韓鑫 朱晨

摘 要：針對鋁鈑金件在焊接過程中容易因變形、焊接性差而出現(xiàn)焊接裂紋，鋁板間的點焊易開裂、變軟，影響機械性能等問題，對比分析了鉚接工藝的優(yōu)劣，對鉚接方法進行了比較，研究了鉚接過程中鉚釘尺寸與底孔的關系，總結了一套鉚接沉頭釘?shù)墓に嚪椒?，為不適合焊接的鋁鈑金件找到了替代的工藝方法，對相關鈑金件的鉚接加工具有較好的參考價值。

關鍵詞：鋁鈑金;鉚接工藝;手持設備;專用工裝

0? ? 引言

薄板鋁合金材料焊接易變形、焊接性差，鋁板間的點焊易開裂、變軟，影響機械性能等，而薄鋁板的連接采用鉚接工藝可避免焊接出現(xiàn)的問題，還可以獲得較高的靜力學性能和疲勞強度。目前手工鉚接質量不穩(wěn)定，鉚接力大小不易控制，容易出現(xiàn)噴漆后鉚釘周邊有裂紋等缺陷。針對鉚接工藝問題，調研了市場上現(xiàn)有的手持設備，通過對幾種設備的鉚接實驗比較，借助于鉚接設備及鉚接專用工裝，提高了鉚接質量，增強了鉚接外觀效果。

1? ? 鉚接工況及鉚接工藝概述

1.1? ? 鉚接工況

鉚接由于具有工藝過程簡單、連接強度穩(wěn)定可靠、檢查和排除故障容易、能夠適應結構復雜的各種金屬和非金屬材料之間的連接等優(yōu)良特性而被廣泛使用，特別是在飛機、汽車制造等領域應用廣泛。

影響鉚接件質量的工藝參數(shù)很多，有鉚接力、鉚釘幾何尺寸、鉚釘與被鉚接件的材料、被鉚接件鉚釘孔的尺寸公差等。眾多工藝參數(shù)最終目標都是保證被鉚接壁板的精度、強度以及壽命。若鉚釘在鉚接過程中應變量較小，壓縮不充分，會導致連接過程中鉚釘?shù)乃蓜由踔撩撀?。若鉚釘孔開得不合適，在鉚釘孔周圍所產生的殘余應力將遠遠超出強化連接所需的殘余應力，則會導致鉚釘孔周圍應力集中，噴漆后易出現(xiàn)裂紋，影響產品質量。

1.2? ? 鉚接工藝流程分析

實踐中常用的鉚釘分為有頭釘（沉頭、圓頭）和無頭釘，其鉚接主要流程包括夾持、制孔、放釘、鉚接和卸載（圖1），不同之處在于沉頭鉚釘需要锪窩操作，而無頭鉚釘成型后為保證外形，需要對表面進行銑平。

鉚接過程實際就是在外力作用下鉚釘頭形成墩頭的過程。鉚釘頭部受到外部壓力，發(fā)生墩粗，形成墩頭，釘桿發(fā)生塑性形變，鉚釘桿膨脹、變粗，這種膨脹會對孔徑產生壓力，使得孔徑擴張。

因此在成型過程中鉚釘鉚接參數(shù)的選取應遵循工藝手冊的選取原則，并視使用工況進行必要的工藝驗證，實際工況下鉚釘鉚接參數(shù)稍有偏差，鉚釘便會發(fā)生以下常見缺陷：

（1）沉頭鉚釘頭凹進零件表面;

（2）沉頭鉚釘頭突出零件表面過大;

（3）鉚釘頭與釘窩之間有間隙;

（4）鉚釘墩頭高度過小;

（5）鉚釘頭或墩頭被打傷、有切痕、有裂紋;

（6）墩頭呈喇叭形;

（7）墩頭偏斜;

（8）頂桿在孔內彎曲。

2? ? 國內鉚接手持設備對比

目前國內手持設備主要有氣動壓鉚設備（圖2）、氣動沖鉚設備（圖3）和電磁鉚接設備（圖4）。

根據調研情況，綜合考慮現(xiàn)有手持設備的價格，電磁鉚接設備要100多萬元，對于普通企業(yè)不太適合，所以確定只研究氣動沖鉚設備和氣動壓鉚設備，了解了這兩種設備的主要性能后，我們制作了許多樣件，準備開展實驗。

3? ? 鉚接設備的鉚接工藝研究

（1）手動鉚接：由于是多次鉚接，隨著加工硬化的產生，鉚接質量難以滿足鉚接通用技術條件，易產生前述缺陷，且手動鉚接強度高的釘（不銹鋼鉚釘、鈦合金鉚釘、直徑較大鋁鉚釘）成型困難。

（2）氣動沖鉚設備：該設備鉚接原理是通過前面鉚接沖頭的沖擊力來鉚接鉚釘，且后面需要頂鐵頂住，多次成型。對薄壁板沖擊較大，易形成凹槽，經過實驗，滿足不了現(xiàn)有產品噴漆后外形需求。

（3）氣動壓鉚設備（靜態(tài)鉚接）：該設備類似于壓鉚機，一次成型，鉚接質量穩(wěn)定，但鉚接范圍受喉深限制。

以上鉚接方式性能比較如表1所示。

在鉚接過程中，選用GB/T 869沉頭鉚釘，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)該釘頭直徑偏差較大，其國家標準釘頭直徑應為6.82～7.18 mm，但實際買回來的鉚釘尺寸有的能達到7.5 mm，一致性很差，這就造成了在鉚接過程中開的沉孔的大小受影響。經過課題組多次實驗，為了達到最好的效果，再結合市場現(xiàn)有鉚釘標準，為了避免鉚釘頭尺寸變化太大對沉孔的影響，先選用一致性更好的GJB 2055—1994鉚釘進行鉚接實驗，具體參數(shù)如圖5和表2所示。

在鉚接過程中，要充分考慮鉚接件的尺寸，對于外形尺寸較大的工件，沉孔不能上鉆床，只能靠手電鉆鉆孔，由于是手工操作，所以沉孔誤差太大，導致鉚接完后釘頭凸凹明顯，為了達到噴漆后看不出是鉚接的效果，經常需要把凸出的頭用砂輪打磨平，這樣很容易使鉚釘真正的作用消失，且在后續(xù)工藝噴完漆后，釘頭部位的噴漆易脫落。為了解決上述問題，查閱相關資料，購買了锪窩鉆套一套（圖6），該锪窩鉆套有限位功能，能保證所鉆沉孔的一致性，使用時與手電鉆互相配合。

4? ? 鉚接工藝總結

本次實驗還研究了鈑金類零件在不同板厚之間、圓弧面與圓弧面之間、圓弧面與平面之間采用氣動鉚接的最佳鉚接參數(shù)的選擇，噴完漆在振動后，沒有發(fā)現(xiàn)鉚釘周邊產生裂紋或漆膜脫落等現(xiàn)象。經過此次工藝實驗，得出以下結論：

（1）底孔大小以鉚釘桿直徑上偏差再大0.1 mm為宜，例如?A0+0.1底孔為?A+0.2;

（2）鉚釘壓縮量為2 mm比較理想;

（3）鉚釘長度選擇比板厚大4 mm比較理想（如果考慮鉚釘凸起，可以選擇鉚釘長度=板厚+2 mm+凸起）;

（4）底孔沉孔按圖5加工（即鉚釘放入沉孔內，鉚釘頭下沉0.1～0.2 mm）。

5? ? 結語

本文介紹了鉚接過程中容易產生的缺陷，對比了不同的鉚接方法，分析了各種方法的優(yōu)劣，研究了鉚接過程中鉚釘?shù)倪x擇與底孔的關系，總結了一套適合鋁鈑金件鉚接的工藝方法，為不適合焊接的鋁鈑金件提供了很好的參考。

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收稿日期：2020-03-24

作者簡介：韓鑫（1984—），男，山西忻州人，工程師，主要從事電子設備工藝設計工作。