處理。

套環(huán)生產(chǎn)工藝流程：線材盤原料→多工位冷鐓螺母成型機鐓鍛毛坯→真空井式爐進行退火→表面處理。

圖7 拉斷鉚釘生產(chǎn)工藝流程

3 安裝工具及安裝過程

3.1 安裝工具

拉鉚釘?shù)陌惭b需要采用專用的安裝工具——拉鉚槍，根據(jù)拉鉚槍的動力源不同可分為液壓拉鉚槍和氣動拉鉚槍，液壓拉鉚槍需要配備專用液壓站，本文以液壓拉鉚槍為例進行說明，圖8所示完整部分為拉斷拉鉚釘用拉鉚槍，下側(cè)為短尾拉鉚釘用拉鉚槍的槍頭部分，圖9為對應拉鉚槍的結(jié)構(gòu)圖。

3.2 安裝過程

拉鉚釘安裝過程及拉鉚槍工作原理如下：

圖10：待機狀態(tài)時活塞處于油缸的前端，卡爪處于張開狀態(tài)。將鉚釘?shù)奈膊繆A持環(huán)槽穿入拉鉚槍的卡爪，并使砧筒前端面頂緊套環(huán)的右端。

圖11：按下啟動按鈕時活塞左側(cè)供油，右側(cè)回油，活塞帶動內(nèi)筒夾一起向后運動，同時卡爪頂座在彈簧的彈力作用下向前推動卡爪，卡爪徑向縮小抓緊鉚釘；

圖12：活塞繼續(xù)向后運動，這時砧筒頭部擠壓套環(huán)變形，砧筒內(nèi)孔擠壓套環(huán)，使套環(huán)與鉚釘?shù)逆i緊環(huán)槽互相咬合為一體；

圖13：隨著鉚接力增大到設(shè)定值時，鉚釘?shù)睦瓟喹h(huán)槽部位被拉斷；活塞快速向后運動，通過活塞的內(nèi)部泄壓結(jié)構(gòu)使得活塞兩側(cè)液壓油串聯(lián)為一體，活塞不再向后運動。

圖14：松開啟動按鈕，液壓站電磁閥換向，活塞的右側(cè)腔開始進油，左側(cè)回油，推動活塞向左運動，帶動內(nèi)筒夾向前推動退位組頂緊套環(huán)，砧筒退出套環(huán)；由于退位組相對于內(nèi)筒夾向右運動，推動卡爪向右退到內(nèi)筒夾的錐孔大端而張開，拉斷的鉚釘斷頭處于自由狀態(tài)，這時活塞芯部導桿在液壓油的作用下向前運動將鉚釘斷頭推出卡爪，完成一個工作循環(huán)。

圖8 液壓拉鉚槍與液壓站

圖9 液壓拉鉚槍結(jié)構(gòu)圖

圖10

圖11

圖12

圖13

圖14

4 結(jié)論

本文通過對拉鉚釘結(jié)構(gòu)的分析，對其特點作了系統(tǒng)的分析說明，簡單介紹了拉鉚釘?shù)纳a(chǎn)，并對拉鉚釘?shù)膶Ｓ冒惭b工具的結(jié)構(gòu)原理作了詳細說明，為相關(guān)人員選用拉鉚釘提供參考。

參考文獻：

[1]楊樹森，張光明，劉煜．拉鉚釘及其在鐵道車輛中的應用［J］．鐵道車輛,2006（12）．

[2]李建江．裝配過程中螺栓預緊力的控制[J]．工程機械，2010（7）．

[3]趙海川，王晶．關(guān)于風電螺栓扭矩系數(shù)與摩擦系數(shù)的探討［J］．風能，2010（9）．