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

注：需要購買自沖鉚接機，請點擊后面紅色字體鏈接：自沖鉚接機

正文：

隨著汽車制造業(yè)競爭的日益劇烈，對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，壓邊圈首先向下運動對鉚接材料進行預(yù)壓緊，防止鉚接材料在鉚釘?shù)淖饔昧ο孪虬寄?nèi)流動，而后沖頭向下運動推動鉚釘刺穿上層材料。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，達到連接目的。半空心鉚接工藝鉚接相同金屬材料時，較厚的放在下層；鉚接兩層不同金屬材料時，將塑性好的材料放在下層；鉚接金屬與非金屬材料時，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、連接強度以及所應(yīng)用材料的機械性能等要求，又由于實心鉚釘?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原理圖

實心鉚釘自沖鉚接工藝
腰鼓形實心鉚釘自沖鉚接工藝，沖頭推動實心鉚釘一起向下運動，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_凹模后停止運動；隨著沖頭的繼續(xù)下行，沖頭下端面的凸臺對被鉚接材料加壓，迫使其發(fā)生塑性變形而向內(nèi)做徑向流動，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。
。
自沖鉚接設(shè)備類型
IRIVET手持式、臺式自動式、電動伺服式

手持式鉚接設(shè)備
該鉚接設(shè)備采用模塊化設(shè)計，部件互換簡捷方便，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)行機構(gòu)和鉚模。泵站通過液壓油將壓力傳輸至鉚槍，進而推動安裝在C型框架上的液壓執(zhí)行機構(gòu)�？赏ㄟ^手動開關(guān)或腳動開關(guān)來控制鉚接動作。
單動式液壓執(zhí)行機構(gòu)：該驅(qū)動模式經(jīng)濟劃算，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，這個系統(tǒng)可在車間里方便的移動。外型緊湊，重量較輕，操縱方便靈活。
雙動式液壓執(zhí)行機構(gòu)：鉚接工序完成周期短，液壓管長度可以達到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)簡單而且堅固，將保養(yǎng)和維修的工作量降到了最低，節(jié)省現(xiàn)場人力。
雙動預(yù)緊式液壓執(zhí)行機構(gòu)：該系統(tǒng)在開始鉚接之前，先對被鉚接板材實施較高的壓力。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)的可靠性在實際應(yīng)用中已經(jīng)被證實。
一般情況下，懸吊系統(tǒng)與彈簧或氣動平衡系統(tǒng)聯(lián)合使用；

臺式自動控制鉚接設(shè)備
液壓驅(qū)動鉚接設(shè)備：與既有自動生產(chǎn)工作站整合，一個工作站可有一套或多套 鉚接設(shè)備可與機器人或數(shù)控的控制系統(tǒng)整合聯(lián)動；按照客戶需求訂制控制硬件；一套液壓驅(qū)動裝置可以驅(qū)動一套或多套鉚接設(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)測系統(tǒng)，或人機界面屏幕；既可使用鉚釘帶供釘，也可使用吹送供釘。

電動伺服鉚接設(shè)備
基于模塊化設(shè)計思路，電動伺服鉚接設(shè)備的大量零部件可與液壓臺式鉚接設(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)新機型時從原型機到實際產(chǎn)品的開發(fā)過程帶來了巨大的經(jīng)濟性。

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性的材料，極好地適應(yīng)防腐保護的要求；可以大批量生產(chǎn)，且鉚接過程可進行監(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操作，或設(shè)計為裝配線全自動化或機器人操作。
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)和過程細節(jié)。選好鉚釘之后還要配以適合于客戶實際應(yīng)用情況的鉚接設(shè)備。選擇鉚釘時一般需要考慮下述要點：
典型應(yīng)用特征實例
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。

自沖鉚接機的發(fā)展
自沖鉚接機技術(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，此時有兩種產(chǎn)品的出現(xiàn)給自沖鉚接機的普及帶來了廣闊的機遇。
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3200顆自沖鉚釘。 隨后，自沖鉚接機逐步進入汽車制造領(lǐng)域并得到認可。 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工藝取代。

自沖鉚接機的優(yōu)勢
 我總結(jié)的自沖鉚接機或自沖鉚接技術(shù)的優(yōu)勢有如下幾點
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行鉚接；
自沖鉚鉚接點沒有熱應(yīng)力集中，不會破壞材料表面鍍層；
自沖鉚鉚接點的動態(tài)疲勞強度高，遠遠優(yōu)于點焊等傳統(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；
自沖鉚鉚接點是利用特定模具沖壓成型，鉚接質(zhì)量穩(wěn)定；
通過檢測鉚接點外形幾何尺寸可以簡便地進行鉚接質(zhì)量判定，還可以實現(xiàn)無損傷檢測；
自沖鉚鉚接設(shè)備可以集成多點鉚接于一個沖程內(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)備的一個沖程內(nèi)完成鉚接！工序簡單，節(jié)省人工成本；
不損傷連接點出工作的鍍層或涂層，無須后序噴漆、電鍍；
連接的靜態(tài)連接強度為點焊的70%,動態(tài)疲勞連接強度遠遠高于點焊。

4、自沖鉚接機的介紹
   自沖鉚接機根據(jù)結(jié)構(gòu)特點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料方式不同，撥片式自沖鉚接機的鉚釘是通過撥片、彈片共同作用送入的，其長時間使用后彈性原件需要更換避免彈性失效。齒輪式自沖鉚接機的鉚釘則是通過齒輪撥動料帶上的孔帶動鉚釘送入，其后期維護更換工作少，送釘穩(wěn)定可靠。目前兩種機型市場都有銷售，撥片式價格會較為便宜，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雖然價格略高，但考慮使用方便穩(wěn)定，我個人還是推薦首選。

撥片式自沖鉚接機

齒輪式自沖鉚接機

齒輪式自沖鉚接機槍頭特寫

自沖鉚接機根據(jù)使用方式又可以分為手持式和臺式兩種類型。
手持式自沖鉚接機配合彈簧平衡器使用，一般使用在零件比較大，無法方便的搬動的場合，這時使用手持式自沖鉚接機可以方便的移動到需要鉚接的位置。同時手持式自沖鉚接機通過連接板與機器人連接，可以實現(xiàn)自動化的自沖鉚接機加工。

手持式自沖鉚接機使用狀態(tài)

手持自沖鉚接機器人使用狀態(tài)

臺式自沖鉚接機則是固定結(jié)構(gòu)，一般是將需要連接的零件拿到設(shè)備上進行連接。或者將其應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)上。注意臺式自沖鉚接機絕大多數(shù)使用的是散裝鉚釘。

自沖鉚接機根據(jù)壓力來源又分為伺服壓缸型自沖鉚接機和普通壓缸型自沖鉚接機兩種。伺服壓缸可以精確控制鉚接力量，適合自動化控制。

  
5、自沖鉚釘?shù)慕榻B

自沖鉚接機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，但是長度種類豐富，在選用時，鉚釘?shù)拈L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上料而專門設(shè)計的，料帶上安裝有鉚釘，通過料帶的移動，鉚釘逐顆送到自沖鉚接機槍室，從而完成鉚接自動化的過程。

撒裝自沖鉚釘

散裝自沖鉚釘是為了臺式自沖鉚接機而設(shè)計的，臺式自沖鉚接機安裝有自動選釘盤，自動送料滑道，用戶只需把散裝鉚釘導(dǎo)入自動選釘盤的鉚釘儲藏室即可，鉚釘會全自動地送入鉚接位置。

5、自沖鉚接機的應(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性的材料，極好地適應(yīng)防腐保護的要求；可以大批量生產(chǎn)，且鉚接過程可進行監(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�。汇T接過程可手工操作或半自動操作，或設(shè)計為裝配線全自動化或機器人操作。
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、自沖鉚接機面臨的問題
隨著應(yīng)用的不斷擴大，自沖鉚接機已經(jīng)進入使用的新階段，目前如想進一步推進自沖鉚接機的廣泛應(yīng)用，需要解決如下幾個問題。
第一，降低成本，自沖鉚接機和自沖鉚釘目前售價都比較高，如進口自沖鉚接機售價在10萬元人民幣左右，國產(chǎn)比較好的如武漢埃瑞特（IRIVET）價格是進口的一半左右，也要5萬元上下。再比方自沖鉚接機用的鉚釘，進口一顆在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)無法進一步降低制造成本。
第二，自沖鉚接機對稍厚、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，因此自沖鉚接機的沖針外徑就限制為8毫米，如果壓力過大會導(dǎo)致沖針的彎曲或斷裂，因此目前進口或武漢埃瑞特的自沖鉚接機最大壓力限制為8噸，無法再繼續(xù)擴大。這必然限制了自沖鉚接機的適用范圍和領(lǐng)域。