冷鉚

冷鉚技術自動化程度高，生產效率極高，可單點或多點同時連接。在需要永久性聯接裝配的場合，冷鉚工藝與焊接、螺紋緊固聯接等工藝方法相比，有成本更低、生產效率更高等技術優勢，因此在批量生產、大量生產的背景條件下，對冷鉚工藝的研究，特別是對提高鉚接精度的研究，具有十分重要的現實意義。

冷鉚接技術在金屬件的聯接裝配方面已經非常普遍。根據冷鉚的技術特點及某些工程塑料的特性，冷鉚裝配工藝也適用同質塑料件、異質塑料件、塑料件與金屬件的鉚接裝配，只要鉚接工裝設計得當，同樣可以實現精密鉚接裝配 ^[1]  。

眾所周知，塑料是長分子鏈的高分子聚合物，其內部結構存在分子鏈呈鬆弛態的非晶區與分子鏈呈有序態的晶區。在適當的外力作用下，非晶區的分子鏈被拉直，呈有規律的排列，這種現象被稱為塑料的拉伸取向。同時塑料發生表觀形狀的變化，具有類似金屬材料的拉伸屈服現象，並形成永久的變形。實踐驗證，利用某些工程塑料所具有的這些特性，在實施鉚接過程中創造一定的條件，就可以採用冷鉚工藝實現裝配，將2 個以上零件永久性地組裝在一起。

塑料冷鉚裝配工藝要素是“鉚頭”、“鉚樁”和“鉚接件”，其作用分述如下：

鉚頭傳遞相關設備提供的壓力。鉚頭是施壓件，對鉚樁的變形部位施以強大壓力，由其主導併產生拉伸取向，在實施冷鉚工藝過程中，需要通過它來控制鉚樁的變形程度並達到裝配要求。

鉚樁是冷鉚裝配的關鍵要素，鉚樁的頭部受壓變形後，阻止鉚接件從鉚樁上滑出或脱落，冷鉚裝配聯接是通過鉚樁來實現的。鉚樁可以是利用塑料成型工藝製得的柱、筋等適合冷鉚工藝的形狀元素，這種方式製得的鉚樁與塑料零件成一體、材質完全相同，無需為制鉚樁而增加成本。也可以用鉚接工藝性好的塑料製成的鉚釘，使用鉚釘可以提高冷鉚工藝的通用性及降低冷鉚工裝的置辦成本。

鉚接件可以是一個單獨的零件，也可以是通過其他工藝進行部件裝配後的部件或組件。實施冷鉚裝配工藝時，可以將帶有鉚樁的塑料件冷鉚至其配合件上，也可以將鉚接件冷鉚到帶有鉚樁的塑料件上，完全可以根據冷鉚工藝實施的方便性及冷鉚工裝的置辦成本進行選擇。

對鉚樁的變形部位，沿鉚樁的變形方向施以拉應力，當拉應力提高到一定程度時，鉚樁頭部就會產生變形；當拉應力足夠大時就會使鉚樁產生拉伸取向，產生拉伸取向之後，即使拉應力撤消，鉚樁的變形也不會完全恢復，鉚樁產生永久性變形，所以拉伸取向是冷鉚工藝得以實現的理論依據。以圓樁平鉚為例，鉚頭向下擠壓鉚樁端部時，鉚樁上與鉚接件呈圓柱面配合部位的塑料受到鉚接件的約束，雖然鉚樁內會產生相應的應力，但摘要：塑料零件採用冷鉚裝配工藝，因不改變塑料結晶體組織，可以提高鉚接強度；室温下鉚接，可減少因温差造成的裝配變形。結合塑件光盤座冷鉚裝配實例，從理論、試驗和鉚頭設計等方面介紹了光盤座的冷鉚裝配工藝。

沒有變形的條件，所以該部分的鉚樁不會產生拉伸取向作用，也不會產生永久性的變形。由於鉚樁端部周邊沒有限制變形的措施和條件，鉚頭的擠壓作用迫使鉚樁的端部內部產生自中心向外輻射的拉引力，從而迫使鉚樁端部塑料向周邊均勻延展，當這種延展量足夠大時，就產生拉伸取向作用，塑料產生屈服性質的永久性變形。

依據理論分析，塑料零件冷鉚裝配得以實現的技術關鍵是利用塑料的拉伸取向特性，在塑料具有拉伸取向能力的前提條件下，拉伸取向的實現則需要滿足兩個基本條件：一是能夠產生拉伸取向的應力；二是塑料產生足夠大的變形量。只有同時滿足了上述兩個條件，才能使鉚頭壓力撤消之後的變形穩定地保持下來。

通過實踐驗證，只要合理地處理變形應力和控制好鉚樁的變形部位，就可以達到理想的鉚接效果。而對於裝配精度要求高的冷鉚裝配，還需要控制好鉚樁與鉚接件配合部位的精度，選擇適當的鉚接壓力，確保鉚接時僅在鉚樁端部產生永久性的變形，又不壓傷和不破壞零件其他部位的精度。

以光盤座裝配為例，如果鉚頭壓力大，雖然對鉚頭的變形、產生拉取向作用有利，但是過大的鉚接壓力會造成鉚樁根部變形，嚴重時會使薄鋼板材質的磁軛座產生變形而失去精度；反之，如果鉚頭壓力過小，會造成拉伸取向效果不足，彈性變形量過大，產生鉚接鬆動現象。因此適當的鉚頭壓力對塑料件的冷鉚裝配十分重要。實踐過程中，首先進行鉚接壓力的估算，然後由可以調整壓力的機構進行調整，通過調整選取合適的壓力。壓力的估算可以通過下式進行。

以光盤座三點同時冷鉚裝配用鉚頭為例，鉚頭的結構配置有三支鉚頭，並與鉚頭座上的對應孔進行間隙配合；浮動套與鉚頭座上對應的內圓柱面進行間隙配合；調整芯軸大端部與鉚頭座上對應的內圓柱面進行配合；調整芯軸的螺柱穿過壓簧、浮動套旋入鉚頭座的螺紋孔。以鉚頭座的帶肩外圓面作為安裝面在壓力機（例如曲柄壓力機）上安裝，使用內六角扳手右旋調整芯軸，壓簧的預壓力減小；左旋轉向調節，預壓力增大。鉚接壓力就可以通過調整壓簧的預壓力來實現 ^[2]  。

以光盤座裝配為例，為保證順利讀寫光記錄信號，關鍵的技術要求之一是光盤座（注塑件）與磁軛座（導磁材料的衝壓件）組合在一起後，光盤支承面的面跳動量需要控制在0.04mm 範圍內，否則就出現光盤的讀寫困難。顯然這是一種較高精度的裝配，組裝過程中，既不允許破壞光盤座、磁軛座原有的精度，也不允許有組裝變形。如採用對鉚樁變形部位先加熱後鉚接的熱鉚裝配工藝，或使用超聲波鉚接裝配工藝，都因在裝配過程中存在熱變形，由於熱脹冷縮效應，使得批量生產情況下的裝配精度不穩定，成品率很低。雖然冷鉚裝配可以有效地避免熱脹冷縮帶來的不利影響，但在冷鉚擠壓過程中不可避免地存在彈性變形，彈性變形又會導致鉚接鬆動現象，一旦出現鬆動現象，只有通過加大鉚接壓力得到更大的變形量來消除，而過大的鉚接力會導致工件變形，直接影響到裝配精度。為了很好地解決精度與鉚接力的搭配問題，經試驗，在鉚頭的鉚接面上設置一些小凸台，通過加大鉚接面的表面積，可以產生非常好的效果。

在鉚頭的鉚接面上設計並製造相互交叉有規律的小凸筋，就是一種效果不錯的方法，同時可以在工件的鉚接面上得到美觀的鉚接花紋。

（1）塑料除了具有優良的熱塑性能外，還具有如金屬材料一樣的冷作加工性能，本文敍述的冷鉚裝配，説明熱塑性塑料具有類似於金屬材料的壓延、拉伸特性。

（2）冷鉚裝配部位佔據的空間小且不易脆化，具有抗振、耐老化、耐衝擊的特點，易得到美觀、牢固的鉚接效果；可以替代塑料零件的熔接、粘接、螺紋聯接等裝配工藝，簡化工藝過程，大幅度減少裝配工時，易實現生產自動化。

（3）工程塑料的熱塑性加工，儘管其技術已經十分成熟，但在熱塑過程中會造成長分子鏈的斷裂和分解，產生對人體有害的有毒氣體。另外熱塑過程中不可避免地要消耗大量的熱能。而採用衝裁、冷鉚等冷作工藝方法，既節省熱能，又不會產生對人體有害的氣體，節能環保。

（4）塑料零件的冷鉚工藝不使用有毒的溶劑和輔助用品，更加環保。合理設計冷鉚裝配工裝，可以解決不同材質零件永久聯接的高精度裝配問題，並提高大批量生產過程中產品的合格率。

（5）對塑料零件的冷鉚裝配工藝的研究應包括塑料的結晶度，因為過高的結晶度，塑料呈現脆性，易造成冷鉚開裂；過低的結晶度，塑料呈現較大的彈性，易造成鉚接鬆動。

（6）結晶度高的塑料，可以通過改變澆口及成型工藝的模温、壓力等工藝參數，降低其結晶度，弱化脆性以適合鉚接；對結晶度低的塑料，可以通過添加短玻纖或晶核材料，提高結晶度，改善塑料的鉚接性能 ^[3]  。