|自穿铆接技术进展

根据P＆S市场研究的一项新的研究，全球刺穿铆钉技术（SPR）的销售将以2016年至20222年的累计年度速度增长26％.P＆S预测全球制造商将在2022年消耗400亿件紧固件。

这是很多铆钉。Anthony A. Salisbury，Atlas Copco Group的自刺铆钉业务经理，采用了一粒盐，但他仍然同意SPR的前景很好。他说，原因可以在一个短语中总结：汽车轻量化。为了降低车辆重量，汽车制造商越来越多地使用“异国情调”材料，如铝和高强度钢，在身体部件中。

索尔兹伯里说:“汽车工业用铝和钢制造汽车已经有几十年了，当然，不是现在市场上的那种铝和钢合金。”“这些材料不喜欢焊接。铝焊接时很脆。高强度钢的强度来自热处理，如果是焊接的话，它会失去一些强度。而且，如果你想在车身上同时使用这两种材料，你就不能简单地把铝和高强度钢焊接起来。你必须使用机械紧固件，这就是SPR的用途。”

SPR是一种冷连接工艺，用于紧固两片或多片材料。在装配过程中，铆钉在可控的力下被打入材料堆中，刺穿顶层或多层。在模具的影响下，铆钉径向扩展到底层或板材，形成强大的机械联锁。铆钉不会穿透最后一块材料。从开始完成后，安装需要1.3到3秒钟。

SPR可用于固定各种材料，包括钢，铝，尼龙织带，塑料和橡胶。它还可以加入镀锌或预涂料的材料，而不会损坏涂层。

根据材料的不同，该工艺可用于紧固复合材料厚度1.6至8毫米。理想情况下，底层应该至少1毫米厚，顶层应该至少0.5毫米厚。

与其他连接方式相比，SPR具有许多优点。不需要钻孔或表面处理。它安静，易于自动化，不产生烟雾或火花。它可以连接多层材料和混合材料。它产生的接头具有较高的静强度和疲劳强度，并能产生水密接头。它还允许在关节区域存在润滑剂或粘合剂。

索尔兹伯里解释说:“当把钢和铝连接起来时，你总是在两种材料之间涂上一层粘合剂。”这种粘合剂可以防止腐蚀，提高接头的抗振性。

SPR也有缺点。铆钉确实会增加装配成本和重量。该工艺需要接触到装配的两边，并且需要相对较高的插入力。虽然铆钉头可以与顶部表面的组装，一个联合按钮是在底部产生的。易碎材料，如压硬钢，不能用于模具装配的一侧。

更好的紧固件

管状和半管状的SPRs通常由钢或不锈钢制成。直径范围为3到7毫米，体长范围为3到14毫米。标准头型包括沉头、平头、平头和圆头。特殊的头，如锡，双头，螺纹螺柱和立式销，也可提供。

铆钉可以镀锌;锌和锡;AlMac(锌、锡和铝的结合体)。

在过去的几年里，铆钉制造商需要调整他们的设计，以加入汽车制造商使用的新材料。

“当我在1999年开始为车辆设计的SPR接头时，汽车工业使用5000系列铝。它很柔软，“索尔兹伯里召回。“现在使用的合金更像是飞机级铝。他们更难和更强大。

“传统的SPR不足以刺穿在这些更高的强度铝中。您必须申请安装这些铆钉的力量远高于他们曾经是的。在2000年代初，我们使用60〜65千杆杆，插入铆钉。如今，我们正在使用85千克，将相同的铆钉插入这些新的铝合金。这意味着更大，更强，更昂贵的工具。“

高强度钢的情况也一样。索尔兹伯里说:“上世纪90年代末，我们使用的是抗拉强度在250至350兆帕斯卡之间的钢材。“现在，我们使用的是抗拉强度为1500兆帕的钢。传统的铆钉根本不适合这些材料。”

为了解决这个问题，阿特拉斯·科普柯和其他SPR制造商在铆钉设计上投入了大量的工作。今天的spr不仅可以穿透这些更坚硬的材料，而且可以达到oem上一代材料所需要的同等强度。这意味着oem不需要投资更大的工具和更大的机器人。更少的力也降低了开裂的风险，较少的韧性材料。

安装了电动

汇编程序有一系列安装SPR的选项。对于低批量应用，手动操作，快速作用的液压工具和便携式，手持式，电池供电的工具。

对于更大规模的应用，铆接设备可以是固定的，机器人或集成到一个组装单元。无论哪种方式，铆钉setter和模具安装在一个c框架，这必须足够大，以允许进入区域的铆接。用来安装铆钉的力可以来自液压缸或伺服马达。

索尔兹伯里说:“过去10年最大的不同是液压执行器的使用在减少。”“大多数制造商现在喜欢使用伺服技术来安装铆钉。随着伺服技术，你可以使用非常精确的编码器告诉你，如果你已经把正确的铆钉在正确的地方，在正确的时间。这些系统可以在出现问题时立即告诉您。伺服技术也更节能。”

装配程序也有几种选择，可以将紧固件送至铆接装置。送带速度快，成本效益高，维护费用低。通过吹风送料系统，铆钉从远程料斗提供，并通过管吹风到铆钉定型机。单送和双送系统是大容量应用的理想选择。给料机直接安装在铆接设备上。铆钉通过重力提供给工具。这些系统提供了快速的周期时间和更大的自由运动的铆钉定型机。

使用哪一种取决于应用程序。“这归结为灵活性，”索尔兹伯里说。“实际喂食时间是差不多的。带进料器的运动部件较少。它更健壮，更容易维护。然而，当磁带用完时，必须有人进入单元换卷。吹料器和杂志料器可以从细胞外填充。”

摩擦SPR

虽然SPR提供了许多优点，以加入轻，但坚韧的材料，过程确实有三个主要的限制。

首先，由于SPR接头中的严重局部变形，在接合的低延展性材料（例如镁合金或浇铸铝等时，裂缝也可以在接头内部和所述接头的底表面发生。这种裂缝可能对关节的机械性能和疲劳寿命产生不利影响。

该过程的另一个缺点是，它需要访问程序集的两端。因此，该技术不能用于封闭或半封闭结构，如铝挤压。

最后，当SPR作为堆栈的底部材料时，它会有紧固高强度钢的困难。由于高强度钢的抗变形能力大，SPR可能无法形成有效的咬边来机械锁定所有材料。

现在，上海交通大学的研究人员开发了SPR工艺的变体——摩擦自穿透铆接——有望克服这些限制。新工艺将SPR的机械连接机制与搅拌摩擦点焊的固态连接机制相结合。

摩擦SPR的执行方式与标准SPR相同，除了铆钉在被推入材料堆时以高速旋转。一个热
机械过程，摩擦SPR可以用或没有模具来支撑堆的底部。对于低延展性材料，使用皮管芯。对于底部顶部和高强度钢上的轻质材料的堆叠，使用平坦的模具。

铆钉和材料之间的摩擦产生足够的热量来软化材料并帮助形成联锁，但没有太多的热量使材料焊接在一起，而不是机械连接。

产生多少热量取决于材料、紧固件的设计、转速以及将紧固件推入堆栈时的力和速度。例如，要将铝与镁结合，需要采用两阶段的工艺。在第一阶段，铆钉在高速旋转(3600转/分)的同时缓慢进给(4毫米/秒)，以产生足够的热量来软化材料。在第二阶段，铆钉以高速进给(11毫米每秒)，但旋转更慢(600转/分)，以实现一个大的扩口柄在模具的指导下。

由李永兵，博士领导，博士，研究人员在三个样品叠层上成功地测试了它们的新工艺：铝合金到镁合金;铝合金具有单面接入;和铝合金高强度钢。