薄板结构件的加工.doc

薄板結構件的加工
落合和泉著
第5章 零件結合法
5.1焊接
5.1.1焊接和各種薄材金屬零件的結合法
用于進行切割、折弯及成形等塑性加工的金屬薄板零件﹐都可以組合成更複雜的部件。表5.1.1所示為各種結合法及其特徵。
一般情況下, 金屬薄板結構件在組合過程中﹐選擇焊接的比例比較多。但是像渡鋅鋼的連接﹑小型單層機殼的組裝﹐以及難度大且極易變形薄板的緊固安裝等, 鉚接﹑鉚釘結合或粘接結合的方法也都會用到結合。
表5.1.1薄材金屬零件的結合技術

15

結合法
外觀
強度
不同材質結合
精度
再分離
大部件結合
熱影響
前後處理費
量產性
設備費
焊接
△-◎
○-◎
△
△-□
─
◎
△
□
△-□
△-◎
釬焊
□-◎
□-○
○
○
□
□
□
△
□-○
□-○
鉚接
□-○
△-□
◎
◎
△
□
◎
◎
◎
□
鉚釘結合
□-○
□
◎
◎
○
◎
◎
◎
□
○
螺柱結合
△-○
□
◎
○-◎
◎
◎
◎
◎
△
◎
粘接
□-○
△-□
◎
○
□
○
◎
△
△-□
○

“◎”最好 “○”良好 “□”一般 “△”不好 “─”不可能
強度高的構件, 最適合連續捍接。可是對于薄材來說﹐因為容易發生變形而難以進行連續焊接。所以可以採用較好方法是間斷弧焊、點焊等焊接方法。
鉚接、鉚釘緊固、螺柱結合等方法,一般用於不需要進行表面噴漆處理的毛坯材料及不銹鋼板等零件的加工。這些方法不需要進行中間組裝,可以在組裝生產線上直接組裝。雖然這些方法所用原材料價格昂貴,但與焊接不同的是﹐不需要在焊接後進行精加工和噴漆處理﹐所以不需要大型噴漆裝置。由于省去焊接之後的噴漆作業環節,可以防止生產線上半成品積壓,達到降低綜合成本的目的。
噴漆前﹐構件要保持原來的框架狀態﹐噴漆面要按要求碼成平面狀,放置在組立現場的這些零部件通過採用類似裝配的方法﹐利用鉚釘進行小批集約, 從而可以提高噴漆、搬運的效率和結構件(框體)的精度,也可以降低綜合成本。
加工薄材金屬容器時,主要也是採用焊接的結合法.但是對強度要求不高的小容器,多採用鉚接、釬焊及粘接等結合方法。
對於需要氣密﹑水密的容器,一般是採用密封性好的焊接工藝。具體選擇那種焊接工藝方法﹐還要考慮工件的結構尺寸﹑強度﹑材質及後處理等問題, 最後選出能確保密封性要求的鉚接、釬焊或粘接的最佳(有效且整體成本低)的結合方法。
綜上所述﹐結合方法不但與材料材質有關, 還將影響到整個生產流程的效率,所以有必要進行認真地檢討。

5.1.2焊接
焊接是將2個工件的接合部位相互熔融,並且是添加填充金屬的同時熔融,讓原子結合的結合方法。接合的部分,基本上成為和母材保持同一強度的連接構材。
焊接一般採用電弧的熱源進行加熱。
包含電弧焊在內的各種焊接方法,因為都是採用對接觸部材料進行熔融後冷卻結合成一體的方法﹐所以在對局部進行的加熱、熔融、冷卻及凝固等處理後, 必然會出現下列復雜的變形現象。
(1) 產生殘留應力
加熱板材的一個部分時,雖然這個部分發熱膨脹會向周圍擴展,但這部分加熱時屈服應力變低了,周圍部分的變形不會擴張, 變軟膨脹的部分會隆起﹐而焊接後隨著冷卻的進行,這部分收縮後會恢復到常溫時的強度﹐所以隆起部分不會變薄, 導致周圍出現收縮﹑拉伸變形或拉伸殘留應力現象。當加熱部熔融、凝固的時候,這部分殘留應力會隨之擴大。
焊接部位是對接焊﹑邊角搭接焊或其它接合方式焊時﹐在熔融、凝固過程中﹐由於工裝夾緊﹑板厚差異﹑焊縫有無開坡口﹑焊接填充金屬量等問題,會產生各種程度的變形收縮和殘留應力。
這些殘留應力﹑熔融和凝固組織是焊接部為的強度降低的原因。
板材較薄時, 焊縫產生的收縮以及拉伸殘留應力與焊縫外部的平衡壓縮應力比較難以控制。如圖5.1.1所示,板材的周邊會出現起伏不平的彈性縱向彎曲。

彈性縱向彎曲也不好控制。要想不影響外觀是困難的,所以像這樣容易變形的工件焊接﹐只能選擇熱量輸入少﹑殘留應力少的焊接方法。
像圖5.1.1那樣縱向彎曲時,如果在圖中板材的兩側,有一道焊縫和平行的折彎綾線,就能防止縱向彎曲。一般我們希望薄材結構件的焊接位置是截面形狀中有剛性的位置。
如果利用點焊、凸焊、鐳射(激光)束焊、電子束焊等熱量輸入小的焊接方法的話,就可以避免這個問題。
(2) 焊道
熔融凝固的部分,變成了和母材不同組織的焊道, 焊道有時比母材軟,有時比母材硬。
焊接薄板時,為防止燒穿應利用墊材,加熱寬度也應減窄。這是因為焊道部位一受到淬火(驟冷) 作用,焊道會馬上膨起,比其他部位焊道的強度高出許多。
不填絲焊時,澆注不足(圓角)時候,因為使用的是熱量集中、熱量寬度小的焊接﹐所以焊道部位是從周圍淬火(驟冷),焊道部位就會比母材的強度高。但是因為對接部位有縫隙,這個部位的焊道會變薄,其厚度就會變成原先厚度的80%以下,所以必須考慮對接部位的精度不良問題。
焊道外觀要求保証美觀時,通常採用TIG焊接、等離子焊接和MIG短弧焊接。在任何時候,只要在曲面部位、隅角部位等以外的平面位置焊接,就不能避免板面的彈性壓彎引起的彎形。
(3) 熱影響區
非鐵金屬等材料在焊接加工硬化時,接近焊道受電弧熱影響的部份母材區域﹐叫熱影響區。熱影響區因受電弧熱影響而變得最軟。必須注意發熱程度和軟化程度因材而異。像鐳射(激光)束焊﹑電子束焊等輸入熱量小的焊接, 其所產生的熱影響區也較小。
5.1.3
用於薄材金屬結構焊接方法的特徵比較,如表5.1.2所示.
5.1.2薄材金屬零件之焊接方法
焊接方法
適用材料
薄材推崇作法
最小
板厚
接合部
位外觀
變形
熔渣
噴濺
焊接
速度
消耗
費用
設備
成本
氣焊
鋼,AL,黃銅鍍鋼板
細徑火口
0.5
○
△
□
△
○
◎
電焊(焊條)焊
鋼,SUS,Cu鍍鋼板
細線棒
1.2
△
△
△
△
□
◎
MIG焊
鋼,SUS,AL,Ti
脈沖電源
0.8
□
△
□
□
△
○
MAG(CO2)焊
鋼,鍍鋼板
Short arc
0.8
□
△
△
○
□
○
MAG(混氣)焊
鋼,鍍鋼板
Short arc
0.8
□
△
□
○
□
○
TIG焊
大部分材料都可以
脈沖電源
0.5
◎
□
◎
△
△
○
等離子焊
大部分材料都可以
Microplasmd
0.3
○
○
◎
□
△
○
鐳射焊
鋼,SUS,Zn鋼板

0.2
○
◎
○
◎
□
△
縫焊
鋼,SUS,Zn鋼板

0.5
□
○
○
○
◎
□
滾焊
鋼,SUS,Zn鋼板

0.5

□
○
○
○
◎
□
點焊
鋼,SUS,Zn鋼板、AL

0.4
◎
◎
○
○
◎
○
凸焊
鋼,Zn鋼板

0.3
◎
◎
○
◎
◎
□
螺柱焊
鋼,SUS,Cu,AL
Percussion
0.5
◎
◎
○
○
◎
◎
“◎”最好 “○”良好 “□”一般 “△”不好 “─”不可能
在下表的焊接之中,有氣焊﹑包劑焊(塗藥電焊)﹑MIG焊﹑CO2 焊﹑混合氣焊﹑TIG焊﹑等離子焊等焊接方式。必須注意的是輸入熱量的多少各有不同,必須正確理解5.1.1項中所講到的薄材焊接的注意事項。
薄材結構件在焊道不太長的重要位置上, 周圍的剛性很高,隅角等位置的焊接,可以靈活運用上述的焊接方法。
CO2 鐳射(激光)焊、YAG鐳射(激光)焊等鐳射(激光)束焊在對接(平接)的時候,既使是平板部位,如果對接線精度好的話除了可以保証不變形﹐焊接部位厚度始終不變。另外,還可以進行搭接焊,可以只熔穿一張板厚的板。因為輸入熱量的控制性好,所以可以保証美麗的外觀,不發生變形現象。
然而,這些焊接的設備價格很高,必須對工藝進行變更設計以節約材料﹑後加工等涉及加工系統全體整合的費用。輔助周邊設備必須達到高精度﹐才能使這些設備發揮其特點。
縫焊、滾焊、點焊、凸焊等電阻焊受電極形狀的限制,焊融部位在板材表面不同的位置,輸入熱量少,所以是結合薄材結構件非常有效的焊接方法。尤其是點焊,可以承接一切薄材結構件的加工。
(1) 氣焊
氣焊就是利用乙炔火焰加熱來進行焊接,所以弧長和弧焊不同。其優點是可靈活變更被加工材料和火焰之間的距離, 隨意調整加熱組合以適應薄材鋼板的焊接和釬焊等。問題是加熱範圍廣﹑加熱時間長﹑易變形﹑易出現大面積氧化現象。
(2) 電焊(焊條)
電焊就是利用焊條和被焊母材之間產生的電弧進行焊接。電焊設備結構簡單﹐故可以在狹窄的空間內進行焊接。因為它任何姿勢都可以焊接,所以可以對框架結構的機架進行焊接。
(3) MIG焊接
如圖5.1.2結構所示,MIG焊就是採用混合惰性氣體進行保護的焊接。焊絲和保護氣體送給實現自動化。

MIG焊的優點是﹔不僅有可以焊AL等活性金屬,還不要助焊劑、很少發生焊渣和飛濺。缺點是這種焊接設備價格比較高﹑保護氣體也較貴﹐而且電弧穩定性易受風的影響。
加工薄板時,如果用細絲短弧焊接,那麼電弧比較穩定﹑輸入熱量也少﹑焊道很光滑。
雖然設備的價格稍高,但如果脈沖完全相同的話, 粗焊絲同樣也可以進行短弧焊接。
(4) CO2保護焊﹑混合氣保護焊
這兩種焊接方法為普通鋼板(軟鋼)專用,其設備裝置和MIG焊相同。CO2保護焊接所使用得保護氣體CO2與MIG焊相比,它具有保護氣體便宜﹑純度高等特徵,但缺點是焊接時飛濺較多。焊接薄板時,最好是採用細絲短弧焊。
混合氣焊是指,保護氣體是氬氣中混合不到25%的 CO2,與CO2焊相比飛濺很少,所以它具有適應性廣泛(鋼材品種)的優點。只是這種保護氣體價格較高。
(5) TIG焊
是一種以純氬氣為保護氣體, 利用鎢極和被加工母材之間產生的電弧﹐並用該電弧進行焊接的焊接方法。該焊接法具有可焊接金屬材料種類多、不需要焊劑,且很少產生焊渣和噴濺,從超薄板到厚板都可以焊接,無論什麼部位都可以焊接等眾多優點。其缺點是焊接速度慢,電極材料和保護氣體價格都很高。
雖然焊道光滑完美,但如果是非鎮靜鋼類的軟鋼焊接, 焊道就會產生凹痕,所以最好是利用含錳等脫氧劑的焊條。
焊接薄材時,由於是利用脈沖電源,故可以防止產生焊渣,得到美觀的底層。
焊接薄材時使用的鎢極;直徑1.6mm--3.2mm,尖端角度為45°-- 60°。
(6) 等離子焊
等離子焊就是利用從銅造細電極中噴出的高溫TIG等離子電弧進行焊接的一種焊接方法。這個等離子電弧的周圍充滿保護氬氣。
加工薄板時,通過調整電極和鎢極之間的導引電弧,小電流的焊接也可以用穩定的等離子弧焊。
它的用途和TIG焊差不多,與TIG焊相比,電極消耗少,電弧的能源密度高,且縱向方向的電弧均勻.所以電弧長度變化給焊接效果的影響較小.缺點是它的安裝比TIG焊復雜.
(7) 雷射光束(激光)焊
是一種以紅外線鐳射為熱源的焊接。激光具有高能量﹑高密度﹑光柱高度集中的特點。因為焊道處的輸入熱量少﹐所以鄰接部位不會受到熱影響。即使是在狹窄的位置也可以焊接。
目前,可以用來進行焊接的鐳射加工機中,有CO2激光、YAG激光。CO2激光的波長是10.6μm, YAG激光的波長是1.06μm.。因為CO2激光的容量大,所以普及台數多,但因為波長太長所以不能用玻璃縴維輸送。

鐳射焊接的特徵如下:
(1) 寬度和深度的比例是1:5,所以可以進行深度焊接加工。
(2) 因為熔深大,所以不需要開坡口。
(3) 由於輸入熱量少,所以基本沒有焊接變形,變形率是TIG焊的幾十分之一。
(4) 因為輸入熱量少,所以熱影響區小。
(5) 淬火面窄,所以焊道韌性比其他焊接方式強。
(6) 焊接速度快。
(7) 可廣泛適應于各種金屬焊接。
(8) 脈沖連續控制﹐效果好。
缺點是:
(1) 設備價格高。
(2) 需要激光氣體、透鏡(片)、燈等運行成本。
(3) 必需備有保護透鏡(片)、焊道部位的輔助氣體。
(4) 如果被加工材料中含有氣體或容易蒸發的成分,焊接結果就會變差。
以上特徵中的(3)-(6)是針對薄板的焊接,板厚或強度不同的板用鐳射(激光)焊接之後,其成形加工可以利用定制坯料(坯件)成形法。
(8)縫焊
是將2張板的重疊部位(如圖5.1.3所示),夾在旋轉的圓盤形狀的電極輪上﹐連續進行加壓、通電、點焊加工﹐使之實現線狀接合的加工方法。如果對焊接線反復間斷通電,進行連續點焊加工,就必須准備密封接合線,暫停通電的焊融部位也必須重合, 重合量可通過調節暫停時間來控制。
焊接中會有部分無效電流,縫焊所需的電流是點焊的1.5—2倍,所以也有可能會產生像圖5.1.1那樣的變形。

(9) 擠壓滾焊
如圖5.1.4所示,縫焊的重疊餘量是板厚的幾倍, 在擠壓的同時對接合部位進行焊接的方法叫擠壓滾焊。由於一焊就會發生飛濺,所以必須在鍛接的範圍內選接可以接合的條件進行焊接。
鍛接比電焊的可靠性高,作業環境好,最適合於容器的縱向連接。從目前來說,不同材質板料的連接,鐳射焊接也常使用。
(10) 點焊
點焊是把重疊板壓緊在2電極之間﹐在加壓的狀態下,短時間通高電流,利用電阻熱熔化母材金屬﹐形成焊點的方法。這時,必須選擇合適的電流﹑加壓力以及通電時間。母材和上下電極,板與板之間的接觸電阻和材料自身存在的電阻等可以發熱焊融。但在電極的接觸位置,這個熱量避開了電極﹐所以電極接觸表面不呈現出焊融部, 而電極內側的2塊母材的接觸部位中心會產生透鏡形狀的熔核使之接合。
熱量過大,表面就會焊化;板材的重疊量太少,焊融金屬產生向外飛散現象。
因為點焊的焊融部不出現在表面,輸入熱量少.同時也給接合部位加壓,除了在電極的加壓部產生淺淺的壓痕之外,整塊板很少發生變形,很少產生氧化膜,所以適合薄板的焊接。被廣泛應用于薄板結構件的焊接。
點焊時﹐端面到焊點的距離,焊接點和焊接點的距離,2塊板厚度比等都有限制值,所以必須非常瞭解這些知識靈活運用。
我們推薦最好是使用如圖5.1.3所示以RVOMA(美國電阻焊機製造者協會)軟鋼板的點焊連接的尺寸為標准,和表5.1.4所示的RWMA交流電源點焊(軟鋼)工藝條件。
由於點焊在表面看不見熔核部位,所以必須按圖5.1.5的各種參數要求嚴格管理,必須有非常健全的品質管理和保証的體系。在JIS(Z3140)中規定有點焊的檢查方法。
軟鋼板中板厚與強度的關系如圖5.1.b所示。圖中A.B.C線與表5.1.3中的實驗數據平均值相對應。
表5.1.3點焊部位尺寸
板厚(mm)

最小重疊(mm)

最小間距(mm)

電極(mm)

0.4
10
8
3.2
12
0.6
11
10
4.0
12
0.8
11
12
4.5
12
1.0
12
18
5.0
12
1.2
14
20
5.5
12
1.6
16
27
6.3
13
2.0
18
35
7.0
16
2.3
20
40
7.6
16
3.2
22
50
9.0
16

表5.1.4 點焊的推荐條件
板厚(mm)
A類
B類
C類
時間(h)
加壓力(kgf)
電流(A)
時間(h)
加壓力(kgf)
電流(A)
時間(h)
加壓力(kgf)
電流(A)
0.4
4
120
5400
8
75
4400
20
40
3500
0.6
6
150
6600
12
100
5500
26
50
4300
0.8
8
175
8000
16
120
6400
32
70
5000
1.0
10
220
9000
20
150
7200
36
85
5600
1.2
12
275
10000
23
175
8000
42
100
6100
1.6
16
370
11600
30
230
9200
52
135
7100
2.0
20
480
13200
38
300
10400
60
175
8000
2.3
24
570
14400
43
330
11000
65
200
8600
3.2
32
820
17400
60
480
13200
84
285
10200
但是加工箱狀工件時.由於結構復雜, 形狀不同﹐內外電極插入加壓受到限制。這時可使用單側通電點焊法。如圖5.1.7所示的間接法及圖5.1.8所示的系列法等。
間接點焊法,是在下側板的下面,既使是噴漆的時候,沒有電流通過也可以焊接,因為漆膜變冷卻,所以漆膜不會磨損可直接焊接。
對於有口徑的結構件(框體), 多數從外側電報通電,內側條狀電極可以使用專用機送入和取出。
點焊雖然可以用於高強度鋼板、不銹鋼板、鋁、亞鉛鍍鋼板等加工,但由於這些材料比軟鋼材的加工條件難度高,所以必須注意表5.1.3的結構尺寸要求。
加工軟鋼板時,以鉻銅為焊接電極﹔但加工高強度鋼板﹑不銹鋼板時,則以鈹銅為電極﹔加工鋁板時,以鉻銅為電極。
圖5.1.5影響點焊強度的因素

(11) 凸焊
點焊是在點和點接近的地方分流,所以必須是在一塊板上形成一個突起的點, 在這個突出面上面通電焊接的方法稱為凸焊。這個方法在板厚相差超過5的情況下,厚的一側凸起,可以保持熱量平衡進行焊接。並且如果是利用環形回路進行凸焊的話,焊接後還可以保証這個突起部的內外密封性。
進行凸焊的同時,必須有與焊接點數相同的大電流﹐專用電極和特殊焊接電源。
(12) 螺柱焊
在板材上放一個雙頭螺柱,有螺柱(點焊)焊法﹑沖擊(儲能)螺柱焊接法兩種,而薄板一般採用的是沖擊螺柱焊接法。

5.2釬焊
釬焊是一種不讓接合的母材相互焊融,通過和母材組合不同融點的低釬料﹐在母材縫隙間焊接凝固﹑釬料和母材相互熔析的接合方法。
這時使用的助焊劑,起破碎母材表面的氧化物﹑保護釬焊和母材等作用。因為釬料熔化快﹑凝固慢,所以在加工各種材料時都可以使用。
一般來說,由於低融點的釬料比母材的強度低,所以即使釬焊處沒有空隙等缺陷,接頭處的釬料強度也很低。但是在縫隙合適的情況下,所結合的釬料部位的強度比母材精密,比釬材單獨的拉伸強度大許多。
如果是重疊連接,就要增加釬料的面積,釬材部位的強度就沒有問題。但如果是接合部分,無論怎樣設定浸透釬料的間隙, 釬料都會完全被浸透,所以探討連接處的形狀,成了一個重要的課題.
加工薄板時,角部、彎曲處、隅角處的連接是釬料最容易浸透的部分.
表5.1.2釬材和焊劑
釬材
主要元素
焊劑
溫度範圍
適應材料
焊錫
Pb、Sn
松脂、磷、鹽、氟化物
185—315
鋼Cu、Al、SuS
鋁合金釬料
Al、Si
氯化物、氟化物
580—615
Al、Al合金
銀釬
Ag、Cu、Zn
硼酸、氟化物、硼氟化合物
620—800
除Al、Mg以外的金屬材料
磷銅釬
Cu、P
鹽、氟化物、硼氯酸
720—925
Cu、Cu合金無焊劑也可以
黃銅釬
Cu、Zn
硼氯酸、氟化物、硼氟化合物
820—935
除Al、Mg以外的金屬材料
鎳釬
Ni、Cr、Si、B
硼砂、硼酸、硼氯酸
875--1135
除Al、Mg、Cu以外的金屬材料
表5.2.2釬焊法
釬焊法
釬材供給
反應促進、表面保護
薄材結構的應用
簡便性
釬焊烙鐵
釬料釬焊、焊料釬焊
焊劑
線、極薄板的結合、槽、縫隙等的平滑化
◎
吹(氣)管釬焊
釬料釬焊、焊料釬焊
還原劑、焊劑
容器和管、管和的接合、球狀、角部平滑化
◎
高周波釬焊
焊料釬焊
焊劑
容器和管、管和管的接合、凸起零件的安裝
□
電弧釬焊
釬料釬焊
不活性氣體
容器和管、管和管的接合、隅角、角部的平滑化
○
爐中釬焊
焊料釬焊
還原性氣體、真空
小型結構的一並接合、熱交換器的接合
△
◎最好 ○良好 □普通 △不好
在表5.2.1中,表示的是適用於薄材結構件的釬料及焊劑。在這些釬料中,大部分都可以用於線材和板材,但磷銅焊料卻是不易加工的,因為它發熱時變成熱旋鍛造加工等的線材.只有鎳和非晶質箔,加入結合材料時多用粉末狀.在表5.2.2中表示的是這些釬焊在實際中適用的釬焊法.
釬焊的選擇與金屬有關.因為金屬的種類很多,所以必須考慮到材料之間的電極電位差和母材生成的金屬化合物等情況.

5.3構材相互間的鉚接結合
薄板結構件,特別是整體式車身、板材相互間的結合,最好是使用鉚接法.特別是焊接不熟練時,電鍍材和表面處理材,利用這種結合法可以最大限度地產生出這些材料的特性.鉚接法不需要進行表面處理等加工可以從事信賴性極高的結合.鉚接加工中 ,塑性加工是一個重要的部門.
關於這些鉚接部的強度,因為沒有能完全除去與單純的卷邊(接縫)相關的東西,所以必須根據形狀結構,參考鉚釘的強度計演算法等推算的強度.
5.3.1各種鉚接法
在表5.3.1中,表示的是各種構材相互間的鉚接法.
(1) 折彎折疊(堅固)
是折彎板的截面,插入其他構材的結合法,多用於沖床中和其他零件結合時的方法,所謂縫邊,實際上是折彎壓花和壓板之間的板擠壓的結構.當以折彎壓花的端面為外徑尺寸時,這部分的折彎位置的移動或壁厚減少必將會影響精度的修正.
表5.3.1構材的鉚接結合
截面略圖
方法
鉚接的位置
連接位置之例
使用工具

縫邊鉚
板邊和板邊的折彎壓花部
在重疊零件的截面處連接
沖床和折彎壓花模

卷邊鉚
板邊的折彎壓花部和板邊的折彎壓花部
平板的連接、筒的縱接
沖床和折彎壓花模

全周邊鉚
板的周邊和周圍壓端間的二重折彎部壓花
容器底部和壁部的連接(可用密封劑氣密)
卷邊接縫專用機

折彎鉚
孔穴和切口彎折凸起部的折彎,孔穴和板邊凸起部的折彎
重疊板的連接
交差板的連接
手動折彎工具,沖壓壓花模具

鈕轉鉚
孔穴和切口彎板凸起部的扭轉
直交板的連接
手動扭轉工具

翻邊鉚
孔穴和翻邊起部的壓花尖端擠壓
重疊板的連接
沖床、鉚合模

壓花鉚
孔穴和板邊凸起部的壓花
直交板的連接
沖床和專用工具

拉伸鉚
孔穴和外伸部分凸起部尖端的擠壓
重疊板的連接
沖床和專用工具

剪切鉚
重疊板的剪切部的板面外部的壓花
重疊板的連接(保護鉚後部的密封性)
沖床和專用工具

外伸鉚(或TOX鉚即托克斯鉚)
重疊板的剪切部的板面外部的壓花
重疊板的連接(保護鉚後部的密封性)
沖床和專用工具
板和板的連接,卷邊(卷邊接縫)也經常用到折彎連接.厚度相同的板組合時卷邊部位的拉伸力由於材料的加工硬化程度和卷邊的寬度不同,所以寬度相同的板大約是拉長時板屈服應力的四分之一.
(2) 全周卷邊鉚
是用卷邊連接在鍋筒時用的方法,因為四周連接,所以隅角部分可以附上折彎範圍的輪廓R.因為這部分的折彎是伸折邊(緣)折彎和縮折邊折彎,所以裂紋(痕)和輪的範圍R一定不要超過折邊寬度.全周卷邊時(全周卷邊接縫),內側板和外側板的卷邊雙縫,在石油罐和罐頭的罐等側壁和底的組立上廣泛使用,並且是使用專用的鉚接機.完全密封時,這部分的焊錫名於密封劑並用.
(3) 折彎鉚
在一塊構件開設的孔上﹐插入另外一塊板開設的舌狀凸起部﹐插入的板夾住第一塊單板然後折彎鉚合的方法.要求孔穴和凸起的寬度剛剛吻合﹐折彎板中軸的內側寬度﹐利用折彎壓縮彎形比孔的寬度的特點﹐可以進行不受限製的結合。
(4) 扭轉鉚
是一種在一塊板開設的舌狀凸起部的截面上開設差不多大小的孔穴﹐將凸起部安全押入單片構件中之後﹐將押入的凸起部的引出部扭轉鉚的方法.這種鉚接法﹐可以耐數次安裝折卸。
(5) 翻邊鉚
在單片構材中開設的翻邊上﹐嵌入另外一塊板開設的孔穴,將翻邊尖端擠壓的壓縮鉚合法.
(6).壓花鉚
是在單片構件中開設的孔穴上﹐將另外一塊板開設的矩形凸起部完全插入﹐在孔穴的某一面按直角方向用楔形刀擠壓的凸起部寬度比孔的寬度寬的塑性變形固定方法寬度。
(7)拉伸鉚
在板材上開設用一個圓筒拉伸加工產生的凸起部﹐在單片構板上開一個孔穴﹐將凸起部安全壓入孔中.為擴寬圓筒拉伸凸起頭部的徑﹐在孔的某一板面按直角方向押入擴寬鉚合的方法﹐因為要保持擴大的高度製成細長的圓筒凸起﹐所以必須進行多工程的外伸加工。由於不能在外伸的板上開孔﹐所以需要利用氣密或水密等密封零件。
(8)剪斷鉚
將兩塊板用PUNCH和DIE按平行的線剪斷﹐用DIE的底面和PUNCH下圖壓片﹐擴大平行線寬度的鉚合法。在DIN中規定使用這種方法。它可以進行小面積的鉚接﹐多用於不能進行點焊的塗裝(噴漆)鋼板的結合。這種方法由於強度有方向性﹐所以大概這個間距是並列的4個圖形單位點。
(9) 外伸鉚
和剪斷鉚相同﹐是PUCH、DIE的動作鉚合方法﹐但2塊板是用圓等閉合線的PUNCH和DIE不發生裂縫(斷裂)﹐用壓縮應力將2塊板一起壓下﹐通過DIE的底和PUNCH的下面擠壓板擴大大面板的鉚合法。用於延性好的鋁材軟、鋼材﹐鉚合工具也得花工夫找各種形狀﹐並附上各批次的鉚合名。
為滿足壓縮應力下的條件﹐D/T(這時指2塊板的合計厚度)最好是2.5左右。這樣的材質用鋁材、拉伸抗切強度與點焊相當﹐用軟鋼材就只能得到點焊一半的拉伸抗切強度。像十字拉伸那樣的解脫力﹐就是有拉伸抗切斷力的1/3了。
5.4用緊固零件的結合
用緊固零件2構件的接合法中﹐從以前開始我們所使用的有許多種方法﹐而薄板零件的結合﹐則以鉚釘結合、螺柱螺母結合為主。
5.4.1鉚釘結合
鉚釘結合是以前結構件結合時使用的方法﹐與焊接結合相比﹐接合的構件組合不受限製﹐不會發生熱老化、熱變形現象﹐具有良好的信賴性之優點。
但是在塗裝(噴漆)和鏌膜時同質材料的結合法上﹐連接效率上﹐作率性﹐經濟性上比焊接差﹐所以同質材料的接合還是被焊接取代。
(1) 實體鉚釘(JIS B1213, B1214)
由於比以前的強度信賴性高﹐所以是結合法中最普遍的一種。
(2) 空心鉚釘
有圓心空心鉚釘、半管形鉚釘(JIS B1215)﹐以減少徑部擴大和鉚釘頭部成形的荷重為目的。有杆部(SHANK)中空(圓心實心鉚釘) 、杆部(SHANK)的擴大部分中空(半管形鉚釘)兩種。
(3) 盲鉚釘(拔塞式、打入式)
加工薄材的單殼結構(整體式)字時﹐多用於從板的兩側難以鉚釘加壓的情況。這時只需從一個方向插入鉚釘並加壓﹐打入鉚釘即可.這時使用的鉚釘是盲鉚釘.使用拉伸力時,有拔塞式,使用壓力時有打入式。
(4) 打入鉚釘
打鉚釘在作業上最大的一個缺陷就是﹐必須在正確的位置上通孔。它要求必須在兩塊要結合的板上﹐預先開孔加工。加工薄材結構件時﹐預先正確地開2塊構材的孔穴﹐插入鉚釘。為解決這個問題﹐在板上開孔時打入特殊的鉚釘﹐鉚接結合和鉚釘結合獲用﹐使用結合構材和鉚釘尖端同時變形的結合鉚釘。這就是打入鉚釘。市場上有買板厚為0.3-5MM左右的板﹐結合2mm左右的板,用一點就可得到數KN的拉伸抗切斷力。
5.4.2螺柱螺母結合
是螺柱螺母結合用於薄材結構件時﹐卸下的重要構材之間的結合。
加工薄板結構件時﹐由於內側的螺母安裝難度很大﹐所以使用其他結構件常用的螺柱﹐螺母不固定的方法﹐是根本不行的。所以我們採用將螺母和螺柱其中一個預先按標準固定在結構構材的方法。
如表5.4.1中各種方法的比較。
表5.4.1薄板結構的螺絲零件的安裝方法
安裝方法
特徵
鑽孔加工
要求設備
內螺紋加工
限製T/D要求用時間將螺絲豎立起來
螺旋鑽加工
螺旋鑽﹐攻絲機
翻邊加工.內螺紋加工
限製T/D要求用時間將螺絲豎立起來
沖壓加工零件可用壓的零件
沖床﹐功絲機
鑄件螺紋鑽加工後內螺紋加工
限製T/D要求用時間將螺絲豎立起來
可簡單預鑽﹐必需有打入沖壓工程
螺旋鑽﹐功絲機
打入穿孔螺母
不需內螺紋加工
不需要預鑽﹐必需有打入沖床工程
打入式沖床
焊道螺母的焊接
不需內螺紋加工
沖壓加工零件的預孔加工容易
沖床、凸焊機
攻絲螺絲的預孔加工
不需內螺紋﹐夾緊(緊固)轉短﹐裝卸次數受限製
沖壓加工零件的預孔加工容易
沖床
雙頭螺柱的焊接
夾緊後螺母外伸與自動螺絲連結不相稱
不需預孔
螺柱焊機

5.5粘接結合
粘接是將薄板構材和構材之間用液體狀的粘接劑塗布﹐讓其凝固結合的方法。
一般含有有機物的粘接劑﹐對於粘接金屬母材來說強度是相當弱的﹐所以金屬構材的粘接結合﹐需要用粘接劑大面積才可以塗布﹐且利用的是重疊連接式形狀。由於粘接強度與負載的方向有相當大的差異﹐對於薄板母材剝離力的方向力﹐適用於補充焊接或縫邊等結構的加工。
粘接連接的優點是粘接劑的彈性系數比金屬小﹐所以粘接的連接部位﹐有可以分散集中應力的效果和緩和不同種金屬之間強度差效果以及防震效果。並且﹐由於它具有絕緣效果﹐所以可以絕緣時用﹐也能防止不同金屬之間產生電蝕。
另外﹐像氯氯鋼板或塗裝鋼板等有絕緣性保護膜的板﹐雖然不可以用焊接方式﹐但可以用粘接接合方式。
金屬與金屬粘接用的粘接劑﹐目前使用的粘接劑主要以環氧系粘接劑為主。下面例舉幾種常用粘接劑。
(1) 膏狀加熱硬化型環氣粘接劑
在薄板結構上﹐預先沿點焊焊線塗布 ﹐然後在焊接後塗裝中加熱烘烤時讓其硬化。它具有減少點焊部位的打點數﹐改善疲勞強度氣密密封特點。並且在面板材料上﹐可以保証表面不變形進行往補強材裏面的接合﹐這時多採用的就是這種塗裝時加熱硬化的方法。
(2) 環氣薄膜型粘接劑
加熱硬化的東西﹐主要用於aluminium honeycomb的生產或結構相同的門的生產等等。環氣薄膜型粘接劑與(1)相比﹐要求備有溫度必須更高的加熱設備。
(3) 2液型常溫硬化具環氣粘接劑。
塗裝鋼板製成的面板﹐之後不塗裝﹐不需要做一些補強等排矯正工作。但須要有反應時間的生產線的前提條件。
上述這些粘接結構的前處理﹐如果有銹﹐必須用金鋼砂紙或鋼絲刷除去銹﹐並且脫脂。在環氣粘接劑一般的強度上﹐拉伸抗切強度有2kgf/ mm2 ;密著力強度有5~10kgf/mm.
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