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【通用連接技術基礎】鉚接技術簡介

來源:本站   發布時間: 2022-01-17 10:35:47   瀏覽:20次  字號: [大] [中] [小] [收藏]
Hi,大家好,今天是我們基礎概念介紹的最后一篇,介紹鉚接相關的一些基本知識,之后我們會結合大家的一些需求來介紹一些更專業的技術內容,從廣度變為深度,講解特定應用或特定難點的實現
言歸正傳,我們接下來還是來介紹我們今天的主題:鉚接技術
鉚接的定義及歷史
鉚接的英文是Rivet,是一個機械詞匯,利用軸向力將零件的鉚釘孔內的鉚釘墩粗并形成釘頭,使兩個或多個零件相連接的方法
鉚接在公元前3000年就已經出新了,最早發現的鉚接源自于埃及,用于制造木制的工具,后來木鉚釘被高盧人用來進行緊固,公園7、8世紀的維京人在他們的船上也使用到了木鉚釘,木鉚釘的使用一直延續到了19世紀初,鋼鐵工業的發展解決了木鉚釘容易開裂的問題,使用金屬的鉚釘,使結構更牢固,即使是鉚接厚的材料也沒有問題。從那個時候開始,其他的連接技術也在快速發展,但直到現在,鉚接技術還是廣泛的應用于材料連接應用上,包括航空、航天、航海、車輛、空調、家具等
 
鉚釘材料
為了能夠長期可靠的進行材料連接,實心和盲鉚釘一般都是金屬制成的,常用的金屬材料包括:
1.鋁
鋁是一種銀白色金屬,具有輕量化的特性和一定的耐用性,一般會在鋁制的鉚釘材料里面添加一部分的鎂,添加了鎂之后的鋁合金更牢固,抗拉伸強度更高,通常這種輕量化的鉚釘會用在制造機翼、車輛或空調系統等

2.高碳鋼
一般碳含量超過0.5%。高碳鋼具有耐磨的特性,通常會用在相對惡劣的使用環境下,如飛機、汽車等的制造上

3.鋼鐵
鋼鐵里面的碳含量一般會更低一些,從強度上來說也會比高碳鋼差一些,但也具有相當的耐用性,因此也經常用在飛機、汽車等的制造上,在建筑和夾具上也會經常用到

4.不銹鋼
不銹鋼是鐵、鎳和鉻的合金,里面的鉻在其表面形成一層薄薄的保護層,使其能夠具有一定的防銹能力。不銹鋼的強度也相當高,有相當的耐用性,尤其適合需要防銹的場合
5.銅
銅相對來說較軟,具有導電的特性,在承壓的情況下能夠有一定的變形,不太容易斷裂,由于其出色的導電和導熱特性,經常用來制造電氣產品

6.銅鎳合金
通常由銅、鎳、鐵、鎂等合成,提升其強度,銅鎳合金具有防銹和抗壓的特性,在高溫情況下也有較好的表現,在造船業上使用較多

7.黃銅
黃銅是銅鋅合金,是一種具有高強度和易成型特性的材料,黃銅也是一種低摩擦的材料,不容易出現火花,這個特性使黃銅適合用在燃氣應用上
8.鍍層
很多鉚釘上有鍍層,通常會有鍍鋅和鍍鋼的方式使其具有防銹的特性或提升強度
 
鉚釘的種類
1.實心圓頭鉚釘
這是一種最古老和最可靠的緊固方式,在青銅時代的時候就有應用。這種鉚釘的基本組成部分包括一根軸和一個頭,通過錘子或鉚槍進行鉚接,通過壓裝的方式也能夠對這種鉚釘進行鉚接

這種鉚釘通常用在需要高可靠性、安全性的場合,例如飛機,有些工匠還使用實心鉚釘來制造中世紀盔甲、珠寶和金屬裝飾品
高強度結構鋼鉚釘在技術逐漸發展的過程中逐漸被高強度螺栓給替代了,主要原因是高強度的結構鋼鉚釘的安裝需要熟練工來進行鉚接,而一般高強度螺栓只需要簡單培訓就可以由一般的工人進行安裝
2.半管狀鉚釘

半管狀鉚釘和實心鉚釘挺像的,除了在鉚釘的尾部有一個空心的孔,通過這個孔就可以使用較小的力將這塊區域壓開
3.盲鉚釘

也就是我們常用的拉鉚的鉚釘,有時候也被稱為“POP”鉚釘(POP其實是原先的一個鉚釘制造商的品牌名稱,后來被史丹利給收購了)。這種鉚釘一般是空心的,中間有一根芯軸,頭部有一個突出設計,并且設計了一個相對較脆弱的區域,將鉚釘大的一頭放入鉚釘孔內之后拉動芯軸,頭部的突起就會擠壓空心部分使其變形,在受到一定的力之后,芯軸就會斷裂完成鉚接

由于這種鉚釘只需要在被鉚接零件的一側進行鉚接,不需要知道另外一面的情況,所以被稱為盲鉚釘
盲鉚釘是一種非常流行的鉚接方式,安裝方便,連接可靠,安裝工具的成本低廉,安裝質量容易控制,從手工裝配到機器人自動裝配都有廣泛的應用

4.Oscar鉚釘

這種鉚釘的原理與盲鉚釘類似,也是只需要在被鉚零件的一側進行操作,區別是這種鉚釘的空心部分一般會有幾道挖空區域(一般是3道),在拉動芯軸的時候,這些挖空區域能夠使鉚釘頭部擠壓變形而展開
5.驅動銷鉚釘

驅動銷鉚釘的結構也與盲鉚釘類似,區別是它具有一個較短的芯軸,同時芯軸不是往外拉,而是往里面敲進去,同時撐開空心套,實現緊固的目的
6.平頭鉚釘
平頭鉚釘主要用在金屬外表面,這些外表面通常需要較好的外觀和消除不必要的空氣阻力
平頭鉚釘一般安裝在沉孔里面,因此也被稱為沉頭鉚釘,經常用在飛機的外部安裝上

7.自沖鉚釘
自動鉚釘和實心鉚釘、盲鉚釘等不同,它不需要鉚釘孔
自沖鉚釘是冷鍛出來的一種鉚釘,半空心狀,尾部的外形使得鉚釘能夠方便的穿刺被鉚接的材料。一般來說,自沖鉚釘穿透材料的第一層,但并不穿透最后一層,它使最后一層出現一定的形變,形成一個凸起
通常自沖鉚釘的材料硬度要高于被鉚接材料

拉鉚形式由于其最終尺寸控制無法做到非常精準,而且一般都會需要處理斷裂后的芯軸,在實際應用中更常見的是手工裝配,在工業應用中逐漸被實心鉚釘替代,使用各種不同形式的鉚接設備實現自動化
 
常見的鉚接應用

青銅時期將劍柄與劍刃鉚接在一起

中世紀騎士的板甲鱗片鉚接

Britannia Bridge(加熱至1000℃后進行鉚接)

埃菲爾鐵塔,使用了250萬個鉚釘建成
 
幾種常見的自動鉚接方式之間的區別
1.壓鉚
壓鉚是比較古老的一種鉚接方式,通過對鉚釘的一側軸向上施加壓力的方式使鉚釘變形成一個鉚釘頭,這種鉚接方式通常需要較大的壓力使材料變形

一般鉚桿與鉚釘的接觸部分是整個鉚釘頭部,因此使鉚釘變形所需要抵抗的拉伸力也會更大一些

鉚接完成后我們通過對鉚釘頭的金相分析,可以看到它的微觀結構上出現了明顯的硬化現象,鉚釘頭會變得更加脆弱,易裂開。在使用壓鉚的時候要注意鉚釘在鉚釘孔里面的墩粗問題及鉚釘頭裂開的問題

不過這種鉚接方式有一個優點:節拍短,通過施加一個大的壓力能夠快速完成鉚接
2.旋鉚
旋鉚,通常也被稱為圓周旋鉚,是使鉚桿在鉚釘頭部按照圓周方向的一個固定角度進行旋轉

鉚桿在旋轉的時候由于鉚釘材料在不斷被擠壓變形,鉚桿與鉚釘的接觸面一般都是圓半徑的一條線段,鉚釘的形狀也會影響到這根接觸線

鉚接完成后鉚釘頭也一定程度上被硬化了,也會有一定程度上的鉚釘頭裂開的風險,但是由于圓周旋鉚所需要的鉚接力一般比壓鉚要小一半左右,墩粗現象會得到更好的控制,但相應的鉚接速度會慢一些,同時由于鉚接過程中是一根接觸線的滑動和碾壓,整個鉚接過程的噪音會相對大一些

圓周旋鉚比較適合用在管狀鉚釘上,將空心的鉚釘通過向內或向外碾壓的方式展開,實現鉚接的目的,相較于壓鉚,能夠更好的進行最終鉚接頭外形和質量的控制,是目前用的比較多的一種自動鉚接方式
3.徑向旋鉚
徑向旋鉚是在圓周旋鉚的基礎上衍生出來的一個鉚接技術,鉚桿不再是簡單的進行圓周方向的旋鉚,同時還會有一個偏心圓的旋轉方向,鉚桿不斷在從垂直放行到最大角度進行變化

由于其旋轉軌跡的特性,在碾壓鉚釘的過程中,鉚桿與鉚釘的接觸面從線變成了點,因此鉚接使鉚釘變形所需要的鉚接力也降低到了約40%的壓鉚力,鉚接過程的摩擦和噪音也會比較小

由于鉚接過程中的軸向力相對大一些,徑向力較小,徑向的強度仍能夠有效達到,鉚釘的微觀結構上也幾乎沒有受到影響。同時由于鉚接過程中與鉚釘是點接觸,因此非圓柱形的鉚釘也可以進行鉚接,鉚接完成之后,鉚釘孔內的墩粗情況也是三種鉚接方式中控制的最好的

徑向旋鉚技術是20世紀才出現的鉚接技術,最早是Karl Friedrich在1966年申請獲得的專利。由于徑向旋鉚技術能夠更好的控制最終鉚接質量,并且鉚釘頭的形狀外觀也更美觀一些,徑向旋鉚技術在工業應用中越用越廣。在專利期過期之后,有越來越多的廠家開始使用這項專利技術自己生產徑向旋鉚機,使徑向旋鉚技術獲得了極大的推廣

 

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