[摘 要] 现在以焊接代替铆接是制造技术的发展趋势，但是并非所有的材料都具有良好的可焊性能，而且铆接的某些优点也不是焊接所能替代的，因此，焊接至今也未能完全代替铆接，人们仍然不断发展着铆接技术。在此篇文章中介绍了历史上如何巧妙地铆接零件，铆接工艺中铆钉的选择和铆接的新技术。

[关键词] 铆接 ；金属；选择；工艺。

0前言

提起铆钉技术，人们常常会觉得这是一种过时的技术！它是过时了吗？看来未必。诚然，以焊接代替铆接是制造技术的发展趋势，但是并非所有的材料都具有良好的可焊性能，而且铆接的某些优点也不是焊接所能替代的，因此，焊接至今也未能完全代替铆接，人们仍然不断发展着铆接技术。

人们常常把铆接想象得十分简单，拿起一颗铆钉，将它放在连接件上钻出的孔内，用锤子将它外露的一端锤扁，使它也成为铆钉头的形状，就形成了可靠的不可分的连接。一颗铆钉看起来简单，却在技术发展过程中的某个阶段起过重要的作用。即使到了今天，在设计某些结构时，也还常常认为最好是使用传统的铆接法。这里介绍有关铆钉的一些发明、改革和新技术。

1历史上如何巧妙地铆接零件

对于结构的连接，常常要求它们具有严密性。为了达到这项要求，在20世纪40年代就有人在铆钉头上涂了一层可塑性良好的氯乙烯塑料。铆接时，这层塑料便填入到金属杆与零件之间缝隙中。在用锤子打击铆钉时，会产生一个应力集中区，为了减小应力集中，有人就提出了在铆钉杆上加套一个垫圈的建议。

一般来讲，如果你希望延长连接寿命，首先就应该使铆钉和连接件的应力分布均匀。一名发明者想出了给铆钉杆上套上一个用薄板料制成的衬套的方法。这个衬套起到了中间构件的作用，铆钉杆的受力可以通过它传到连接件上，半个世纪之后，发明者又提出用弹簧来代替衬套，用起来比衬套的效果更好。

如果能使铆钉本身的材料将铆钉孔完全填满，还能起到提高连接质量的作用。可以在铆钉的两个端面上制出凹面，而在钉头的下边则制出一个锥形内凹部。这些凹部有利于使金属“扩展得更为均匀。在某些情况下，使铆钉头“埋平”是很重要的。

铆接的强度同铆钉本身的材料也是有关系的。但是，如果它的硬度太高，那么，所需的变形力就得很大，而且材料本身也很难将铆钉孔的全部空隙填满。发明家又提出了一项折衷方案，即铆钉是由材质较硬的铆钉杆和材质较软的外壳制成的。

进行铆接时，确实会有某些不便之处。比如，在不容易接近的部位工作时，放入铆钉孔内的铆钉常常会掉出来，为了使它在孔内得到固定，发明家又提出在铆钉杆上制出一些小棱条。

在铆接中，有时还使用没有埋头的铆钉—简单的钉杆。显然，要在铆接前将它们定位是更加困难的，必须使用专门的压机和设备。为了解决这一难题，发明家提出了装上假铆钉头—塑料套的方法。给铆钉杆上套上塑料套以后，可以保证钉杆外突出部分的高度符合要求，同时可将铆钉定位。当铆接时，套管自然会随着铆钉一起变形。

再讨论一下操作不便的问题。如果安上铆钉以后只能从一边够得着它，例如，修理船体的水下部分时，那该怎么办呢。发明家很巧妙的解决了这个问题，他们发明了一种所谓的爆炸铆钉。它的秘密是，在铆钉杆的孔内填入少量的炸药，药面上装一支击针。从够得着的一边装上铆钉，然后敲一下击针，发射药便使铆钉杆的够不着的一端膨胀而形成铆合头。

爆炸铆钉绝非是唯一只能从连接件一侧进行操作的铆钉。还有其它的结构。如可以用薄板料冲制成的铆钉，它是一个带凸缘和内凹底的空心圆筒。先将它插入孔内，然后将一个销钉放入它的内腔。将销钉压进铆钉时，销钉将铆钉的底部挤出，底部便胀开而形成环形突部，这既铆合头。

还有一种复杂得多的结构，这种结构包括一个空心管子，内壁有一段螺纹，外面则有一个六方体的凸缘（供扳手扳转用），以及一个带锥形帽的螺钉，其细端带有偏平面（也是供扳手扳转用）。将螺钉稍稍拧入管内，然后从装配工能够得着的一边将装好的结构插进孔内。接着，用一把扳手夹持住凸缘，再用另一把扳子将螺钉拧进管内。这时，螺钉便使管子的自由端撑开。剩下的工作只需将螺钉的凸出端齐预先车好的倒棱处折断，铆接作业便告完成。

当然，这么复杂的结构成本较高。而且装铆时也相当麻烦，因此，这种结构只是应用在要求连接强度特别高的地方。而为了“日常”使用，可以采用一种带弯孔的塑料按扣，弯孔内装有一条金属弯钩。只要将突伸在外面的“击针”打进去，金属钩便会支靠到零件表面上而将按扣可靠地锁住。

为了连接各种软材料，如塑料、织物等等，只需使用简化的铆钉就行了。这里介绍的是一种通用的“拼装式连接”，办法是将一个按扣压进中空的管腔内—这确是一种颇为聪明的办法。还有一种产物，这是两个按扣，一个带有筒管，另一个带有尖头。将铆钉压下时，筒壁便抱住尖头而形成牢固的锁扣。这种铆钉可以连接不同厚度的零件。

还需指出的是，铆钉不仅可以沿横向分开，而且也可以沿纵向分开。用两颗我们熟悉的带头铆钉杆，其中的一颗稍稍长些，将它们锯开，使末端的切口稍带斜度。然后，将两颗铆钉的半体插入孔内，只需将支在短钉“脚掌”上的突伸出的半体打下，钉端便会向两边撑开。这种建议并不是什么别出心裁的游戏，要知道，“沿纵向而非横向”分开的方法为提高铆接的可靠性开辟了新的途径。因为使用横向分开的铆钉时，无论专家们如何地想方设法，都难以保证载荷沿铆钉的长度均匀分布，而总会形成铆合头的部位承受较大的载荷。而使用这种纵向分开的铆钉时，载荷却是沿着轴向的接触面分布的。

事实上，这种设想本身也并非是最新的。早就有人就已经公布了原理相似的预制结构。将两个普通铆钉的杆身沿对角线切出阶梯形。从铆钉孔的两边分别将它们插入并加压，各凹凸部分便稍稍变形而相互啮合。

到现在为止，我们所研究的都是一些可以在连接件上钻出透孔的情形，但是，在实际中常常会遇到必须将薄板料同厚实的结构加以固接的情况，自然，在厚实的结构上就只能钻出较浅的盲孔了。这是一个难题！但它终于被进取不息的发明家们所解决了，而且是解决得响当巧妙。

然而，无论设想得多么巧妙，在铆紧铆钉时，它不可避免地总是要产生变形的。因此，铆钉中必然会产生内应力，对连接的强度肯定是不利的。

发明是没有止境韵。甚至还出现了这样的一些铆钉，它们连铆钉孔都不需要钻出—这项工作由铆钉自己来完成。这种铆钉杆的加粗端被磨成钻头的形状。此外，给杆身套上一段带凸缘的，其直径同钻头直径相应的管子。使杆作旋转运动，它便在零件上钻出铆孔，管予随着它进入孔内直到凸缘挡住为止。然后，将杆往后拉，这时，它的头部便使管壁撑开而形成另一个凸缘。最后，在预先制成的切槽处将杆折断。

最后，我们要提到的是一位美国人在1945年发明的一种铆钉。他建议在铆钉杆的两头制造出很小的凸部和凹部，使铆钉得以相互连接起来。这种铆钉链在使用时可以方便得多，但其最重要的优点是可为实现铆接过程的目动化创造条件。

2铆接工艺中铆钉的选择

在需要使用铆接工艺的场合，铆钉挑选的要素是看它是否暴露的潮湿的空气中？要铆接的材料有多厚？每个铆钉所承受的负荷为多少？这样首先确定你的确切需求，然后决定该选择不同的型号和尺寸，以满足实际要求。

铆钉的类型多种多样的，他们的材料及结构尺寸等可查有关标准,各种铆钉应用场合如下:

半圆头铆钉：主要用于承受较大横向载荷的铆接场合，应用最广，但铆接定位不便，铆接困难。

平锥头铆钉：由于钉头肥大，能耐腐蚀，常用于船壳、锅炉水箱等腐蚀强烈的环境。

沉头，半沉头铆钉：主要用于表面须平滑，承受载何不大的铆接场合。

平头铆钉：用于承受一般载荷的铆接场合，在铆接行业中应用最广。

扁平头、扁圆头铆钉：主要用于金属薄板或皮革、帆布、木料等非金属材料的场合。

大扁头铆钉：主要用于非金属材料的铆接场合。

空心铆钉：重量轻，钉头弱，主要用于承受载何不大或非金属材料的铆接场合，象电路板等行业。武汉瑞威特公司原创文章

管状铆钉：用于非金属材料的不承受载荷的铆接场合。

抽芯铆钉：是一类单面铆接用的铆钉，但须使用专用工具拉铆枪（手动、电动、气动） 进行铆接。这类铆钉特别适用于不便采 普通铆钉(须从两面进行铆接)的铆接场合。

3铆接的新技术

3.1自冲铆接技术

3.1.1自冲铆接的工作原理

压边圈首先向下运动对铆接材料进行预压紧，以防止材料在铆钉的作用力下向凹模内流动，而后冲头向下运动推动铆钉向下刺穿上层材料。在凹模与冲头的共同作用下铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状以便锁止，达到连接目的。铆接两层相同金属材料时，较厚的放在下层；铆接两层不同金属材料时，将塑性好的材料放在下层；铆接金属与非金属材料时，将金属材料放在下层。

3.1.2自冲铆接特点

自冲铆接技术具有点焊(电阻焊)连接难于替代的优势一可以连接不同材质，连接方法具有耐疲劳，良好的密封效果和防渗透功能，易于实现机械化，能耗小，使用场地小，无污染等。

3.1.3自冲铆接应用

现在提高汽车的经济性，必须使车身轻量化，而车身轻量化很重要的措施是引入新材质，如，镀层薄钢板、铝、强化塑料、复合材料等等；而这些新材质的连接使用“点焊”就无能为力了。对自冲铆接技术与电阻点焊技术连接质量的比较表明，凡是难于进行焊接的连接件均可采用自冲铆接技术，且自冲铆接件的疲劳强度高于焊接件。

3.2冲孔铆接技术

冲孔铆接工艺是利用冲压机和铆接（实心伙伴空心铆钉）在一个且小于连接的组合工序内将实体材料连接起来。被连接件不需要像其他铆接工艺那样要预先钻孔或冲孔。

3.2.1实心铆钉的冲孔铆接

实心铆钉的冲孔铆接时，第一步是将要连接的工件放在冲模板上。包括坯料夹具的铆接装置的上部下降，铆接模在单一冲压工序中使铆钉穿透工件。

3.2.2半空心铆钉的冲孔铆接

用半空心铆钉进行冲孔铆接时，第一步是将工件放在放在冲模板上（下层）。铆接模降落，在单一冲压工序中使半空心铆钉穿透上层金属板，并压入下层金属板。铆钉变形，底部扩开形成固定的部分，一般不会完全穿透下层板。

3.2.3冲孔铆接工艺的特点

1）用于连接相同和不相同的材料（如钢、塑料、铝）、不同厚度和强度的零件，以及涂漆的板料。

2）不需要预先的冲压或钻孔，不需要电流或真空脱模。

3）许可的材料总厚度:钢6.5mm；铝11mm。

4）低热、低噪音的连接方法。

5）连接工具使用寿命长（约30万个铆钉）且质量相同。

6）用监测工艺参数的方法保证工艺可靠性。

7）需要高度加工力。

8）工作范围受钳口深度的限制。

3.2.4冲孔铆接到应用

实心铆钉的冲孔铆接：在汽车工程中连接金属板料，如轿车车窗的卷绕机。

半空心铆钉的冲孔铆接：在汽车工程中对车身材料的连接、家用电器具到连接、金属与合成材料的连接（挡热板）。

3.3塑料热铆接

3.3.1塑料热铆接由来随着新材料技术的迅速发展与推广，塑料以其重量轻、磨擦力小、耐腐蚀、易加工等特性得到广泛应用，然而由于注塑工艺、模具加工、设备等因素，大量结构形状复杂、规格尺寸大的塑料件不能一次注塑成形，故使用塑料粘接和热合工艺二次加工，不仅效率低、而且热合工艺有很大的局限性，粘接剂还有一定的毒性，带来环境污染和劳动保护的问题，传统的工艺已经远不能适用于现代塑料工业的发展应用需要，所以一种新颖的塑料加工技术诞生了—塑料热铆接。

3.3.2塑料热铆接的特点

塑料热铆接组装是热塑性材料与其它不相熔材质零件装配的全新设计理念，是结构最简单、高可靠性、高性价比的永久性固定装配的方法，具有高效、节能、优质、美观等优越性，可多点铆接固定却无须填加任何粘接剂、溶剂和填料，应用此技术可取代过去生产上需要的熔剂、粘合剂、扣钉或其它机械固定法以及其它零件和材料，从而减少工序、提高生产效率，大大降低装配成本和材料消耗，依此方法装配模塑组件牢固、紧密、稳定，抗振、耐老化、耐冲击性好，且加工操作简单、节能、速度快，操作者不需要很高的专业技能，通过外观目视即可检查产品质量。

3.3.3塑料热铆接的应用

近年来尤其是塑料与金属及其它复合材料的应用越来越受到人们的重视，最新的结构设计理论，汽车件轻量化，各种复合改性材料的推广应用，对二次加工工艺提出了更高的要求，塑料热铆接恰好弥补了其它加工手段的自身缺陷，将各种不相熔材料组合成为最佳性能与功用的整体，是简捷、清洁、高效的生产方式，充分满足各行业不同需求，未来必将得到越来越广泛地应用。

参考文献：

[1]顾柏良等译.汽车工程手册[M].北京理工大学出版社，2004.

[2]赵恒忱.铆工，高级工[M].中国建筑工业出版社，1993 ■