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(jì)與制造已逐步向精細(xì)化方向邁進(jìn)，企業(yè)通過(guò)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(shì)。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(shì)日益明顯，其已在電器產(chǎn)品上逐步替代傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊。

1 電阻點(diǎn)焊的原理與存在的不足

電阻點(diǎn)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(diǎn)焊

電阻點(diǎn)焊在焊接過(guò)程中，焊接電流、通電時(shí)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(wú)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(huì)改變焊接結(jié)果。所以電阻點(diǎn)焊對(duì)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(diǎn)焊的焊接電流為1500～8500A，焊接時(shí)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(duì)較窄，因此要求焊接人員的技術(shù)水平就相對(duì)更高。

電阻點(diǎn)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(guò)程控制不當(dāng)，就會(huì)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(guò)深；⑧燒痕；⑨邊緣焊點(diǎn)；⑩漏焊。同時(shí)，成熟的焊接品質(zhì)評(píng)判方法目前只有外觀目視和剝離破壞性檢驗(yàn)，所以加大了品質(zhì)控制的難度。

焊接時(shí)飛濺會(huì)灼傷人員，焊接人員需配備勞動(dòng)保護(hù)用品；同時(shí)還會(huì)點(diǎn)燃周圍易燃物，焊接現(xiàn)場(chǎng)須有防火安全措施。因?yàn)楹附赢a(chǎn)生的煙塵和一氧化碳對(duì)人體有害的，所以焊接場(chǎng)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(shì)

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(diǎn)的加工方式。沖壓鉚接分為無(wú)鉚連接和有鉚連接。無(wú)鉚連接實(shí)際應(yīng)用有翻孔鉚接和TOX鉚接，有鉚連接實(shí)際應(yīng)用有螺母鉚接和螺栓鉚接。

沖壓鉚接強(qiáng)度是依靠沖壓設(shè)備的行程和模具限位來(lái)保證，對(duì)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(jìn)行首檢和過(guò)程控制，沖壓鉚接質(zhì)量穩(wěn)定，不需采用破壞性檢驗(yàn)，檢測(cè)方法簡(jiǎn)單實(shí)用。

連接點(diǎn)的外觀一致且精美，無(wú)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(diǎn)焊；工作環(huán)境無(wú)污染，能源消耗低，對(duì)員工不造成負(fù)面因素。

沖壓鉚接可同時(shí)單點(diǎn)或多點(diǎn)連接，自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)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(diǎn)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(guò)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(shí)例

在兩件掛板上先沖制4個(gè)翻孔，連接板沖制4個(gè)圓孔，然后把掛板和連接板放置在模具上，通過(guò)模具上的定位保證掛板與連接板的相對(duì)位置，一次沖壓完成4個(gè)翻孔鉚接點(diǎn)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(diǎn)。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(dòng)作。模架保證模具上、下準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)，限位柱限止模具下行深度，從而控制鉚接強(qiáng)度。見圖4翻孔鉚接模。

3.2 TOX鉚接

TOX鉚接是通過(guò)沖壓模具對(duì)板件進(jìn)行冷擠壓，使得兩個(gè)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(diǎn)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(diǎn)。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(shí)例

電機(jī)安裝板與柜機(jī)背板先進(jìn)行定位，然后把組件放置在模具上進(jìn)行TOX鉚接，形成柜機(jī)背板組件。見圖6柜機(jī)背板組件TOX鉚接。

兩件底腳先放置模具上進(jìn)行定位，然后放置外機(jī)底盤，在模具上進(jìn)行TOX鉚接，形成外機(jī)底盤組件。見圖7 外機(jī)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(shí)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(gè)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(diǎn)。模架保證模具上、下準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)，限位柱限止模具下行深度，從而控制TOX鉚接強(qiáng)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(dòng)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(dá)到固定螺母的沖壓鉚接方式。

圖6 柜機(jī)背板組件TOX鉚接

圖7 外機(jī)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(dòng)；同時(shí)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(shí)例

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

3.3.2 螺母鉚接模

圖8 TOX鉚接模

圖10 柜機(jī)背板螺母鉚接

螺母放置在板件圓孔內(nèi)，模具下行時(shí)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(dòng)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(dá)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(dòng)；同時(shí)螺栓頭部的筒壁產(chǎn)生翻邊，限制了螺栓在Z方向的運(yùn)動(dòng)，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(shí)例

圖11 螺母鉚接模

圖12 螺栓鉚接

外機(jī)底盤上放置螺栓后，把定位好的組件放置在模具上進(jìn)行鉚接，形成螺栓與外機(jī)底盤的固定連接。見圖13 外機(jī)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(shí)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(dòng)作。見圖14 螺栓鉚接模。

4 沖壓鉚接的檢驗(yàn)與試驗(yàn)方法

鉚接樣條一般分為無(wú)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(shí)際所需要的一致，無(wú)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(shí)需在板件中心位置預(yù)制能放置鉚釘?shù)目住?/p>

圖13 外機(jī)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(jìn)行鉚接，制作好檢驗(yàn)樣條。無(wú)鉚連接的檢驗(yàn)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(wú)鉚連接的檢驗(yàn)樣條。

而有鉚連接檢驗(yàn)樣條只有一種，見圖16有鉚連接的檢驗(yàn)樣條。

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

圖15 無(wú)鉚連接的檢驗(yàn)樣條

圖16 有鉚連接的檢驗(yàn)樣條

檢驗(yàn)樣條通過(guò)上述檢驗(yàn)后，還必須進(jìn)行型式試驗(yàn)作最終的確認(rèn)。

無(wú)鉚連接檢驗(yàn)樣條的型式試驗(yàn)通常需做剪切力和拉力測(cè)試，見圖18無(wú)鉚連接檢驗(yàn)樣條的型式試驗(yàn)。

而有鉚連接檢驗(yàn)樣條的型式試驗(yàn)通常需做扭力和推力測(cè)試，見圖19有鉚連接檢驗(yàn)樣條的型式試驗(yàn)。

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

圖17 TOX鉚接的檢驗(yàn)尺寸

圖18 無(wú)鉚連接檢驗(yàn)樣條的型式試驗(yàn)

圖19 有鉚連接檢驗(yàn)樣條的型式試驗(yàn)

產(chǎn)品初次應(yīng)用沖壓鉚接時(shí)，還需要通過(guò)產(chǎn)品的傾翻和跌落等試驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證鉚接設(shè)計(jì)的可靠性，具體方法詳見 GB/T 4857.14-1999 《包裝運(yùn)輸包裝件傾翻試驗(yàn)方法》和GB/T 4857.5-1992《包裝運(yùn)輸包裝件跌落試驗(yàn)方法》。

結(jié)束語(yǔ)

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(dòng)化和環(huán)境保護(hù)等方面具備一定的優(yōu)勢(shì)，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(lái)提升制造的工藝水平，為廣大消費(fèi)者提供質(zhì)量可靠且外觀精美的電器產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)需求。

同時(shí)，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(qiáng)度要求，來(lái)選擇不同的鉚接方式；鉚接點(diǎn)的數(shù)量和排布方式，必須要反復(fù)通過(guò)產(chǎn)品傾翻和跌落試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證產(chǎn)品連接的可靠性；采用鉚接點(diǎn)的數(shù)量要盡可能地大于實(shí)際需要的30%，即實(shí)際需要10個(gè)鉚接點(diǎn)，產(chǎn)品上應(yīng)安排13個(gè)以上的鉚接點(diǎn)，以增加產(chǎn)品連接的安全系數(shù)。

隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，電阻電焊在自動(dòng)焊接和穩(wěn)定焊接參數(shù)等方面，也在日益不斷的改進(jìn)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(diǎn)，差異化對(duì)待，達(dá)到揚(yáng)長(zhǎng)避短的效果。

[1] 陳科羽，黎麗. 電阻點(diǎn)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(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ，2002，122-126