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摘要：根据冷作自冲铆接原理并结合自冲铆接的工艺性特点对铆接过程中模具设计与参数选择、铆钉尺寸选择和板材尺寸选择等进行了分析，根据铆接测试结果提出了提高铆接质量的合理参数选择。
关键词：铆接 冷作自冲 工艺参数
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-076-01
一.冷作自冲铆接基本原理
自冲铆接用于连接两种或两种以上金属板材的冷连接。特制铆钉在铆接机的作用下穿透顶层板材之后，下部铆模作用于铆钉尾部的中空结构，使得其扩张刺入底层板材，从而形成牢固的铆接点，自冲铆接的特点是铆钉刺入底层板材而并不刺穿，如图一所示。根据铆钉的特点，自冲铆接可以分为半空心自冲铆接和实心铆钉自冲铆接，其中半空心自冲铆接由于具有良好的工艺性，在实际生产中比其他铆接形式具有优越性，从而得到了广泛的应用。
由上图可以看出，半空心铆钉自冲铆接工艺类似于金属冲压成型原理，特别是对于几种复合结构的板材铆接，其工艺性参数要求较高：铆接模具设计要合理；铆钉的形状、尺寸和材质性能要合理；铆接板材的材质性能和尺寸要合理等。本文主要对以上三个方面的工艺参数进行分析。
二.冷作自冲铆接主要工艺参数选择
根据自冲铆接原理，为了提高铆接质量和铆接后的外观要求，铆接后的铆钉应完全进入铆接板材。铆钉头部材料应该压齐于上层板料的上表面，铆钉尾部材料应恰好充满于模具型腔。按照这种设计原则，将会出现模具、板料组合、铆钉的唯一性，即一种铆接模具对应一种铆钉和一种板料组合。而在实际应用中，为了提高铆接效率，减少铆接工装的更换，往往是用一种模具，同时铆接两种或两种以上不同型号的铆钉，同时铆接不同厚度组合的铆接板料。针对这种情况，必须对模具的型腔设计进行一定的圆整，使得其满足上述要求。
1.自冲铆钉尺寸的选择原则
铆钉的尺寸包括直径和长度。一般先确定铆钉直径，然后确定铆钉长度。铆接的板料厚度决定了铆钉直径的选择。一般情况下，随着铆接的板料厚度的增大，需要铆钉的直径也越大，例如铆接2/2 mm厚的板料，常常采用Φ5.3mm直径的铆钉；铆接1/1 mm厚的板料，多采用Φ3.3 mm直径的铆钉。
铆钉直径确定后，需要确定铆钉的长度，一般涉及到的参数是根据所要铆接的板料厚度和铆钉直径。
首先大体求得铆钉的理论长度L’
L’=T+C （1）
式中：T为铆接板料的总厚度，T=t1+t2；C为铆钉超出板厚部分的长度。
C=0.617d2-0.1246 （2）
式中：d2为铆钉腿部直径。L’、T、C和d2单位均为mm。经计算得出的铆钉长度L’需要根据圆整原则进行圆整，以标准化铆接铆钉的长度。圆整的原则是：
（1）对大直径铆钉而言，L=L’-，即向下靠一级；
（2）对小直径铆钉而言，L=L’+，即向上靠一级。
2.自冲铆接板材厚度选择原则
如果铆钉的直径及长度已经确定，也可以最优化铆接板料的厚度。设所铆板料的理论总厚度为T’，则
T’=L-C （3）
其中C由式（2）式求出。所铆板料的实际总厚度如下：
（1）对大直径铆钉而言，T=T’+，向上圆整；
（2）对小直径铆钉而言，T=T’-，向下圆整。
3. 自冲铆接模具的设计方法
图三中的下图为模腔的尺寸图，它由内壁、中间圆锥和下底组成。内壁的底径为D， 一般具有5o的拔模斜度即可。对模腔的尺寸参数设计如下：
1）深度h
深度与铆钉伸出板厚的长度有关，见式（2）中的C值；一般为2.17mm，或小一些，但应大于1.5mm。
2）内壁的底径D2
显然，图三中D2应大于铆钉扩张后的上部直径，取
D2=Da+0.8t2 （4）
式中t2为下层板料的厚度.
3）圆锥底径D2
一般而言，（D2-D1）/2=1.5～2.0mm，即
D1= D2 -（3～4）mm.
4）中間圆锥的设计
中间圆锥的设计参数有：凸台高度t、圆锥角度α和顶部圆弧半径R。如果假设三个参数中R为非独立参量，则
（5）
当D1、h和t值确定之后，按照α=35o～50o选取，注意α值不宜过小，R值不宜过大。
三.冷作自冲铆接常用检测方法
冷作自冲铆接工艺参数的选择一般通过铆接效果来进行评估。通过力学试验定量地测试铆接质量的优劣，包括铆接的牢固程度和耐久性。
1.拉伸试验：对搭边铆接后的试件进行拉伸测试，主要测试其抗剪切能力，以检测铆接的牢固性。
2.撕裂试验：对弯边成型的铆接件，检测其连接的牢固程度，主要采用撕裂试验，测试其撕开力的大小。
3.疲劳试验：对承受持续振动和交变载荷的铆接件，需要测试其抗疲劳性能，用来评价铆接件的疲劳寿命。
结论：
影响铆接质量的主要因素是模具的几何形状、铆钉的尺寸以及铆接板材的性能尺寸。为了满足不同的铆接效果，需要进行不同的铆接测试，而提高铆接效果的关键就是以上几个参数的选择，根据不同的条件，选择合适的铆接参数才能获得良好的铆接件。
参考文献：
[1]刘瑞军，李双义，张连洪. 自冲铆接技术在汽车车身轻量化中的应用[J].汽车技术，2006年第4期
[2]李晓静，李双义.自冲铆接工艺的研究及改进措施[J].天津理工大学学报，2005年第21期
关键词：铆接 冷作自冲 工艺参数
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-076-01
一.冷作自冲铆接基本原理
自冲铆接用于连接两种或两种以上金属板材的冷连接。特制铆钉在铆接机的作用下穿透顶层板材之后，下部铆模作用于铆钉尾部的中空结构，使得其扩张刺入底层板材，从而形成牢固的铆接点，自冲铆接的特点是铆钉刺入底层板材而并不刺穿，如图一所示。根据铆钉的特点，自冲铆接可以分为半空心自冲铆接和实心铆钉自冲铆接，其中半空心自冲铆接由于具有良好的工艺性，在实际生产中比其他铆接形式具有优越性，从而得到了广泛的应用。
由上图可以看出，半空心铆钉自冲铆接工艺类似于金属冲压成型原理，特别是对于几种复合结构的板材铆接，其工艺性参数要求较高：铆接模具设计要合理；铆钉的形状、尺寸和材质性能要合理；铆接板材的材质性能和尺寸要合理等。本文主要对以上三个方面的工艺参数进行分析。
二.冷作自冲铆接主要工艺参数选择
根据自冲铆接原理，为了提高铆接质量和铆接后的外观要求，铆接后的铆钉应完全进入铆接板材。铆钉头部材料应该压齐于上层板料的上表面，铆钉尾部材料应恰好充满于模具型腔。按照这种设计原则，将会出现模具、板料组合、铆钉的唯一性，即一种铆接模具对应一种铆钉和一种板料组合。而在实际应用中，为了提高铆接效率，减少铆接工装的更换，往往是用一种模具，同时铆接两种或两种以上不同型号的铆钉，同时铆接不同厚度组合的铆接板料。针对这种情况，必须对模具的型腔设计进行一定的圆整，使得其满足上述要求。
1.自冲铆钉尺寸的选择原则
铆钉的尺寸包括直径和长度。一般先确定铆钉直径，然后确定铆钉长度。铆接的板料厚度决定了铆钉直径的选择。一般情况下，随着铆接的板料厚度的增大，需要铆钉的直径也越大，例如铆接2/2 mm厚的板料，常常采用Φ5.3mm直径的铆钉；铆接1/1 mm厚的板料，多采用Φ3.3 mm直径的铆钉。
铆钉直径确定后，需要确定铆钉的长度，一般涉及到的参数是根据所要铆接的板料厚度和铆钉直径。
首先大体求得铆钉的理论长度L’
L’=T+C （1）
式中：T为铆接板料的总厚度，T=t1+t2；C为铆钉超出板厚部分的长度。
C=0.617d2-0.1246 （2）
式中：d2为铆钉腿部直径。L’、T、C和d2单位均为mm。经计算得出的铆钉长度L’需要根据圆整原则进行圆整，以标准化铆接铆钉的长度。圆整的原则是：
（1）对大直径铆钉而言，L=L’-，即向下靠一级；
（2）对小直径铆钉而言，L=L’+，即向上靠一级。
2.自冲铆接板材厚度选择原则
如果铆钉的直径及长度已经确定，也可以最优化铆接板料的厚度。设所铆板料的理论总厚度为T’，则
T’=L-C （3）
其中C由式（2）式求出。所铆板料的实际总厚度如下：
（1）对大直径铆钉而言，T=T’+，向上圆整；
（2）对小直径铆钉而言，T=T’-，向下圆整。
3. 自冲铆接模具的设计方法
图三中的下图为模腔的尺寸图，它由内壁、中间圆锥和下底组成。内壁的底径为D， 一般具有5o的拔模斜度即可。对模腔的尺寸参数设计如下：
1）深度h
深度与铆钉伸出板厚的长度有关，见式（2）中的C值；一般为2.17mm，或小一些，但应大于1.5mm。
2）内壁的底径D2
显然，图三中D2应大于铆钉扩张后的上部直径，取
D2=Da+0.8t2 （4）
式中t2为下层板料的厚度.
3）圆锥底径D2
一般而言，（D2-D1）/2=1.5～2.0mm，即
D1= D2 -（3～4）mm.
4）中間圆锥的设计
中间圆锥的设计参数有：凸台高度t、圆锥角度α和顶部圆弧半径R。如果假设三个参数中R为非独立参量，则
（5）
当D1、h和t值确定之后，按照α=35o～50o选取，注意α值不宜过小，R值不宜过大。
三.冷作自冲铆接常用检测方法
冷作自冲铆接工艺参数的选择一般通过铆接效果来进行评估。通过力学试验定量地测试铆接质量的优劣，包括铆接的牢固程度和耐久性。
1.拉伸试验：对搭边铆接后的试件进行拉伸测试，主要测试其抗剪切能力，以检测铆接的牢固性。
2.撕裂试验：对弯边成型的铆接件，检测其连接的牢固程度，主要采用撕裂试验，测试其撕开力的大小。
3.疲劳试验：对承受持续振动和交变载荷的铆接件，需要测试其抗疲劳性能，用来评价铆接件的疲劳寿命。
结论：
影响铆接质量的主要因素是模具的几何形状、铆钉的尺寸以及铆接板材的性能尺寸。为了满足不同的铆接效果，需要进行不同的铆接测试，而提高铆接效果的关键就是以上几个参数的选择，根据不同的条件，选择合适的铆接参数才能获得良好的铆接件。
参考文献：
[1]刘瑞军，李双义，张连洪. 自冲铆接技术在汽车车身轻量化中的应用[J].汽车技术，2006年第4期
[2]李晓静，李双义.自冲铆接工艺的研究及改进措施[J].天津理工大学学报，2005年第21期