旋铆工艺的研究与应用

文/朱刚，龙曲波·东风(武汉)实业有限公司

旋铆工艺的研究与应用

文/朱刚，龙曲波·东风(武汉)实业有限公司

朱刚，工程师，主要从事旋铆工艺开发，目前已有10余项研发成果投入使用。

中国汽车市场日新月异，消费群体对汽车安全性和美感的要求越来越高，这成为汽车零部件设计优先考虑的因素，许多前期采用弧焊连接的产品更改为旋铆连接。

弧焊工艺产品变形量大，产品稳定性较差，容易出现虚焊和弱焊，产品外观不美观。从环保角度分析焊接属于污染较严重的工艺，而旋铆工艺属于环保型工艺。旋铆工艺的广泛应用，要求零部件企业对该项工艺展开深入研究，以满足市场需求。本文对旋铆工艺的实现过程和关注问题进行了阐述。

铆接子件的拆分

要完成铆接工作，首先应依据铆接前后产品体积不变原则计算铆接前子件的尺寸，据此开发出铆接子件。图1所示为引擎盖拉锁支架，确定基础尺寸后还有4个尺寸很关键，需要进行较严格的公差管理。尺寸A为铆接端头高度、尺寸B为铆接件直径，这两个尺寸直接决定铆接体积，并影响铆接后端头的形状；尺寸C为两个铆头的张开距离，如果尺寸不稳定会出现铆偏现象；尺寸D为铆接高度尺寸，如果尺寸不稳定会出现铆接高度不够或过铆导致工件变形的现象。

铆接子件除了需要控制尺寸外还需要注意倒角和硬度控制。试验证明，没有倒角的子件进行铆接容易出现铆接裂纹，适当的倒角可以避免开裂。子件的硬度影响铆头下行的速度，铆接设备一般是靠铆接时间来控制铆接位移的，如果铆接速度发生变化，那铆接位移就会发生变化。如果子件硬度波动太大会导致同一参数下，产品铆接松紧不一致，无法进行批量生产。

铆接设备的选择

铆接设备按铆接头运动方式分有摆辗铆接机和径向铆接机。摆辗铆接机的电机通过联轴器将运动传递给主轴，同时液压系统驱动活塞连同主轴向下施压，当铆头接触到铆钉时，铆头围绕铆钉中心线（即主轴中心线）公转，同时铆头在切向力的作用下自转，从而形成无滑动辗压。径向铆接机的电机通过联轴器将运动传递给主轴，主轴通过少齿差行星机构将运动传递给球面运动副，同时液压系统驱动活塞连同球面副向下施压，当铆头接触到铆钉时，铆头围绕铆钉中心线（即主轴中心线）按11瓣梅花运动轨迹对铆钉进行无滑动辗压，而完成铆接工作。

摆辗铆接机结构简单、成本低、维修方便、可靠性好，能够满足大部分零件的铆接要求，而径向铆接产品质量更好，但是径向铆接机结构复杂、造价高、维修不方便，一般铆接质量要求较高的零件才选用此类设备。

根据产品特性和质量要求确定铆接机的类型后，通过计算旋铆总压力来选定设备型号。另外，根据铆接产品的特性，可以选择多头铆接机以提高效率，如图1的产品就可以采用2头铆接机，提升一倍的效率。

旋铆工装的设计

铆头是铆接的主要工作部件，铆头的合理性直接影响铆接质量。铆头的关键因素为工装材质、工装表面硬度、工装表面粗糙度和设计尺寸。

铆头材质一般选用模具钢Cr12MnV或W18Cr4V，然后进行调质、淬火处理，使铆头硬度达到58～62HRC，同时铆头工作表面一定要进行研磨使表面粗糙度在Ra0.8μm以下。

铆头的尺寸需要根据产品铆接形状和设备型号综合分析确定，本文就以常用的半圆形铆头产品进行简要说明，该半圆形铆头（图2）的关键尺寸系列如表1所示。

表1 半圆形铆头的关键尺寸系列

除铆头外，铆接定位工装结构合理性也很重要，定位的稳定性直接影响铆接强度和外观质量，定位接触面面积也直接影响铆接件法兰面受纵向剪切力的大小。

旋铆过程中铆接件受到正压力F压和旋转力F旋的作用，如图3所示。在正压力作用下，铆接件的铆接法兰受到定位工装的剪切力，为避免法兰受剪切力压伤，需要让法兰尽可能大的与工装面接触。由于铆接件在工作过程中受到旋转力的作用，如果不采用全方位定位工装零件就会晃动，导致铆接不对中而降低铆接质量。采取图4所示的的定位工装，工作过程中定位镶块将整个铆接件完全包裹，最大程度的加大法兰接触面，使整个零件无法晃动。拿取零件时工装从中间分开便于操作，工装开合采用气动夹紧装置，方便可靠。

生产过程问题点

在生产过程中，铆头一直处于旋转摩擦状态，容易发热，当温度过高时会导致铆头退火，降低铆头硬度，从而影响铆头寿命，甚至影响铆接质量，因此，需要给铆接铆头安装降温装置。

铆头降温装置可以选择水冷和气冷两种方式。采用水循环冷却装置冷却效果最好，但是费用较高，且能耗也高。采用气冷可以在铆头旁安装一根出气管，通过空气快速流通降温，但是产生噪声很大，影响作业环境。此外，也可以在铆头上加装散热器，通过旋铆机自转带动散热器转动而降温，如图5所示。

结束语

旋铆质量稳定、美观，技术较为成熟，但生产效率与压铆相比还有较大差距，如何提高旋铆效率将是后期研究的重点。