作者：武漢埃瑞特機(jī)械制造有限公司 袁濤 2015年1月11日 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明作者出處

注：需要購買自沖鉚接機(jī)，請(qǐng)點(diǎn)擊后面紅色字體鏈接：自沖鉚接機(jī)

正文：

隨著汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益劇烈，對(duì)汽車的輕量化提出了越來越高的要求。

汽車輕量化的重要潛力是在車身的制造中大量使用輕金屬和非金屬，例如鋁、鋁合金、鎂合金以及強(qiáng)化塑料等板料之間的應(yīng)用，故采用鉚接技術(shù)連接車身的內(nèi)外覆蓋件而替代點(diǎn)焊，特別是自沖鉚接（SPR-Self Piercing Riveting）工藝，越來越受到重視和青睞。
半空心鉚釘自沖鉚接工藝
半空心鉚釘?shù)淖詻_鉚接工藝如圖所示，壓邊圈首先向下運(yùn)動(dòng)對(duì)鉚接材料進(jìn)行預(yù)壓緊，防止鉚接材料在鉚釘?shù)淖饔昧ο孪虬寄?nèi)流動(dòng)，而后沖頭向下運(yùn)動(dòng)推動(dòng)鉚釘刺穿上層材料。在凹模與沖頭的共同作用下鉚釘尾部在下層金屬中張開形成喇叭口形狀以便鎖止鉚接材料，達(dá)到連接目的。半空心鉚接工藝鉚接相同金屬材料時(shí)，較厚的放在下層；鉚接兩層不同金屬材料時(shí)，將塑性好的材料放在下層；鉚接金屬與非金屬材料時(shí)，將金屬材料放在下層。
在汽車車身制造中，考慮到具體的生產(chǎn)環(huán)境、自沖鉚接工藝的特點(diǎn)、連接強(qiáng)度以及所應(yīng)用材料的機(jī)械性能等要求，又由于實(shí)心鉚釘?shù)你T接工藝有很多自身的局限性，所以在汽車輕量化生產(chǎn)中主要應(yīng)用半空心鉚釘?shù)淖詻_鉚接工藝。

半空心鉚釘自沖鉚接機(jī)原理圖

實(shí)心鉚釘自沖鉚接工藝
腰鼓形實(shí)心鉚釘自沖鉚接工藝，沖頭推動(dòng)實(shí)心鉚釘一起向下運(yùn)動(dòng)，鉚釘下部的刃口將鉚接材料沖掉并從凹模內(nèi)落下，鉚釘?shù)竭_(dá)凹模后停止運(yùn)動(dòng)；隨著沖頭的繼續(xù)下行，沖頭下端面的凸臺(tái)對(duì)被鉚接材料加壓，迫使其發(fā)生塑性變形而向內(nèi)做徑向流動(dòng)，使其緊緊包住腰鼓形鉚釘，從而形成穩(wěn)定的鎖止?fàn)顟B(tài)。這種鉚接工藝只能用于塑性金屬與金屬間的連接。
另一種實(shí)心鉚釘自沖鉚接工藝，其鉚釘形狀并非腰鼓形，但鉚釘上有一環(huán)形凹槽。當(dāng)沖頭下行至下死點(diǎn)后擠壓鉚接材料，下層的被鉚接材料受擠壓產(chǎn)生徑向流動(dòng)將凹槽的凹槽充滿，而鉚釘?shù)纳隙嗣鎰t產(chǎn)生"鐓頭"，而將兩層材料鉚接在一起。
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自沖鉚接設(shè)備類型
IRIVET手持式、臺(tái)式自動(dòng)式、電動(dòng)伺服式

手持式鉚接設(shè)備
該鉚接設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，部件互換簡(jiǎn)捷方便，比如不同尺寸的C型框架，用于3mm或5mm直徑鉚釘?shù)你T頭，以及用于自沖鉚接螺栓的特制鉚頭。還可配備鉚釘拆除配件，用于汽車的修理工作。
手動(dòng)控制鉚接設(shè)備基本配置一般包括泵站、C型框架、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和鉚模。泵站通過液壓油將壓力傳輸至鉚槍，進(jìn)而推動(dòng)安裝在C型框架上的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。可通過手動(dòng)開關(guān)或腳動(dòng)開關(guān)來控制鉚接動(dòng)作。
單動(dòng)式液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)：該驅(qū)動(dòng)模式經(jīng)濟(jì)劃算，一般用于鉚接工作量不是很大的情況。使用單相220伏交流電源，這個(gè)系統(tǒng)可在車間里方便的移動(dòng)。外型緊湊，重量較輕，操縱方便靈活。
雙動(dòng)式液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)：鉚接工序完成周期短，液壓管長(zhǎng)度可以達(dá)到25米。該系統(tǒng)可在繁重的工作條件之下連續(xù)工作，生產(chǎn)率較高。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且堅(jiān)固，將保養(yǎng)和維修的工作量降到了最低，節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)人力。
雙動(dòng)預(yù)緊式液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)：該系統(tǒng)在開始鉚接之前，先對(duì)被鉚接板材實(shí)施較高的壓力。這一系統(tǒng)最初是為鉚接后需要較高板材平整度的汽車工業(yè)研發(fā)的。多年來該系統(tǒng)的可靠性在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)被證實(shí)。
一般情況下，懸吊系統(tǒng)與彈簧或氣動(dòng)平衡系統(tǒng)聯(lián)合使用；

臺(tái)式自動(dòng)控制鉚接設(shè)備
液壓驅(qū)動(dòng)鉚接設(shè)備：與既有自動(dòng)生產(chǎn)工作站整合，一個(gè)工作站可有一套或多套 鉚接設(shè)備可與機(jī)器人或數(shù)控的控制系統(tǒng)整合聯(lián)動(dòng)；按照客戶需求訂制控制硬件；一套液壓驅(qū)動(dòng)裝置可以驅(qū)動(dòng)一套或多套鉚接設(shè)備；鉚頭回程設(shè)定功能，降低工序完成周期；可配備公司產(chǎn)品：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，或人機(jī)界面屏幕；既可使用鉚釘帶供釘，也可使用吹送供釘。

電動(dòng)伺服鉚接設(shè)備
基于模塊化設(shè)計(jì)思路，電動(dòng)伺服鉚接設(shè)備的大量零部件可與液壓臺(tái)式鉚接設(shè)備互換，包括鉚頭、C型框架和供釘系統(tǒng)等。這種"混合＋匹配"的特性不僅使零部件的使用更加合理，更為開發(fā)新機(jī)型時(shí)從原型機(jī)到實(shí)際產(chǎn)品的開發(fā)過程帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)性。

自沖鉚接的應(yīng)用

自沖鉚接可以廣泛地適用于制造業(yè)諸多方面：
用于連接碳鋼和不銹鋼、鋁、銅和磷青銅等材料；可以鉚接涂上一層具有金屬性或有機(jī)性的材料，極好地適應(yīng)防腐保護(hù)的要求；可以大批量生產(chǎn)，且鉚接過程可進(jìn)行監(jiān)控；可由傳送帶、鉚釘盒或可裝200-10000鉚釘?shù)墓茏庸⿷?yīng)，也可以從經(jīng)過篩選的100%合格的密封包裝隨用隨取；鉚接過程可手工操作或半自動(dòng)操作，或設(shè)計(jì)為裝配線全自動(dòng)化或機(jī)器人操作。
埃瑞特(IRIVET)公司生產(chǎn)的自沖鉚釘，按照其幾何形狀和尺寸的不同，共分為五大系列。每一系列又根據(jù)其不同的材質(zhì)、鉚釘頭形式、釘桿直徑和長(zhǎng)度分成很多不同類型，全面滿足用戶的工藝要求和應(yīng)用需要。
自沖鉚接類型選擇為一個(gè)給定的鉚接工藝要求選擇最佳的鉚釘，需要考慮大量的工藝參數(shù)和過程細(xì)節(jié)。選好鉚釘之后還要配以適合于客戶實(shí)際應(yīng)用情況的鉚接設(shè)備。選擇鉚釘時(shí)一般需要考慮下述要點(diǎn)：
典型應(yīng)用特征實(shí)例
板材類型：鋁板，鋼板，塑料板或復(fù)合材料
較低硬度材質(zhì)：冷卷鋼板或鋁板中等硬度材質(zhì)、熱卷鋼板，擠壓板材或鑄造板材
低延伸率材質(zhì) 中碳鋼，有色合金或塑料板
高延伸率材質(zhì) HSLA鋼或DP & TRIP鋼
目前市場(chǎng)上常見的自沖鉚接品牌有IRIVET（埃瑞特），Henrob（亨羅布）等等。

自沖鉚接機(jī)的發(fā)展
自沖鉚接機(jī)技術(shù)發(fā)源于二十世紀(jì)八十年代前葉的澳洲，原本早期自沖鉚接的應(yīng)用主要集中于工業(yè)上使用涂層、鍍層的鋼板連接領(lǐng)域，例如：空調(diào)系統(tǒng)通風(fēng)管線，房屋結(jié)構(gòu)框架，梯子和筒式金屬谷倉等，但是由于技術(shù)限制和成本較高，推廣非常困難使用的情況不多。到了20世紀(jì)末期處，隨著鋁合金的廣泛使用，此時(shí)有兩種產(chǎn)品的出現(xiàn)給自沖鉚接機(jī)的普及帶來了廣闊的機(jī)遇。
一種是汽車鋁合金零件，也包括鋁合金車身，典型代表有英國捷豹汽車公司在其2002年推出的XJ8型豪華全鋁車身轎車的裝焊工序中，首次全面使用了自沖鉚接技術(shù)，全車使用多達(dá)3200顆自沖鉚釘。 隨后，自沖鉚接機(jī)逐步進(jìn)入汽車制造領(lǐng)域并得到認(rèn)可。 另外一種產(chǎn)品就是母線槽，隨著基礎(chǔ)設(shè)施不斷的投入，母線槽作為電力輸送的一種裝置得到不斷的發(fā)展，鋁合金外殼的母線槽使用螺釘連接的工藝被自沖鉚接機(jī)工藝取代。

自沖鉚接機(jī)的優(yōu)勢(shì)
 我總結(jié)的自沖鉚接機(jī)或自沖鉚接技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有如下幾點(diǎn)
無需預(yù)先打孔，無廢料，無鐵屑產(chǎn)生
自沖鉚鉚接允許帶有非金屬夾層的材料進(jìn)行鉚接；
自沖鉚鉚接點(diǎn)沒有熱應(yīng)力集中，不會(huì)破壞材料表面鍍層；
自沖鉚鉚接點(diǎn)的動(dòng)態(tài)疲勞強(qiáng)度高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于點(diǎn)焊等傳統(tǒng)薄板連接工藝；
可以連接金屬和非金屬材料和多層材料組合；
防水性、氣密性好；
自沖鉚鉚接點(diǎn)是利用特定模具沖壓成型，鉚接質(zhì)量穩(wěn)定；
通過檢測(cè)鉚接點(diǎn)外形幾何尺寸可以簡(jiǎn)便地進(jìn)行鉚接質(zhì)量判定，還可以實(shí)現(xiàn)無損傷檢測(cè)；
自沖鉚鉚接設(shè)備可以集成多點(diǎn)鉚接于一個(gè)沖程內(nèi)完成，極大地提高工作效率；
自沖鉚鉚接設(shè)備能耗較低，沒有煙塵排放，沒有噪音污染
在設(shè)備的一個(gè)沖程內(nèi)完成鉚接！工序簡(jiǎn)單，節(jié)省人工成本；
不損傷連接點(diǎn)出工作的鍍層或涂層，無須后序噴漆、電鍍；
連接的靜態(tài)連接強(qiáng)度為點(diǎn)焊的70%,動(dòng)態(tài)疲勞連接強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于點(diǎn)焊。

4、自沖鉚接機(jī)的介紹
   自沖鉚接機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為撥片式和齒輪式兩種。
   其根本區(qū)別在于鉚釘?shù)倪M(jìn)料方式不同，撥片式自沖鉚接機(jī)的鉚釘是通過撥片、彈片共同作用送入的，其長(zhǎng)時(shí)間使用后彈性原件需要更換避免彈性失效。齒輪式自沖鉚接機(jī)的鉚釘則是通過齒輪撥動(dòng)料帶上的孔帶動(dòng)鉚釘送入，其后期維護(hù)更換工作少，送釘穩(wěn)定可靠。目前兩種機(jī)型市場(chǎng)都有銷售，撥片式價(jià)格會(huì)較為便宜，只要廠家能保證后續(xù)彈性配件的供應(yīng)，可放心選購。相比之下齒輪式自沖鉚接機(jī)雖然價(jià)格略高，但考慮使用方便穩(wěn)定，我個(gè)人還是推薦首選。

撥片式自沖鉚接機(jī)

齒輪式自沖鉚接機(jī)

齒輪式自沖鉚接機(jī)槍頭特寫

自沖鉚接機(jī)根據(jù)使用方式又可以分為手持式和臺(tái)式兩種類型。
手持式自沖鉚接機(jī)配合彈簧平衡器使用，一般使用在零件比較大，無法方便的搬動(dòng)的場(chǎng)合，這時(shí)使用手持式自沖鉚接機(jī)可以方便的移動(dòng)到需要鉚接的位置。同時(shí)手持式自沖鉚接機(jī)通過連接板與機(jī)器人連接，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的自沖鉚接機(jī)加工。

手持式自沖鉚接機(jī)使用狀態(tài)

手持自沖鉚接機(jī)器人使用狀態(tài)

臺(tái)式自沖鉚接機(jī)則是固定結(jié)構(gòu)，一般是將需要連接的零件拿到設(shè)備上進(jìn)行連接�；蛘邔⑵鋺�(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)上。注意臺(tái)式自沖鉚接機(jī)絕大多數(shù)使用的是散裝鉚釘。

自沖鉚接機(jī)根據(jù)壓力來源又分為伺服壓缸型自沖鉚接機(jī)和普通壓缸型自沖鉚接機(jī)兩種。伺服壓缸可以精確控制鉚接力量，適合自動(dòng)化控制。

  
5、自沖鉚釘?shù)慕榻B

自沖鉚接機(jī)使用的鉚釘是專用鉚釘，稱為自沖鉚釘，分為料帶自沖鉚釘和散裝自沖鉚釘。

自沖鉚釘又分為普通自沖鉚釘和加硬型自沖鉚釘，分別鉚接較軟的鋁板和較硬的鋼板。 自沖鉚釘?shù)囊?guī)格多種多樣，可以是沉頭、平頭，也可以是圓頭，鉚釘直徑主要有3毫米和5毫米規(guī)格兩種，但是長(zhǎng)度種類豐富，在選用時(shí)，鉚釘?shù)拈L(zhǎng)度一般是連接板厚加2毫米即可。

沉頭自沖鉚釘鉚接效果

半圓自沖鉚釘鉚接效果

料帶式自沖鉚釘
料帶式自沖鉚釘是為了配合手持式自沖鉚接機(jī)上料而專門設(shè)計(jì)的，料帶上安裝有鉚釘，通過料帶的移動(dòng)，鉚釘逐顆送到自沖鉚接機(jī)槍室，從而完成鉚接自動(dòng)化的過程。

撒裝自沖鉚釘

散裝自沖鉚釘是為了臺(tái)式自沖鉚接機(jī)而設(shè)計(jì)的，臺(tái)式自沖鉚接機(jī)安裝有自動(dòng)選釘盤，自動(dòng)送料滑道，用戶只需把散裝鉚釘導(dǎo)入自動(dòng)選釘盤的鉚釘儲(chǔ)藏室即可，鉚釘會(huì)全自動(dòng)地送入鉚接位置。

5、自沖鉚接機(jī)的應(yīng)用
自沖鉚接可以廣泛地適用于制造業(yè)諸多方面：
用于連接碳鋼和不銹鋼、鋁、銅和磷青銅等材料；可以鉚接涂上一層具有金屬性或有機(jī)性的材料，極好地適應(yīng)防腐保護(hù)的要求；可以大批量生產(chǎn)，且鉚接過程可進(jìn)行監(jiān)控；可由傳送帶、鉚釘盒或可裝200-10000鉚釘?shù)墓茏庸⿷?yīng)，也可以從經(jīng)過篩選的100%合格的密封包裝隨用隨��；鉚接過程可手工操作或半自動(dòng)操作，或設(shè)計(jì)為裝配線全自動(dòng)化或機(jī)器人操作。
埃瑞特(IRIVET)公司提供的自沖鉚釘，按照其幾何形狀和尺寸的不同，共分為五大系列。每一系列又根據(jù)其不同的材質(zhì)、鉚釘頭形式、釘桿直徑和長(zhǎng)度分成很多不同類型，全面滿足用戶的工藝要求和應(yīng)用需要。

典型應(yīng)用實(shí)例
板材類型：鋁板，鋼板，塑料板或復(fù)合材料
較低硬度材質(zhì)：冷卷鋼板或鋁板中等硬度材質(zhì)、熱卷鋼板，擠壓板材或鑄造板材
低延伸率材質(zhì) 中碳鋼，有色合金或塑料板
高延伸率材質(zhì) HSLA鋼或DP & TRIP鋼
目前市場(chǎng)上常見的自沖鉚接品牌有IRIVET（埃瑞特），Henrob（亨羅布）等等。

6、自沖鉚接機(jī)面臨的問題
隨著應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，自沖鉚接機(jī)已經(jīng)進(jìn)入使用的新階段，目前如想進(jìn)一步推進(jìn)自沖鉚接機(jī)的廣泛應(yīng)用，需要解決如下幾個(gè)問題。
第一，降低成本，自沖鉚接機(jī)和自沖鉚釘目前售價(jià)都比較高，如進(jìn)口自沖鉚接機(jī)售價(jià)在10萬元人民幣左右，國產(chǎn)比較好的如武漢埃瑞特（IRIVET）價(jià)格是進(jìn)口的一半左右，也要5萬元上下。再比方自沖鉚接機(jī)用的鉚釘，進(jìn)口一顆在0.3-0.6元左右，國產(chǎn)的在0.2-0.3元左右。由于自沖鉚接機(jī)的零件加工難度大，精度要求高，沒有大批量的生產(chǎn)無法進(jìn)一步降低制造成本。
第二，自沖鉚接機(jī)對(duì)稍厚、稍硬的金屬無能為力，受制于鉚釘硬度的原因，過厚過硬的金屬，鉚釘無法刺穿，從而無法完成連接。自沖鉚接機(jī)目前連接鋼板極限厚度是6毫米，鋁板極限厚度是10毫米。
第三，自沖鉚接機(jī)噸位有限，無法任意加大壓力，由于鉚釘?shù)闹睆蕉急容^小，一般最大外徑在8毫米，因此自沖鉚接機(jī)的沖針外徑就限制為8毫米，如果壓力過大會(huì)導(dǎo)致沖針的彎曲或斷裂，因此目前進(jìn)口或武漢埃瑞特的自沖鉚接機(jī)最大壓力限制為8噸，無法再繼續(xù)擴(kuò)大。這必然限制了自沖鉚接機(jī)的適用范圍和領(lǐng)域。