金属件的铆接工艺及其使用方法，你了解多少？

2023-12-28 15:16 海山

塑件铆接的主体是塑件，被连接的零件可以是塑件、金属件（如金属板材）、电器元件（如PCB板）、织物（如网布）等。不需要像金属铆接那样。这需要额外的配件，例如铆钉或铆钉柱。而是直接在塑料体上生长出柱、肋等塑料结构，穿过连接件，然后将突出的柱或肋加热软化，放置在铆钉头上。在压制作用下成型，冷却后完成铆接。

1、按加热软化方式可分为以下三种铆接工艺：

1、热压铆接属于接触铆接。有些技术是在铆钉头内部设置加热管，通过加热管对金属铆钉头进行加热。这样，金属铆钉头整体尺寸较大，加热效率较低。目前常见的技术是利用高频脉冲加热的原理，使金属热铆钉头自发热，而不需要通过加热块或加热管传导热量。加热效率高，金属铆钉头体积小，适用于更多场合。

2、热风铆接又称热风铆接或热风冷铆接，是一种非接触式铆接。

热风冷铆工艺主要采用热风作为热源，对铆钉柱进行加热，然后定型。整个过程由两个过程组成：第一个过程是利用热风将铆钉柱均匀加热至定型状态。在此过程中，温度稳定、风量均匀的热风对于铆钉柱的加热至关重要。

在第二道工序中，冷铆钉头将软化的铆钉柱压制成坚固的铆钉头。由于铆钉柱已完全加热并软化，因此形成的铆钉头牢固地固定住待铆接的零件。热风冷铆时，铆柱与被铆工件之间的间隙不宜过大。如果间隙过大，则在铆接过程中，软化的塑料很容易填充到配合间隙中，导致铆头尺寸不足。

3、超声波铆接也是一种接触铆接。流程如下：

以上三种铆接工艺我们该如何选择，或者说它们的优缺点是什么？

2、它们的共同优点是：

1、塑件结构简单，无需设计复杂结构，降低模具成本。

2、装配工艺简单，不需要额外的配件或紧固件，可靠性高。

3、可一次铆接多个焊点，大大提高装配效率。

4、不仅适用于塑料件之间的连接，也适用于金属件、其他非金属件等的连接，特别适用于空间有限、其他连接方式难以适应的场合。

5、铆接件适用于有长期机械振动、环境温湿度变化较大、自然环境极其恶劣的场合。

6、操作简单、节能、快捷。操作人员不需要很高的专业技能，可以通过外观直观地检查产品质量。

3、它们的共同缺点是：

1.需要额外的铆接设备和工装夹具。

2、不适合强度要求高、长期载荷的场合。

3、铆接工艺是永久性连接和固定，不适合需要拆卸和维护的应用。

4、一旦失效，就是永久性失效，很难通过修复来补救（因此，如有必要，需要在结构设计阶段采取一定的补救措施）。

4、各自优缺点比较：

阐明：

1、热压铆接优势明显。铆钉头起到加热铆钉柱并同时使铆钉头成型的作用。这样，设备可以设计得非常紧凑，特别适合铆接紧密排列在较小工件上的塑料铆柱。

其缺点也很明显。由于采用热铆头，如果铆头没有完全冷却，铆头仍有余热，铆柱塑料很容易粘在铆头上，造成拉丝。热铆头需要经常更换；热压铆接不适合。对于较大的铆钉柱，受热表面越来越难以将表面热量传导到铆钉柱的中心和底部，因此在铆钉柱的中心和铆钉柱之间的间隙可能会出现冷芯现象。连接部分无法有效填充；另外，热压铆接工艺生产的成品应力较高，拉拔强度稍低；因此，热压铆接不适合铆接定位固定要求高的产品。

2.热风铆接。由于塑料铆钉柱在数百度的热风环境中均匀受热，使塑料铆钉柱由内而外完全软化，有效降低成型后的内应力。在冷铆头冲压工艺的第二步中，由于冲压作用，完全软化的塑料材料可以快速填充被连接件与铆钉柱之间90%以上的装配间隙，因此可以得到非常好的固定效果取得成就。

3、超声波铆接，其铆接强度和固定效果与热压铆接相似。但由于超声波铆接会产生摩擦和热量，当铆接点形成后，超声波发生器就停止工作。此时焊头不像热压铆那样热。铆钉头的热量需要完全冷却，即超声波焊头本身不携带热量，因此不易产生拉丝现象；此外，超声波铆接所需的时间最短。

如果采用超声波铆接，则铆接立柱不能设计在高差较大的平面上，因为高差会导致不同铆接点的振幅存在差异，并且立柱会以不同的速率加热，导致当一根柱子被铆接，另一根柱子可能会松动或者材料可能因温度过高而降解。如果采用焊头铆接，立柱的分布距离也会受到限制。在热压或热风铆接工艺中，铆接柱可以设计在不同的平面上，距离可以相当远，仍然可以实现一次多点铆接。

4、材料的适应性

塑料材料分为热塑性塑料和热固性塑料。只有热塑性塑料才适合铆接，因为它们可以在特定的温度范围内熔化。热固性塑料加热到一定温度就会固化，通过上述三种方法铆接都比较困难。因此，多采用热塑塑料铆接，产品结构也常选用热塑塑料。

热塑性塑料分为非晶态（又称非晶态）塑料和结晶态（又称半晶态）塑料。

1）对于非晶态塑料，分子无序，有明显的使材料逐渐软化、熔化和流动的温度（Tg玻璃化转变温度）。此类塑料适用于以上三种铆接工艺。

2）对于结晶性塑料，分子排列有序，有明显的熔点（Tm熔化温度）和再凝固点。在温度达到熔点之前，半结晶塑料始终保持固态。当温度达到熔点时，整个分子链开始移动。，塑料开始熔化。如果此时热量减少，塑料会很快凝固。图3-106显示了非晶态塑料和半晶态塑料熔化过程的区别。

因此，鉴于此，由于热压铆接的铆头起着加热铆柱并同时形成铆点的作用，因此结晶塑料更适合热压铆接。

结晶塑料具有类似于弹簧的规则分布的分子结构。非常容易吸收高频超声波振动能量，因此铆钉接合面很难通过高频振动产生热量。结晶塑料通常具有较高的熔点。熔化结晶塑料需要足够的超声波能量。因此，结晶塑料比非晶塑料更难铆接。为了获得结晶塑料较高的铆接质量，通常需要考虑更多因素，如较高的振幅、合适的接合面设计、焊头接触、焊接距离和焊接夹具等，并为了集中超声波能量、铆接柱顶部的设计应尽量减少与焊嘴的初始接触。

还有一些材料特性也会影响超声波铆接的效果，比如硬度（一般硬度越高，超声波铆接效果越好）、熔点（熔点越高，需要的超声波能量越多）、纯度（原材料纯度越高，铆接效果越好），回收料掺杂杂质，效果稍差）。

3）对于添加填料（如玻璃纤维）的塑料，由于塑料和玻璃纤维的熔点相差很大，如果是热压铆接，则要求温度控制在±10°范围内，因为如果温度太高，玻璃纤维会与塑料分离，导致粘性和表面粗糙，如果温度低，则会出现裂纹和冷成型。如果是超声波铆接，则需要更多的振动能量来熔化塑料。如果玻纤含量过高，则铆接处会出现废渣，超声波铆接后会脱落。铆接强度会降低，铆接不可靠。

当填料含量低于10%时，可能不会对材料性能产生太大的影响，而这些填料（如玻璃纤维）对铆接软质材料非常有帮助，如PP、PE和PPS；当填充量在10%～30%之间时，铆接强度会降低；当大于30%时，对铆接性能影响较大。

5、铆钉柱、铆钉头常见几何形状及结构尺寸

1.半圆形铆钉头（大轮廓）