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        沖壓鉚接技術(shù)在電器產(chǎn)品中的應(yīng)用

        2013-10-16 09:22:32高一浪吳文新
        環(huán)境技術(shù) 2013年4期
        關(guān)鍵詞:板件點焊圓孔

        高一浪,吳文新

        (廣東美的制冷設(shè)備有限公司,佛山 528311)

        引言

        電器產(chǎn)品的設(shè)計與制造已逐步向精細(xì)化方向邁進,企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新在不斷提升產(chǎn)品力,追求產(chǎn)品美觀、內(nèi)部精細(xì)、結(jié)構(gòu)可靠和性能最優(yōu)以為企業(yè)發(fā)展的大趨勢。隨著新技術(shù)、新工藝和新材料的應(yīng)用與發(fā)展,使得沖壓鉚接技術(shù)的優(yōu)勢日益明顯,其已在電器產(chǎn)品上逐步替代傳統(tǒng)的電阻點焊。

        1 電阻點焊的原理與存在的不足

        電阻點焊是將焊件疊成搭接,放置在兩柱狀電極之間予以適當(dāng)壓力,并且電流與電阻產(chǎn)生電阻熱后熔化母材金屬,形成溶核的焊接方法。見圖1電阻電焊。

        圖1 電阻點焊

        電阻點焊在焊接過程中,焊接電流、通電時間和電極壓力以及電極頂部直徑等焊接參數(shù),直接影響溶核的形成。以上焊接參數(shù)的結(jié)合方式幾乎有無數(shù)種,而且電極頂部直徑隨著焊接次數(shù)的增加而產(chǎn)生變形,電源狀態(tài)和水冷狀態(tài)變化都會改變焊接結(jié)果。所以電阻點焊對人員調(diào)試和操作的熟練程度要求比較高。然而在電器產(chǎn)品如空調(diào)上使用的鍍鋅板的板厚一般為0.5~2mm,電阻點焊的焊接電流為1500~8500A,焊接時間為0.02~0.2S,焊接壓力為0.1~0.45Mpa,所以焊接參數(shù)調(diào)試的范圍相對較窄,因此要求焊接人員的技術(shù)水平就相對更高。

        電阻點焊需要復(fù)雜的工藝控制方法才能保證品質(zhì)穩(wěn)定,若過程控制不當(dāng),就會產(chǎn)生以下不同類型的缺陷:①焊穿;②虛焊;③板材翹曲;④裂紋;⑤表面飛濺引起的毛刺;⑥氣孔;⑦壓痕過深;⑧燒痕;⑨邊緣焊點;⑩漏焊。同時,成熟的焊接品質(zhì)評判方法目前只有外觀目視和剝離破壞性檢驗,所以加大了品質(zhì)控制的難度。

        焊接時飛濺會灼傷人員,焊接人員需配備勞動保護用品;同時還會點燃周圍易燃物,焊接現(xiàn)場須有防火安全措施。因為焊接產(chǎn)生的煙塵和一氧化碳對人體有害的,所以焊接場地需要有配套的換氣裝置。故焊接制造成本較高,能源消耗較大,不利于環(huán)保。

        2 沖壓鉚接的原理與優(yōu)勢

        沖壓鉚接是利用沖壓設(shè)備和模具,使板材或鉚釘產(chǎn)生塑性變形,形成連接點的加工方式。沖壓鉚接分為無鉚連接和有鉚連接。無鉚連接實際應(yīng)用有翻孔鉚接和TOX鉚接,有鉚連接實際應(yīng)用有螺母鉚接和螺栓鉚接。

        沖壓鉚接強度是依靠沖壓設(shè)備的行程和模具限位來保證,對調(diào)試和操作人員的技術(shù)水平和熟練程度要求不高,品質(zhì)控制可按普通沖壓制件進行首檢和過程控制,沖壓鉚接質(zhì)量穩(wěn)定,不需采用破壞性檢驗,檢測方法簡單實用。

        連接點的外觀一致且精美,無毛刺變形小,表面不需人工涂制油漆,防腐性能優(yōu)于電阻點焊;工作環(huán)境無污染,能源消耗低,對員工不造成負(fù)面因素。

        沖壓鉚接可同時單點或多點連接,自動化程度高,可實現(xiàn)無人或少人化生產(chǎn),生產(chǎn)效率大幅提升。

        3 沖壓鉚接的應(yīng)用

        3.1 翻孔鉚接

        翻孔鉚接是在板件上沖圓孔和翻孔,并使翻孔產(chǎn)生塑性變形,從而形成連接點的沖壓鉚接方式。

        第1步:在板件A上沖圓孔;第2步:在板件B上沖30°的錐形翻孔;第3步:板件A上的圓孔套入板件B上的翻孔并疊放在模具上;第4步:板件B上的翻孔通過模具產(chǎn)生翻邊并鉚死板件B,形成翻孔連接。見圖2翻孔鉚接。

        3.1.1 應(yīng)用實例

        在兩件掛板上先沖制4個翻孔,連接板沖制4個圓孔,然后把掛板和連接板放置在模具上,通過模具上的定位保證掛板與連接板的相對位置,一次沖壓完成4個翻孔鉚接點并連接成空調(diào)掛墻板。見圖3掛墻板翻孔鉚接。

        3.1.2 翻孔鉚接模

        圖2 翻孔鉚接

        圖3 掛墻板翻孔鉚接

        板件放置在模具上并依靠模具定位釘定位;模具下行,壓料板下壓板件,防止材料表面起皺;然后沖針下行接觸板件,與凹模共同作用,使翻孔產(chǎn)生塑性翻邊,形成翻孔鉚接點。模具上行,沖針和壓料板脫離板件,取出鉚接好的零件,完成翻孔鉚接動作。模架保證模具上、下準(zhǔn)確運動,限位柱限止模具下行深度,從而控制鉚接強度。見圖4翻孔鉚接模。

        3.2 TOX鉚接

        TOX鉚接是通過沖壓模具對板件進行冷擠壓,使得兩個板件本身材料發(fā)生擠壓塑性變形,形成鑲嵌式圓形連接點的沖壓鉚接方式。

        第1步:凸模下行接觸板材;第2步:凸、凹模相互作用,兩件板材發(fā)生擠壓塑性變形,產(chǎn)生相互鑲嵌和材料變??;第3步:凸、凹模脫離板件,形成圓形TOX鉚接點。見圖5 TOX鉚接。

        圖4 翻孔鉚接模

        圖5 TOX鉚接

        3.2.1 應(yīng)用實例

        電機安裝板與柜機背板先進行定位,然后把組件放置在模具上進行TOX鉚接,形成柜機背板組件。見圖6柜機背板組件TOX鉚接。

        兩件底腳先放置模具上進行定位,然后放置外機底盤,在模具上進行TOX鉚接,形成外機底盤組件。見圖7 外機底盤組件 TOX鉚接。

        3.2.2 TOX鉚接模

        板件放置在模具上,模具下行時壓料板下壓板件,以防止板件起皺;然后凸模下行接觸板件,與凹模共同作用,使得兩個板件本身材料發(fā)生擠壓塑性變形,形成鑲嵌式的圓形連接點。模架保證模具上、下準(zhǔn)確運動,限位柱限止模具下行深度,從而控制TOX鉚接強度。模具上行,凸模和壓料板脫離板件,取出鉚接件,完成TOX鉚接動作。見圖8 TOX鉚接模。

        3.3 螺母鉚接

        螺母鉚接是在板件圓孔上放置螺母,使圓孔與螺母產(chǎn)生塑性變形,從而達到固定螺母的沖壓鉚接方式。

        圖6 柜機背板組件TOX鉚接

        圖7 外機底盤組件TOX鉚接

        第1步:在板件上沖制圓孔;第2步:把圓柱形的六角頭螺母放入孔內(nèi);第3步:利用沖壓模具使螺母緊壓到板件上,即螺母的六角頭壓入板材內(nèi),在X-Y方向上限制了螺母的轉(zhuǎn)動;同時板件產(chǎn)生塑性擠壓后,材料被壓入螺母的退刀槽內(nèi),使得螺母在Z方向受到限制,從而把螺母固定在板件上。見圖9螺母鉚接。

        3.3.1 應(yīng)用實例

        柜機背板上放置螺母后,把定位好的組件放置在模具上進行鉚接,使螺母與柜機背板產(chǎn)生固定連接。見圖10 柜機背板螺母鉚接。

        3.3.2 螺母鉚接模

        圖8 TOX鉚接模

        圖10 柜機背板螺母鉚接

        螺母放置在板件圓孔內(nèi),模具下行時壓料板下壓瓣式滑塊,瓣式滑塊受力后向內(nèi)收緊形成閉環(huán);然后沖針下行與瓣式滑塊共同作用,使得板件材料發(fā)生擠壓塑性變形后,螺母與板件產(chǎn)生固定連接。模具上行,凸模和壓料板脫離下模,瓣式滑塊上行張開,取出鉚接件,完成螺母鉚接動作。見圖11 螺母鉚接模。

        3.4 螺栓鉚接

        螺栓鉚接是在板件圓孔上放置螺栓,使板材與螺栓頭部產(chǎn)生塑性變形,從而達到固定螺栓的沖壓鉚接方式。

        第1步:在板件上沖制圓孔;第2步:把圓柱形的螺栓放入孔內(nèi);第3步:利用沖壓模具使螺栓緊壓到板件上,即螺栓的三角形筋壓入板材內(nèi),在X-Y方向上限制了螺栓的轉(zhuǎn)動;同時螺栓頭部的筒壁產(chǎn)生翻邊,限制了螺栓在Z方向的運動,從而把螺栓固定在板件上。見圖12 螺栓鉚接。

        3.4.1 應(yīng)用實例

        圖11 螺母鉚接模

        圖12 螺栓鉚接

        外機底盤上放置螺栓后,把定位好的組件放置在模具上進行鉚接,形成螺栓與外機底盤的固定連接。見圖13 外機底盤螺栓鉚接。

        3.4.2 螺栓鉚接模

        螺栓放置在板件圓孔內(nèi),模具下行時壓料板下壓瓣式滑塊,瓣式滑塊受力后向內(nèi)收緊形成閉環(huán);然后沖頭下行與瓣式滑塊共同作用,使得板材與螺栓頭部產(chǎn)生塑性變形,從而把螺母固定在板件上。模具上行,沖頭和壓料板脫離下模,瓣式滑塊上行張開,取出鉚接件,完成螺栓鉚接動作。見圖14 螺栓鉚接模。

        4 沖壓鉚接的檢驗與試驗方法

        鉚接樣條一般分為無鉚連接樣條和有鉚連接樣條。樣條的材料及厚度與產(chǎn)品實際所需要的一致,無鉚連接樣條的尺寸為100×10mm的板件;有鉚連接樣條的尺寸為80×80mm的板件,同時需在板件中心位置預(yù)制能放置鉚釘?shù)目住?/p>

        圖13 外機底盤螺栓鉚接

        圖14 螺栓鉚接模

        在沖壓設(shè)備上調(diào)試好鉚接模具,把事先準(zhǔn)備好的兩件樣條或者一件樣條及一顆鉚釘放置在模具上進行鉚接,制作好檢驗樣條。無鉚連接的檢驗樣條需要鉚接兩種方式的樣條,一種為疊加式,另一種為搭接式,見圖15無鉚連接的檢驗樣條。

        而有鉚連接檢驗樣條只有一種,見圖16有鉚連接的檢驗樣條。

        然后目視檢驗樣條上的鉚接點或鉚釘區(qū)域的外觀,不允許有破裂和異常變形;再通過測量工具來檢測鉚接的尺寸,可初步判斷連接是否可靠。例如:TOX鉚接的檢驗尺寸為鉚接點底部材料變薄后的厚度,見圖17TOX鉚接的檢驗尺寸。

        圖15 無鉚連接的檢驗樣條

        圖16 有鉚連接的檢驗樣條

        檢驗樣條通過上述檢驗后,還必須進行型式試驗作最終的確認(rèn)。

        無鉚連接檢驗樣條的型式試驗通常需做剪切力和拉力測試,見圖18無鉚連接檢驗樣條的型式試驗。

        而有鉚連接檢驗樣條的型式試驗通常需做扭力和推力測試,見圖19有鉚連接檢驗樣條的型式試驗。

        型式試驗合格后,才能開始生產(chǎn);以上檢驗與試驗方法適用于沖壓鉚接在制造過程的品質(zhì)控制。

        圖17 TOX鉚接的檢驗尺寸

        圖18 無鉚連接檢驗樣條的型式試驗

        圖19 有鉚連接檢驗樣條的型式試驗

        產(chǎn)品初次應(yīng)用沖壓鉚接時,還需要通過產(chǎn)品的傾翻和跌落等試驗,來驗證鉚接設(shè)計的可靠性,具體方法詳見 GB/T 4857.14-1999 《包裝運輸包裝件傾翻試驗方法》和GB/T 4857.5-1992《包裝運輸包裝件跌落試驗方法》。

        結(jié)束語

        綜上所述,雖然沖壓鉚接相比電阻電焊,在產(chǎn)品外觀、品質(zhì)穩(wěn)定性、制造自動化和環(huán)境保護等方面具備一定的優(yōu)勢,但目前在電器產(chǎn)品上仍未廣泛應(yīng)用,需要不斷地挖掘,來提升制造的工藝水平,為廣大消費者提供質(zhì)量可靠且外觀精美的電器產(chǎn)品,以滿足市場需求。

        同時,沖壓鉚接技術(shù)的應(yīng)用與推廣,要依據(jù)產(chǎn)品的具體連接部位的功能和強度要求,來選擇不同的鉚接方式;鉚接點的數(shù)量和排布方式,必須要反復(fù)通過產(chǎn)品傾翻和跌落試驗來進行驗證產(chǎn)品連接的可靠性;采用鉚接點的數(shù)量要盡可能地大于實際需要的30%,即實際需要10個鉚接點,產(chǎn)品上應(yīng)安排13個以上的鉚接點,以增加產(chǎn)品連接的安全系數(shù)。

        隨著工業(yè)技術(shù)的進步,電阻電焊在自動焊接和穩(wěn)定焊接參數(shù)等方面,也在日益不斷的改進和完善。應(yīng)用沖壓鉚接與電阻電焊這兩種連接技術(shù),需要根據(jù)產(chǎn)品具體的結(jié)構(gòu)特點,差異化對待,達到揚長避短的效果。

        [1] 陳科羽,黎麗. 電阻點焊品質(zhì)穩(wěn)定性的控制方法[J].裝備制造技術(shù),2012(8):1-3.

        [2] 梁炳文. 板金沖壓工藝與竅門精選上冊[M].北京:機械工業(yè)出版社 ,2002,122-126

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