摘要：簡要介紹了無鉚連接技術(shù)原理，闡述了金屬防火門行業(yè)的無鉚連接技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了無鉚模具參數(shù)的確定及測試樣板制作過程，并按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試制樣板進(jìn)行了可靠性及耐火性能測試，結(jié)果完全符合要求，證明了無鉚連接技術(shù)可以應(yīng)用于裝甲門及鑄鋁門等金屬防火門行業(yè)。

關(guān)鍵詞：無鉚連接技術(shù);金屬防火門;門芯板

1 無鉚連接技術(shù)原理

無鉚連接技術(shù)是金屬板材連接中應(yīng)用的一種新型技術(shù)，在電梯箱體、家用電器外機(jī)體以及轎車白車身等方面的金屬板材連接中得到了廣泛應(yīng)用[1]，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點(diǎn)焊、電阻點(diǎn)焊及拉釘鉚接技術(shù)。無鉚連接技術(shù)原理如圖1所示，由5個(gè)過程組成[2]，在壓力作用下，凸模擠壓板材進(jìn)入凹模型腔，由于凹模是由中間的模心與四周的活動(dòng)瓣組成，隨著凸模施加于板材的壓力不斷增大，板材發(fā)生塑性變形，充滿凹模型腔，并將下?；顒?dòng)瓣向外圍推動(dòng)，經(jīng)過一個(gè)保壓過程，在上下層板之間能夠形成鼓形的“紐扣”，使上層板料鑲嵌到下層板料之中，從而形成一個(gè)既無棱邊、毛刺，又無應(yīng)力集中現(xiàn)象的牢固不可拆卸的連接圓點(diǎn)。

無鉚連接技術(shù)主要是通過對(duì)材料進(jìn)行冷擠壓，使金屬流動(dòng)形成需要的型體。路東昕[3]等對(duì)圓點(diǎn)無鉚連接與點(diǎn)焊連接的強(qiáng)度進(jìn)行了研究，得出圓點(diǎn)無鉚單點(diǎn)的靜態(tài)強(qiáng)度是單點(diǎn)點(diǎn)焊強(qiáng)度的70%，但是動(dòng)態(tài)強(qiáng)度超過點(diǎn)焊。黃志超[4]等就電阻點(diǎn)焊、自沖鉚接與無鉚連接3種連接方式的強(qiáng)度針對(duì)不同的材料進(jìn)行了研究，得出電阻點(diǎn)焊接頭的抗剪性能優(yōu)于自沖鉚接和無鉚連接接頭，而自沖鉚接接頭強(qiáng)度優(yōu)于無鉚連接接頭的結(jié)論。沈永飛[5]等對(duì)無鉚連接接頭的失效型式進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了3種失效型式，針對(duì)每一種失效型式的原因進(jìn)行了分析，得出在下層板不變的情況下，隨著上層板厚度逐漸增加，鉚接點(diǎn)失效的模式由上層板紐扣壓潰失效逐漸向界面斷裂失效、下層板塑性變形失效過渡，鉚接點(diǎn)的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)的結(jié)論。劉亞麗[6]在研究無鉚連接失效的基礎(chǔ)上，得出影響無鉚連接點(diǎn)強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)是底厚值、互鎖參數(shù)與頸厚值，并且底厚值越大，無鉚連接點(diǎn)的剪切強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度越大，互鎖參數(shù)越大，可以保證拉出強(qiáng)度與靜態(tài)強(qiáng)度高的結(jié)論。

2 金屬防火門行業(yè)的無鉚連接技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在金屬防火門行業(yè)，各結(jié)構(gòu)件的連接多采用點(diǎn)焊和電阻點(diǎn)焊連接方式，而隨著90后逐漸成為就業(yè)大軍的主力，焊工這個(gè)崗位的吸引力越來越小，同時(shí)，由于焊接造成的煙塵與光輻射比較大，隨著國家環(huán)保要求的提高，迫使金屬防火門行業(yè)改進(jìn)連接工藝。金屬防火門行業(yè)普遍使用的材料一般為鍍鋅板和電解板，這些都是低碳合金鋼，材料延展率超過12%，材料厚度在0.8～3 mm，材料組合厚度在1.8～4.5 mm，是無鉚連接技術(shù)使用比較成熟的材料組合，普通員工就可以操作，所以將無鉚連接技術(shù)引進(jìn)到金屬防火門行業(yè)具有一定的可行性。

但是目前無鉚連接技術(shù)在金屬防火門行業(yè)應(yīng)用較少，主要由以下幾方面的原因造成：（1）2019年8月國家對(duì)防火門在采取自愿性認(rèn)證之前采取強(qiáng)制性認(rèn)證方式，嚴(yán)格要求了防火門產(chǎn)品工藝結(jié)構(gòu)的一致性，采用點(diǎn)焊方式的金屬防火門工藝結(jié)構(gòu)很難滿足無鉚連接要求，采用無鉚連接技術(shù)必須改變金屬防火門的工藝結(jié)構(gòu)，變更產(chǎn)品結(jié)構(gòu)意味著每一款防火門主型都要在國家指定消防產(chǎn)品檢測中心重新進(jìn)行型式試驗(yàn)，取得合格實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，再向國家消防產(chǎn)品合格評(píng)定中心重新申請(qǐng)證書，不僅費(fèi)用較高而且周期較長，實(shí)力一般的工廠很難承受這樣的壓力。（2）鑒于金屬防火門的特殊結(jié)構(gòu)，門芯板的所有鉚接點(diǎn)的圓型凸點(diǎn)必須在門芯板內(nèi)部，所以將骨架鉚接在門芯蓋板上面（門芯蓋板的材料厚度為0.8 mm，骨架材料厚度為1.5 mm），將鉸鏈位補(bǔ)強(qiáng)板鉚接在骨架上面（補(bǔ)強(qiáng)板厚度為3 mm），這樣材料厚度小的板材在靠近凸模一端，會(huì)影響鉚接點(diǎn)的強(qiáng)度，能否符合金屬防火門對(duì)鉚接強(qiáng)度的要求還需要測試驗(yàn)證。（3）鑒于無鉚連接技術(shù)對(duì)材料延展性的要求，如果使用再生鋼材，因材料的延展性不一致會(huì)影響鉚接質(zhì)量，所以各種配件的材料必須采用全新材料進(jìn)行生產(chǎn)，無形中增加了材料成本。

3 無鉚模具參數(shù)的確定及測試樣板制作

3.1? ? 不同材料組合與模具參數(shù)確定

裝甲門的隔熱耐火完整性主要取決于其鋼質(zhì)門芯板的隔熱耐火完整性，利用無鉚連接技術(shù)制作測試樣板的鋼質(zhì)門芯板。由于鋼質(zhì)門芯板使用的材料為0.8 mm、1.5 mm鍍鋅板及3.0 mm的冷板，鉚接材料組合為0.8 mm+0.8 mm，0.8 mm+1.5 mm，1.5 mm+0.8 mm，1.5 mm+1.5 mm，1.5 mm+3.0 mm等4種，每一種組合之間材料的厚度不同，為了保證鉚接點(diǎn)的強(qiáng)度能夠滿足要求，要選取每一種材料組合模具的最佳參數(shù)。將幾種材料制作成40 mm×120 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，如圖2所示。

鉚接模具選用BTM凹模分瓣結(jié)構(gòu)，選用6 t氣液增壓缸，調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力，控制氣液增壓缸的輸出壓力，每一種材料組合采用同一壓力。根據(jù)鉚接點(diǎn)強(qiáng)度確定3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，即底厚值（X）、互鎖參數(shù)（As）與頸厚（C1）的實(shí)際測量數(shù)據(jù)，橫剖每一個(gè)鉚接樣板的鉚接連接點(diǎn)，如圖3所示，實(shí)際測量每一個(gè)鉚接連接點(diǎn)的底厚值（X）、互鎖參數(shù)（As）與頸厚數(shù)（C1），確定每一種材料組合的最佳上下模具參數(shù)。

3.2? ? 鋼質(zhì)門芯板采用無鉚連接方式的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)無鉚連接工藝要求，兩種材料搭接的重疊部分的寬度不小于16 mm，并且是開放結(jié)構(gòu)，以方便上下模具閉合。鋼制門芯板的工藝結(jié)構(gòu)如圖4所示。

鉚接順序：首先將門芯板的鉸鏈邊及鎖邊的長骨架與門芯板蓋板1鉚接在一起，其次將上下端短骨架與長骨架及門芯蓋板1鉚接在一起，然后放置防火隔熱材料在門芯板內(nèi)，涂防火膠水，再將門芯板蓋板2蓋合，同時(shí)將上下短骨架與門芯板蓋板2鉚接完成，用冷壓機(jī)膠合，完成門芯板的制作。

4 采用無鉚連接技術(shù)的成品防火門性能測試

4.1? ? 可靠性測試

采用的試件為防火隔熱裝甲門，尺寸為2 253 mm×1 068 mm×128 mm，門扇重量為120 kg，檢測設(shè)備為河北方盾儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的防火門可靠性試驗(yàn)裝置。將試件牢固安裝在可靠性測試裝置上面，每次開啟角度為70°，進(jìn)行開啟閉合測試，每完成一個(gè)循環(huán)的周期為8～14 s。經(jīng)過500次循環(huán)后，裝甲門沒有出現(xiàn)松動(dòng)、脫落、嚴(yán)重變形和開啟卡阻現(xiàn)象[7]，證明鉚接的連接強(qiáng)度滿足要求。

4.2? ? 耐火性能

采用試件為防火隔熱裝甲門，尺寸為2 400 mm×1 100 mm×128 mm，按照防火隔熱甲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，按照《門和卷簾的耐火實(shí)驗(yàn)方法》（GB/T 7633）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，測試地點(diǎn)為廣州國家消防產(chǎn)品檢測中心。經(jīng)過90 min的測試，試件的背火表面平均溫升為79.0 ℃（標(biāo)準(zhǔn)為≤140 ℃），試件背火表面的最高溫升為102.0 ℃（標(biāo)準(zhǔn)為≤180 ℃），耐火隔熱性能合格。試件的背火面未出現(xiàn)火焰，同時(shí)也未出現(xiàn)貫穿至實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)的裂縫，耐火完整性合格[7]。

5 結(jié)語

本文針對(duì)無鉚連接技術(shù)在金屬防火門行業(yè)的應(yīng)用，特別是防火隔熱裝甲門的門芯板制作的可行性進(jìn)行了研究，包括使用材料的可行性，不同組合材料匹配的模具參數(shù)確定，門芯板的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試制樣板進(jìn)行了可靠性及耐火性能測試，結(jié)果完全符合要求，證明了無鉚連接技術(shù)可以應(yīng)用于裝甲門及鑄鋁門等金屬防火門行業(yè)，進(jìn)而開發(fā)出無焊點(diǎn)門扇結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)裝甲門與鑄鋁門防火門的快速量產(chǎn)。

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[3] 路東昕，寧生科，馬保吉，等.板件圓點(diǎn)沖壓連接技術(shù)及其應(yīng)用[J].西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，22（4）：288-291.

[4] 黃志超，劉曉坤，夏令君，等.自沖鉚接、無鉚釘鉚接與電阻點(diǎn)焊強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)研究[J]中國機(jī)械工程，2012（20）：2487-2491.

[5] 沈永飛，李昊，熊志明，等.輕量化薄板無鉚釘鉚接的力學(xué)性能及接頭斷裂機(jī)理[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2018（1）：99-102.

[6] 劉亞麗.無鉚釘連接技術(shù)研究及有限元模擬[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2005.

[7] 防火門：GB 12955—2008[S].

收稿日期：2020-03-25

作者簡介：楊照軍（1971—），男，河南泌陽人，工程師，研究方向：無鉚及穿刺鉚接技術(shù)及金屬防火門耐火穩(wěn)定性。