自冲铆接技术及薄板专用铆接机的介绍【文献综述】
自冲铆连接工艺浅析
・工艺与装备 2020-06/
图1 自冲铆连接工艺
图2 工作原理夹紧阶段加强板
（防电腐蚀+防水+
提高连接强度和刚度）
在涂装工序
进行涂布
上边梁内板侧围外板
造型筋防水胶
SPR 作业孔
结构用黏合剂
顶盖SPR
（STEEL ）
（STEEL ）（STEEL ）
（ALUMINUM ）
冲裁阶段扩张阶段冲铆完成AI 汽车网—成功案例
使两层板或三层板无法脱落。
4.铆钉尺寸的选择原理铆钉的尺寸包括直径（铆钉腿部直径）和长度。
一般先确定铆钉直径，然后确定铆钉长度。
（1）铆钉直径选择铆钉直径的选择只需要根
据铆接板料厚度来决定，一般铆接板料厚度越大，铆钉的直径越大，如连接2.0 mm+2.0 mm 厚的板料，多选用φ5 mm 直径的铆钉；连接1.0 mm+1.0 mm 厚的板料，多选用φ3 mm 直径的铆钉。
铆钉一般直径范围为：φ3～φ6 mm 。
（2） 铆钉长度选择铆钉的理论长度为L =T +C 图3 铆接断面搭接长度/mm 搭接长度公差/mm 铆点位置十字拉伸
十字拉伸判定
1-
突出量2-
下板
最小
壁
厚3-互锁
力学检测
撕裂位置判定结果
母材撕裂母材撕裂
样品外表面和内部未出现明
显锈蚀样品外表面
和内部未出
现明显锈蚀
样品外表面
和内部未出
现明显锈蚀
样品外表面未
出现锈蚀，内
部出现红锈
样品外表面和
内部未出现明
显锈蚀
样品外表面未出
现锈蚀，内部出
现严重红锈17 m。
Al5052板材双侧自冲铆接成形机理及连接性能研究
Al5052板材双侧自冲铆接成形机理及连接性能研究Al5052板材双侧自冲铆接成形机理及连接性能研究摘要：自冲铆接（self-piercing riveting，SPR）是一种新型的板材连接方法，具有简单、高效、环保等优点。
本研究通过实验方法研究了Al5052双侧自冲铆接过程中的机理及连接性能。
结果表明，自冲铆接过程中，铆钉经过加力、穿透、塑性形变以及扩孔等阶段，完成了板材间的连接。
连接性能测试结果表明，双侧自冲铆接接头的剪切强度和拉伸强度均优于单侧自冲铆接。
关键词：自冲铆接，Al5052，板材，连接性能1.引言自冲铆接是一种新型的板材连接方法，它通过铆钉的高速冲击和塑性变形将两块板材连接在一起。
相比传统的焊接和螺栓连接方法，自冲铆接具有以下优点：操作简单，不需要焊接设备和辅助工具；成本低，可以减少焊接材料的使用；连接均匀，不会产生过多的应力集中；环保，无焊接烟尘产生。
因此，自冲铆接在汽车、航空航天和电子等行业得到了广泛的应用。
2.实验方法首先，我们选择了Al5052板材作为实验材料。
然后，在实验室中搭建了一套双侧自冲铆接试验装置。
在实验中，对铆钉的直径、长度、头部形状等参数进行了优化，以获得最佳的连接性能。
在进行实验之前，我们使用显微镜对Al5052板材进行了组织和成分分析，以了解材料的力学性能。
3.自冲铆接机理研究在双侧自冲铆接过程中，铆钉首先通过一定的加力将板材剪断，然后穿透板材，通过塑性变形在板材上形成一个扩孔。
铆钉的头部通过扩孔后留在板材上，完成了板材的连接。
实验结果表明，铆钉通过高速冲击和塑性变形实现了板材的连接，连接强度较高。
4.连接性能测试我们对双侧自冲铆接接头进行了拉伸和剪切强度测试。
实验结果表明，双侧自冲铆接接头的拉伸强度平均为XX MPa，剪切强度平均为XX MPa。
与单侧自冲铆接接头相比，双侧自冲铆接接头具有更高的强度。
这是因为双侧自冲铆接可以使铆钉在板材两侧形成两个扩孔，增加了连接的接触面积，从而提高了连接强度。
自动化铆接
自动化铆接1.自动化铆接技术的发展与运用1.1自动化铆接技术的发展自动钻铆技术从70年代起就在国外普遍采用，其发展一直未曾间断。
国外目前生产中的军、民用飞机的自动钻铆率分别达到了17%和75%以上，大量采用无头铆钉干涉配合技术，新型紧固件包括无头和冠头铆钉、钛环槽钉、高锁螺栓、锥形螺栓以及各种单面抽钉等，80%的铆接和100%的不可卸传剪螺栓连接均采用干涉配合，而且孔壁还要进行强化。
波音民机的壁板机铆系统已达60%～75%，麦道军机也已达17.5%，但是真正的全自动钻铆还需要解决工件定位和校平问题。
近年来，铆接正向着机器人和包含机器人视觉系统、大型龙门式机器人、专用柔性工艺装备、全自动钻铆机和坐标测量机组成的柔性自动化装配系统发展。
如B767、B777采用了翼梁自动装配系统，提高效率14倍，费用降低90%，废品率降低50%。
进一步的改进可使钻铆工具能够到达以前难以达到的部位。
随着高性能飞机对铆接质量和可靠性要求的不断提高，一般的手工钻孔，铆接已越来越不能满足要求。
采用自动化铆接技术不仅能提高装配效率，降低成本，改善劳动条件，而且能保证装配质量。
1.2自动化铆接技术的应用自动化铆接铆接适合于钢板。
不锈钢板。
铝板及非金属夹层的连接。
用无铆钉连接的典型零件有:车顶窗、保险杠、排气管、油箱、制动器罩壳、车门、仪表框架、发动机支架、发动机罩壳、车尾盖板、冷却器、座椅、摇窗机、消声器、冰箱门、洗衣机壳体、风机壳体、复印机机座、计算机壳体、牙医机外壳等等。
目前，自动钻铆技术已经在世界上所有的大飞机制造公司得到广泛运。
以美国格鲁门NGCAD公司为例，在波音757尾段机身48段双曲度壁板壁板均采用了自动钻铆技术，占了整个装配铆接工作量的85％。
1.3自动化铆接技术的特点1.连接点牢固可靠。
2.没有原料消耗和不需要辅助材料。
3.超越了金属材质局限和厚度局限。
4.可以形成圆点和巨型点连接。
5.连接区域没有热应力。
6.不会损伤工件表面的保护层。
公共基础知识铆接设备基础知识概述
《铆接设备基础知识概述》一、引言铆接作为一种重要的连接技术，在工业生产中有着广泛的应用。
铆接设备则是实现铆接工艺的关键工具。
本文将对铆接设备的基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势，为读者提供一个清晰、系统且深入的理解框架。
二、铆接设备的基本概念1. 定义铆接是利用轴向力将零件铆钉孔内的铆钉杆墩粗并形成钉头，使多个零件相连接的方法。
铆接设备则是用于完成铆接工艺的机械装置。
2. 分类（1）按铆接方式可分为冷铆接设备和热铆接设备。
冷铆接设备主要通过机械力使铆钉变形实现连接，热铆接设备则是先将铆钉加热至一定温度后再进行铆接。
（2）按自动化程度可分为手动铆接设备、半自动铆接设备和全自动铆接设备。
手动铆接设备需要人工操作完成铆接过程，半自动铆接设备部分操作可自动完成，全自动铆接设备则可实现整个铆接过程的自动化。
（3）按适用铆钉类型可分为实心铆钉铆接设备、空心铆钉铆接设备、抽芯铆钉铆接设备等。
3. 组成部分铆接设备通常由动力系统、控制系统、铆接执行机构等部分组成。
动力系统提供铆接所需的动力，控制系统控制铆接过程的参数和动作，铆接执行机构则直接完成铆钉的变形和连接。
三、铆接设备的核心理论1. 铆接力的计算铆接力是铆接设备的关键参数之一，其大小取决于铆钉的材料、直径、长度以及铆接方式等因素。
一般可通过理论计算或经验公式来确定铆接力的大小。
2. 铆钉变形原理铆钉在铆接过程中会发生塑性变形，其变形原理主要包括墩粗变形和挤压变形。
墩粗变形是指铆钉杆在轴向力的作用下直径增大，形成钉头；挤压变形是指铆钉杆与被连接件之间的相互挤压，使铆钉与被连接件紧密结合。
3. 铆接质量控制铆接质量的好坏直接影响到连接的强度和可靠性。
铆接质量控制主要包括铆钉的尺寸精度、铆接力的大小、铆接时间、铆接温度等参数的控制。
同时，还需要对铆接后的连接进行质量检测，如外观检查、强度测试等。
四、铆接设备的发展历程1. 早期发展铆接技术在古代就已经出现，当时主要采用手工铆接的方式。
固定五金—自冲铆接工艺类型
固定五金—自冲铆接工艺类型
深圳固定五金制品有限公司是深圳第一家最早开始研发铆接产品的厂家，他们采用国外的生产材料、进口的设备。
固定五金凭借专业的技术在行业内驻立多年，专门为客户提供品质保证，最优价格的自冲铆接。
•铆接工艺知识
国外早在70年代就开始规模使用铆接工艺，而国外应用的比较，目前来看尚处在起步的一个阶段。
很多国内企业往往在惊叹国外产品加工质量优良的同时却不知“铆接机”为何物。
实际上铆接工艺已经相当成熟，只要拥有这种新设备，同样可以加工出更好的产品。
二、自冲铆接工艺类型
1、实心铆钉的自冲铆接工艺实心铆钉自冲铆接工艺又有腰鼓形实心铆钉、自冲铆接和非腰鼓形实心铆钉、自冲铆接工艺，而实心铆钉自冲铆接工艺适用于塑料性金属间的连接；非腰鼓形实心铆钉自冲铆接工艺则适用于相同金属材料间的连接、不同金属材料间的连接以及非金属间的连接。
（优点：费用低、连接质量高）
2、半空心铆钉的自冲铆接工艺半空心铆钉的自冲铆接工艺铆接两层相同金属材料时，将塑料性好的材料放在下层，铆接金属与非金属材料时，将金属材料放在下层，在实际制造过程中，因为实心铆钉自冲铆接工艺受
具体生产环境、自冲铆接工艺特点、连接强度以及所应用材料的物理性质等的影响，所以半空心铆钉的自冲铆接工艺应用更广泛些。
（优点：能够连接多层材料、不需要钻孔、耐疲劳、对环境影响小；跟实心铆钉自冲铆接相比，它无火花、无废料、低能耗、低噪音）
深圳市固定五金制品有限公司生产质量第一，为顾客提供满意的产品和服务，具备完善的生产制程和品质体系，保证产品质量。
自冲铆接类型及技术特点
自冲铆接类型及技术特点1、引言随着汽车制造业竞争的日益剧烈，汽车制造厂商都不断向市场推出新款车型，新车型除了突出质量好、价格低、样式新、功能全等特点之外，主要的竞争集中在汽车行驶的经济性上。
在过去的20年中汽车制造商一直在寻找解决问题的方法。
试验证明，应用新材料，使用轻型材料实现汽车车身的轻量化，改善汽车行驶经济性是行之有效的。
通过降低整车质量可使汽车的很多性能得到改善和提高。
研究表明，当整车质量降低10％时，燃油经济性提高3.8％，加速时间降低8％，CO排放减少4.5％，刹车距离减少5％，轮胎寿命提高7％，转向力减少6％，可见汽车轻量化的重要性。
汽车轻量化的重要潜力是在车身的制造中大量使用轻金属和非金属，例如铝、铝合金、镁合金以及强化塑料等板料之间的应用。
迄今为止，电阻点焊是连接钢板车身结构的主要方法，不仅有利于大批量生产，而且质量也牢固可靠；但是对于黑色金属与有色金属的连接，大部分有色金属(如薄铝板)之间的连接，金属与非金属的连接，非金属之间的连接，以及可焊性差的、预先涂漆或有镀层的黑色金属之间的连接，点焊就很困难或无能为力了。
故提出采用铆接技术连接车身的内外覆盖件而替代点焊，特别是自冲铆接(SPR—SelfPiercing Riveting)工艺，越来越受到重视和青睐。
2、自冲铆接技术类型2.1 半空心铆钉自冲铆接技术半空心铆钉的自冲铆接技术如图3所示，压边圈首先向下运动对铆接材料进行预压紧，防止铆接材料在铆钉的作用力下向凹模内流动，而后冲头向下运动推动铆钉刺穿上层材料。
在凹模与冲头的共同作用下铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状以便锁止铆接材料，达到连接目的。
半空心铆接工艺铆接相同金属材料时，较厚的放在下层；铆接两层不同金属材料时，将塑性好的材料放在下层；铆接金属与非金属材料时，将金属材料放在下层。
在汽车车身制造中，考虑到具体的生产环境、自冲铆接工艺的特点、连接强度以及所应用材料的机械性能等要求，又由于实心铆钉的铆接丁艺有很多自身的局限性，所以在汽车轻量化生产中主要应用半空心铆钉的自冲铆接工艺。
自冲摩擦铆焊机械-固相复合连接机理及应用研究
自冲摩擦铆焊机械-固相复合连接机理及应用研究摩擦铆焊是一种新型的固相复合连接方法，通过摩擦热使被连接材料的表面塑性变形，然后再施加一定的轴向力使连接材料形成强固的连接。
自冲摩擦铆焊是摩擦铆焊的一种改进形式，它在传统摩擦铆焊技术的基础上增加了一个受控的冲击力来实现连接。
自冲摩擦铆焊的机械结构主要由电机、凸轮机构、夹具、冲击机构和传感器等部分组成。
工作时，先通过电机驱动凸轮机构旋转，在夹具内夹紧待连接的材料，并使其相对旋转。
随后，通过冲击机构施加一个冲击力，使待连接材料的表面形成塑性变形。
在冲击过程中，传感器会实时监测连接过程的力学参数，以保证连接质量。
自冲摩擦铆焊的连接过程主要包括三个阶段：初期摩擦、塑性变形和冲击。
在初期摩擦阶段，由于材料表面的不平整度，摩擦力会使待连接材料发生相对旋转。
在塑性变形阶段，由于摩擦而产生的热量可以使材料的软化，从而实现材料的塑性变形。
最后，在冲击阶段施加冲击力，进一步促进材料的塑性变形和连接。
自冲摩擦铆焊具有诸多优点。
首先，与传统焊接方法相比，自冲摩擦铆焊不会造成明显的变形、变色或焊瘤等缺陷，连接界面质量高。
其次，由于连接过程中不使用传统的焊接材料，因此无需焊条或焊丝等辅助材料，降低了成本。
此外，自冲摩擦铆焊不会产生烟尘、毒气等有害物质，对环境友好。
最后，自冲摩擦铆焊具有连接速度快、连接强度高和连接可靠性好等特点。
自冲摩擦铆焊在实际应用中有广泛的应用。
首先，它适用于铝合金、钛合金等金属材料的连接，可用于航空航天、汽车制造、船舶制造等领域。
其次，自冲摩擦铆焊也可以用于不同种类的材料的连接，如铁铝连接、铜铝连接等。
此外，自冲摩擦铆焊还可以用于连接复杂结构、薄壁材料和高强度材料。
总之，自冲摩擦铆焊作为一种新型的固相复合连接方法，具有许多优点，应用广泛。
随着材料科学和焊接技术的进步，自冲摩擦铆焊的性能和应用领域将会得到进一步的拓展和发展。
轻量化连接装备之自冲铆接设备
Products & Technology产品与技术轻量化连接装备之自冲铆接设备国汽（北京）汽车轻量化技术研究院有限公司 付 岩一、前言汽车轻量化技术作为汽车产品实现节能减排、增加新能源汽车续航里程的有效途径[1]，越来越被汽车企业重视，在量产车型的使用中也越来越广泛。
实现汽车轻量化技术的重要途径之一是在生产制造过程中采用先进的制造技术[2]。
谈到先进的轻量化制造技术不得不重点介绍SPR(Self-piercing Rivet)，在捷豹XFL、奥迪A8、特斯拉Model S、福特F-150、蔚来ES8、奇瑞EQ1（小蚂蚁）等车型的全铝车身上均使用了该技术。
SPR源自英国Henrob （亨罗布）的译文名是“自冲铆接”，这个名称在国内被广泛使用，有的国内供应商也称它为“锁铆铆接”、“自穿刺铆接”。
二、自冲铆接技术自冲铆接是指SPR铆钉在外力作用下，通过穿透第一层材料和中间层材料，并在底层材料中进行流动和延展，形成一个相互镶嵌的塑性变形的铆钉连接过程，该铆接点具有较高的抗拉强度和抗剪强度，称作自冲铆接点[3]。
该技术可以连接铸铝、冷拉型材、板材等铝材；可以连接拉伸强度小于500N/mm2的深冲钢；可以连接拉伸强度小于1000 N/mm2的高强钢；也可以连接镁、铜、非金属材料和夹层材料，具有铆接质量高、综合成本低、材料组合广、柔性组线好等特点。
自冲铆接工艺解决了铝点焊技术不能满足连接性能要求的问题，克服了疲劳强度不够、铆钉图层和铝材不相容以及钢铆钉和铝材不相容等问题，因此被大量应用在全铝车身的连接。
同时自冲铆接技术也存在一定的缺点，在连接钢板时，自冲铆接比点焊的抗拉强度小；铆接时，尾部出现突出的“铆扣”，不够平齐；由于铆接过程需要较大压力，铆接设备比较笨重；在进行自冲铆接时，铆接处材料的两面都必须接触(一面是冲头，一面是模具)，而不进行单面铆接。
相对于普通钢制车身常用的电阻点焊，它们连接的材料不同，故其工艺过程和使用设备自然不同。
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文献综述
机械设计制造及其自动化
自冲铆接技术及薄板专用铆接机的介绍
一、自冲铆接技术
1.自冲铆接工艺类型
1.1实心铆钉自冲铆接工艺
腰鼓形实心铆钉自冲铆接工艺，如图1所示，冲头推动实心铆钉一起向下运动，铆钉下部的刃口将铆接材料冲掉并从凹模内落下，铆钉到达凹模后停止运动；随着冲头的继续下行，冲头下端面的凸台对被铆接材料加压，迫使其发生塑性变形而向内做径向流动，使其紧紧包住腰鼓形铆钉，从而形成稳定的锁止状态。
这种铆接工艺只能用于塑性金属与金属间的连接。
另一种实心铆钉自冲铆接工艺如图2所示，其铆钉形状并非腰鼓形，但铆钉上有一环形凹槽。
当冲头下行至下死点后挤压铆接材料，下层的被铆接材料受挤压产生径向流动将凹槽的凹槽充满，而铆钉的上端面则产生“镦头”，而将两层材料铆接在一起。
1.2半空心铆钉自冲铆接工艺
半空心铆钉的自冲铆接工艺如图3所示，压边圈首先向下运动对铆接材料进行预压紧，防止铆接材料在铆钉的作用力下向凹模内流动，而后冲头向下运动推动铆钉刺穿上层材料。
在凹模与冲头的共同作用下铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状以便锁止铆接材料，达到连接目的。
半空心铆接工艺铆接相同金属材料时，较厚的放在下层；铆接两层不同金属材料时，将塑性好的材料放在下层；铆接金属与非金属材料时，将金属材料放在下层。
2自冲铆接的优缺点
2.1主要优点
材料属性不同的、有镀层的及很难用焊接方法连接的材料可以进行铆接；用自冲铆接方法对铝及高强度钢材料进行铆接，铆接牢靠性要比点焊好；铆接质量稳定，达到牢固一致的铆接效果；铆接过程清洁，无烟雾；比焊接消耗能量少得多；铆接过程比较容易进行自动化。
2.2主要缺点
连接钢板时，自冲铆接比点焊的抗拉强度小；铆接时，尾部出现突出的“铆扣”，不够平齐；由于铆接过程需要较大压力，铆接设备比较笨重；在进行自冲铆接时，铆接处材料的两面都必须接触（一面是冲头，一面是模具），而不进行单面铆接。
3.自冲铆接工艺的应用范畴
自冲铆接的铆钉可以广泛地适用于制造业诸多方面：用于连接碳钢和不锈钢、铝、铜和磷青铜等材料；可以铆接涂上一层具有金属性或有机性的材料，极好地适应防腐保护的要求；可以大批量生产，且铆接过程可进行监控；可由传送带、铆钉盒或可装200-10000铆钉的管子供应，也可以从经过筛选的100%合格的密封包装里随用随取；铆接过程可手工操作或半自动操作，或设计为装配线全自动化或机器人操作。
4总结
近年来,由于焊接技术的发展,很多铆接已由焊接代替。
但铆接结构容易检查质量和检修,加工方便,传力均匀、可靠,韧性和塑性较好,因而仍在广泛应用。
对于有色金属和某些焊接困难的材料和结构,也采用铆接。
与电阻点焊相比，对连接两层相同的钢制材料而言，点焊比自冲铆接更方便，外观更好些，连接设备更轻便些；对难于焊接的材料，对不同材质的板料，对于两层以上的材料，焊接就无能为力了，可显出自冲铆接的优势。
自冲铆接技术是一种很
有前景的新型连接技术。
二、薄板专用铆接机的介绍
如图1所示,由于臂很薄,仅0.25mm,采用焊接质量难以保证,而且焊接费时,很不方便,很不经济,因此,采用铆接的方法装配。
(1)轴(相当于铆钉)臂装配牢固,承受6911g. cm扭矩。
(2)铆接表面光滑,表面粗糙度是Ra1.6μm,无裂纹等缺陷。
(3)轴臂零件变形小。
(4)轴臂的垂直度要求高。
轴臂的铆接过程是一种塑性变形过程,并且随有冷作硬化的产生。
挤压力的经验公式为:p = q×F
式中p———挤压力,单位：N
q———单位面积上的挤压力,MPa
F———挤压真实作用面积,mm2
低碳钢的单位挤压力q在1800~2200MPa之间(已考虑了金属塑性变形所产生的冷作硬化和金属流动所产生的摩擦力等因素),因此,5mm铆钉所需挤压力p的范围在70.68~ 86.39 kN 之间。
实际工作时,要选择合适的挤压力,挤压力太小,不能达到铆接的要求,挤压力太大,则会使铆接件破裂。
根据计算所得挤压力,选择
合适的电动机及空气压力
机。
铆接机的结构如图2所
示。
铆接机的工作原理:铆接模
具安装在铆接机内,上模固
定在铆接机上方,铆接模的
下模固定在铆接机底板上,铆接件安放定位在下模内,随着铆接机工作开始,电动机动,上模中的铆压头作匀速旋转。
下模通过空压机供气,从底部移动到工作位置,并保持一定的压力,在旋转力及垂直方向的保持力作用下,铆接件的铆钉头逐步变形,最终达到铆接要求。
为了保证铆接件的精度,铆接机及铆接模都采用四柱式导柱导套结构。
总结
本课题涉及的是盖板电容器引脚铆接机铆接过程的设计，即盖板两孔定位装置的设计和放板装置的设计。
引脚的材料为铝，所以使用自冲压机就可以达到铆接的目的和要求，关键在于各个零件的自动装配。
本课题的核心在于如何将两个引脚准确的插入盖板孔又如何将两个盖片套入引脚。
基于对机械传动系统、气压传动系统以及自动化理论的学习与应用，可以对此引脚铆接的设计作出一个总体的框架：全自动盖板电容器引脚铆接机所要完成的功能是将盖板、引脚和盖片三者全自动的装配、铆接和出料。
装配由气动机械手来完成，相应的要设计物料的自动输送机构来供应给机械手工作。
工作台是装配及铆接的场所，装配的顺序是引脚—盖板—盖片。
电容器的规格各有不同，但对于铆接机械来说，相关尺寸的改动即可适用于不同型号的产品。
本文所做的设计，力求用最简单的机械原理和机械部件来实现其中的动作。
本课题的要求只在于对引脚铆接时机械部分的总体设计方案的提出与探讨。
参考文献
[1] 丁明明. 薄板专用铆接机的设计制造［J］杭州: 浙江水利水电专科学校, :1001-4551(2004)12-0054-02
[2] 李春燕薛岩松. 自冲铆接技术的工艺分类和连接特点［J］天津: 浙江天津工业大学, : 300160
[3] 刘瑞军于胜武等. 半空心自冲铆接工艺在车身轻量化中的应用［A］天津: 吉林: 1009-4822(2007)04-0369-04
[4] 刘瑞军等，自冲铆接技术在汽车车身轻量化中的应用，汽车技术,No.11,p33-36,2004。