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【通用连接技术基础】铆接技术简介

来源:本站   发布时间: 2022-01-17 10:35:47   浏览:884次  字号: [大] [中] [小] [收藏]
Hi,大家好,今天是我们基础概念介绍的最后一篇,介绍铆接相关的一些基本知识,之后我们会结合大家的一些需求来介绍一些更专业的技术内容,从广度变为深度,讲解特定应用或特定难点的实现
言归正传,我们接下来还是来介绍我们今天的主题:铆接技术
铆接的定义及历史
铆接的英文是Rivet,是一个机械词汇,利用轴向力将零件的铆钉孔内的铆钉墩粗并形成钉头,使两个或多个零件相连接的方法
铆接在公元前3000年就已经出新了,最早发现的铆接源自于埃及,用于制造木制的工具,后来木铆钉被高卢人用来进行紧固,公园7、8世纪的维京人在他们的船上也使用到了木铆钉,木铆钉的使用一直延续到了19世纪初,钢铁工业的发展解决了木铆钉容易开裂的问题,使用金属的铆钉,使结构更牢固,即使是铆接厚的材料也没有问题。从那个时候开始,其他的连接技术也在快速发展,但直到现在,铆接技术还是广泛的应用于材料连接应用上,包括航空、航天、航海、车辆、空调、家具等
 
铆钉材料
为了能够长期可靠的进行材料连接,实心和盲铆钉一般都是金属制成的,常用的金属材料包括:
1.铝
铝是一种银白色金属,具有轻量化的特性和一定的耐用性,一般会在铝制的铆钉材料里面添加一部分的镁,添加了镁之后的铝合金更牢固,抗拉伸强度更高,通常这种轻量化的铆钉会用在制造机翼、车辆或空调系统等

2.高碳钢
一般碳含量超过0.5%。高碳钢具有耐磨的特性,通常会用在相对恶劣的使用环境下,如飞机、汽车等的制造上

3.钢铁
钢铁里面的碳含量一般会更低一些,从强度上来说也会比高碳钢差一些,但也具有相当的耐用性,因此也经常用在飞机、汽车等的制造上,在建筑和夹具上也会经常用到

4.不锈钢
不锈钢是铁、镍和铬的合金,里面的铬在其表面形成一层薄薄的保护层,使其能够具有一定的防锈能力。不锈钢的强度也相当高,有相当的耐用性,尤其适合需要防锈的场合
5.铜
铜相对来说较软,具有导电的特性,在承压的情况下能够有一定的变形,不太容易断裂,由于其出色的导电和导热特性,经常用来制造电气产品

6.铜镍合金
通常由铜、镍、铁、镁等合成,提升其强度,铜镍合金具有防锈和抗压的特性,在高温情况下也有较好的表现,在造船业上使用较多

7.黄铜
黄铜是铜锌合金,是一种具有高强度和易成型特性的材料,黄铜也是一种低摩擦的材料,不容易出现火花,这个特性使黄铜适合用在燃气应用上
8.镀层
很多铆钉上有镀层,通常会有镀锌和镀钢的方式使其具有防锈的特性或提升强度
 
铆钉的种类
1.实心圆头铆钉
这是一种最古老和最可靠的紧固方式,在青铜时代的时候就有应用。这种铆钉的基本组成部分包括一根轴和一个头,通过锤子或铆枪进行铆接,通过压装的方式也能够对这种铆钉进行铆接

这种铆钉通常用在需要高可靠性、安全性的场合,例如飞机,有些工匠还使用实心铆钉来制造中世纪盔甲、珠宝和金属装饰品
高强度结构钢铆钉在技术逐渐发展的过程中逐渐被高强度螺栓给替代了,主要原因是高强度的结构钢铆钉的安装需要熟练工来进行铆接,而一般高强度螺栓只需要简单培训就可以由一般的工人进行安装
2.半管状铆钉

半管状铆钉和实心铆钉挺像的,除了在铆钉的尾部有一个空心的孔,通过这个孔就可以使用较小的力将这块区域压开
3.盲铆钉

也就是我们常用的拉铆的铆钉,有时候也被称为“POP”铆钉(POP其实是原先的一个铆钉制造商的品牌名称,后来被史丹利给收购了)。这种铆钉一般是空心的,中间有一根芯轴,头部有一个突出设计,并且设计了一个相对较脆弱的区域,将铆钉大的一头放入铆钉孔内之后拉动芯轴,头部的突起就会挤压空心部分使其变形,在受到一定的力之后,芯轴就会断裂完成铆接

由于这种铆钉只需要在被铆接零件的一侧进行铆接,不需要知道另外一面的情况,所以被称为盲铆钉
盲铆钉是一种非常流行的铆接方式,安装方便,连接可靠,安装工具的成本低廉,安装质量容易控制,从手工装配到机器人自动装配都有广泛的应用

4.Oscar铆钉

这种铆钉的原理与盲铆钉类似,也是只需要在被铆零件的一侧进行操作,区别是这种铆钉的空心部分一般会有几道挖空区域(一般是3道),在拉动芯轴的时候,这些挖空区域能够使铆钉头部挤压变形而展开
5.驱动销铆钉

驱动销铆钉的结构也与盲铆钉类似,区别是它具有一个较短的芯轴,同时芯轴不是往外拉,而是往里面敲进去,同时撑开空心套,实现紧固的目的
6.平头铆钉
平头铆钉主要用在金属外表面,这些外表面通常需要较好的外观和消除不必要的空气阻力
平头铆钉一般安装在沉孔里面,因此也被称为沉头铆钉,经常用在飞机的外部安装上

7.自冲铆钉
自动铆钉和实心铆钉、盲铆钉等不同,它不需要铆钉孔
自冲铆钉是冷锻出来的一种铆钉,半空心状,尾部的外形使得铆钉能够方便的穿刺被铆接的材料。一般来说,自冲铆钉穿透材料的第一层,但并不穿透最后一层,它使最后一层出现一定的形变,形成一个凸起
通常自冲铆钉的材料硬度要高于被铆接材料

拉铆形式由于其最终尺寸控制无法做到非常精准,而且一般都会需要处理断裂后的芯轴,在实际应用中更常见的是手工装配,在工业应用中逐渐被实心铆钉替代,使用各种不同形式的铆接设备实现自动化
 
常见的铆接应用

青铜时期将剑柄与剑刃铆接在一起

中世纪骑士的板甲鳞片铆接

Britannia Bridge(加热至1000℃后进行铆接)

埃菲尔铁塔,使用了250万个铆钉建成
 
几种常见的自动铆接方式之间的区别
1.压铆
压铆是比较古老的一种铆接方式,通过对铆钉的一侧轴向上施加压力的方式使铆钉变形成一个铆钉头,这种铆接方式通常需要较大的压力使材料变形

一般铆杆与铆钉的接触部分是整个铆钉头部,因此使铆钉变形所需要抵抗的拉伸力也会更大一些

铆接完成后我们通过对铆钉头的金相分析,可以看到它的微观结构上出现了明显的硬化现象,铆钉头会变得更加脆弱,易裂开。在使用压铆的时候要注意铆钉在铆钉孔里面的墩粗问题及铆钉头裂开的问题

不过这种铆接方式有一个优点:节拍短,通过施加一个大的压力能够快速完成铆接
2.旋铆
旋铆,通常也被称为圆周旋铆,是使铆杆在铆钉头部按照圆周方向的一个固定角度进行旋转

铆杆在旋转的时候由于铆钉材料在不断被挤压变形,铆杆与铆钉的接触面一般都是圆半径的一条线段,铆钉的形状也会影响到这根接触线

铆接完成后铆钉头也一定程度上被硬化了,也会有一定程度上的铆钉头裂开的风险,但是由于圆周旋铆所需要的铆接力一般比压铆要小一半左右,墩粗现象会得到更好的控制,但相应的铆接速度会慢一些,同时由于铆接过程中是一根接触线的滑动和碾压,整个铆接过程的噪音会相对大一些

圆周旋铆比较适合用在管状铆钉上,将空心的铆钉通过向内或向外碾压的方式展开,实现铆接的目的,相较于压铆,能够更好的进行最终铆接头外形和质量的控制,是目前用的比较多的一种自动铆接方式
3.径向旋铆
径向旋铆是在圆周旋铆的基础上衍生出来的一个铆接技术,铆杆不再是简单的进行圆周方向的旋铆,同时还会有一个偏心圆的旋转方向,铆杆不断在从垂直放行到最大角度进行变化

由于其旋转轨迹的特性,在碾压铆钉的过程中,铆杆与铆钉的接触面从线变成了点,因此铆接使铆钉变形所需要的铆接力也降低到了约40%的压铆力,铆接过程的摩擦和噪音也会比较小

由于铆接过程中的轴向力相对大一些,径向力较小,径向的强度仍能够有效达到,铆钉的微观结构上也几乎没有受到影响。同时由于铆接过程中与铆钉是点接触,因此非圆柱形的铆钉也可以进行铆接,铆接完成之后,铆钉孔内的墩粗情况也是三种铆接方式中控制的最好的

径向旋铆技术是20世纪才出现的铆接技术,最早是Karl Friedrich在1966年申请获得的专利。由于径向旋铆技术能够更好的控制最终铆接质量,并且铆钉头的形状外观也更美观一些,径向旋铆技术在工业应用中越用越广。在专利期过期之后,有越来越多的厂家开始使用这项专利技术自己生产径向旋铆机,使径向旋铆技术获得了极大的推广

 

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