液压铆钉机与风动铆钉机铆接强度的比较

铆钉机工作原理

铆钉机是一种早就使用的简单机械连接,目前普遍使用的设备有两种,即液压铆钉机和风动铆钉机。

这款C型油压铆钉机由娄星机械研发生产的，

1.C型油压机适用于金属或非金属零件的压印、成型、浅拉伸、整形及压力装配等；
2.眼镜、锁具及五金零件的压制、电子接插件、电器零件、电机转、定子压装等。
3.C型油压机特别适用于手机按键冲切、矽钢片整形、毛边处理、轴承压入等。 

液压铆钉机是由齿轮油泵驱动油缸,通过一个特殊的弓体来实现铆钉的压合成形的,由于弓体结构的限制,液压铆钉机的使用范围较小,它通常用于矿车架的铆接。它的铆接压力P= 87 785N,铆接时间每个不足1s。风动铆钉机是通过压缩空气吹动风锤连续锤击铆钉窝使铆钉杆墩粗并使钉帽成形,其风压0. 5MPa,冲击次数1 100次/m in,铆接速度5～7个/s(成形时间)。

无论采用哪一种铆接方法,铆钉都需加热到1000°C左右,在铆接过程中,铆钉经历了塞孔阶段、钉帽形成阶段、消除被铆接件之间的间隙及造成被铆接件有稍许弹—塑性变形阶段。无论是液压铆钉机还是风动铆钉机,铆接后铆钉外观形状是相同的,只有分析钉杆在孔内与钉孔接触应力的大小才能评价出两种不同方法铆接的强度。显然,在一定范围内,铆接力造成的钉杆应力越大,铆接强度越好。

铆钉机的铆接强度比较

1.液压铆钉机铆接强度

在液压铆钉机铆接时,由于铆接速度较快,铆完后铆钉温度为500～750°C,若不考虑钉杆与孔之间的热膨胀及冷却时的体积变化,这时在液压铆钉机轴向力的作用下,钉杆(Φ16mm)塞满钉孔(Φ17mm)后,钉杆有向外的膨胀力P(见图1)。

这时由于铆钉温度较高,且材料流动性较好,并假设钉杆内某一点的材料3个方向的应力相同,则有e=P/F=87 785×4/3.14×17²=387MPa。由于铆钉温度较高并在铆完时温度急剧下降并基本恢复了机械性能,这时钉杆各点的应力为387MPa,或者略小于此值。

2.风动铆钉机铆接强度

当使用风动铆钉机铆接时,可近似地把铆钉形成过程看作是圆盘类零件的模锻过程(见图2)。

锻造力P=e[(1.5+b/2h)F_b+(1.5+b/h+D/12h)F_D]=300×(1+ 1.25×10^-5)×[(1.5+6.5/2×7)×433+(1.5+65/7+16/(12×7))×227]= 432 kW

式中e——真实应力,e=e_t(1+X_t)

e_t——条件应力,在500°C时Q235钢et= 300MPa

X_t——线应变,Q235钢在500°C时,X_t= 1. 25×105

b——锻造时飞边宽度(这里可看成是铆钉帽的宽度),mm

h——飞边高度,mm

F_b——飞边投影面积,mm²

F_D——锻件本体投影面积(钉孔面积),mm²

D——锻件直径(铆钉直径),mm

　　这时设铆钉轴线为z轴,应力为e₃,并过z轴设x、y轴,应力分别为e₁和e₂,根据虎克定律X=e₂/E-e₃/_E-e₁/_E,假设铆钉孔不变形,且e₁=e₂(图形为圆形),则有X=e₂/E-e₃/_E-W₁/_E=0,

即

式中e₁——径向应力

e₃——轴向应力

_——横向变形系数

　　由此可见,液压铆钉机可使铆钉杆产生387 MPa的径向应力,风动铆钉机可使铆钉杆产生840MPa的径向应力。

从数值上比较,风动铆钉机的铆接强度优于液压铆钉机的铆接强度。另外,风动铆钉机在铆接冲击过程中能振动掉铆钉由于加热而引起的氧化层而使未曾氧化的铆钉杆在孔内填实,而液压铆钉机运动较平稳,氧化层不能被除掉而被压入钉杆与孔之间,待使用时间达到一定期限时,会由于冲击而造成氧化物粉碎流动而导致钉杆与孔之间缝隙加大,造成铆钉的松动。由此可见,液压铆钉机的铆接强度不如风动铆钉机的铆接强度高。