钣金无铆铆接工艺的研究与应用
点焊是传统钣金加工制造中一种重要的工艺，但是其作业劳动强度高、作业环境恶劣，而且焊接后的产品一致性差，在新时代智能制造的背景下显得有些格格不入。随着环保政策的不断严苛，其对传统制造业的要求也呈阶梯式的增长。
点焊对工人技能要求高，但作业效率却不高，而且得到的成品外观质量差。以空调器出/回风框、电器盒等钣金零件点焊生产为例，一方面需要熟练的点焊作业人员，对作业人员要求高，而且生产节拍≤50pcs/h；另一方面点焊作业影响整体的美观程度，作业时还会产生焊渣，严重影响产品质量以及客户满意度。本文以上述钣金零件为例，重点对钣金无铆铆接工艺在我司的研究与应用情况进行介绍。
点焊与铆接工艺
点焊工艺简析
点焊即电极焊接法，利用电能转化成热能的形式，熔化金属母材形成焊点进行连接，具体的工作方式是：焊接母材放置在两块搭接工件接触面之间，通过两个柱间电极的作用形成焊点，焊接流程如图1所示。目前该工艺在钣金加工制造业中普遍使用，仍是行业中的主流加工方式。
图1 点焊技术流程图
空调器钣金零件以镀锌板为主要材料，在进行点焊生产的过程中会产生远比其他板材更强烈的火花溅射，进一步恶化了员工的作业环境，而多个焊点分布在不同位置也给作业人员的加工带来了不便，遇到大型钣金零件的点焊作业将严重消耗作业人员的体力，制约生产效率的提升。
铆接工艺简析
铆接是利用轴向力使多个零件相连接的方法，主要分为活动铆接与刚性铆接。顾名思义，活动铆接即铆接后可以相互转动；刚性铆接又分为固定铆接与密封铆接，铆接后零件不能活动，密封铆接处严密，不会产生漏水、漏气等现象。
根据我司产品特性决定使用刚性铆接，通过自主设计方案，使用自动化铆接设备实现了零件大批量铆接加工。由于铆接作业操作简易，只需要经过简短的设备操作指导就可以进行加工作业，无需专业的点焊培训，极大地降低了员工技能要求。对比点焊来说生产效率、产品外观质量与一致性均有巨大提升。图2是我司某电器盒和出风框铆接工艺图。
图2 我司典型产品铆接工艺图
自动化铆接方案设计
铆接设备工作原理
以自动铆接机为模型来分析压铆设备工作原理。我们设定铆头的初速度为0，整个铆接的过程由铆头接触钣金材料开始，到钣金零件连接完全成型为止，整个过程总共分为三个阶段。
第一阶段是铆接的准备阶段，钣金零件到达铆接位置，红外探测检测到物料，铆头接触钣金件表面准备进行铆接。铆头接触到钣金零件开始第二阶段，即铆头对钣金零件连接点施压，开始进行铆接，令钣金件连接点变形，直到铆头到达模具铆仓停止施力。最后一个阶段为压力成型，形成铆点，铆头退出，完成铆接加工。图3为我司某零件铆接位置和铆接成品。
图3 某出风框铆接位置及成品图
铆接设备工作流程
以我司自动化铆接设备为例对自动化铆接设备进行说明。
⑴设备运动说明。
箭头方向为设备可活动方向，铆接机铆接工作分为三个工位。设备单边示意图见图4，设备实物见图5。
图4 设备单边示意图
图5 铆接机实物
A号工位：此为四角单点铆接，每个单点铆接都可沿X和Y轴方向移动。
B号工位：此为两边三点同时铆接，此钳体与A工位固定铆接位置只可沿X轴移动，并与A、C成固定关系。
C号工位：此为四角单点铆接，此钳体与A工位固定铆接位置只可沿X轴移动，并与A、C成固定关系。
铆接位置可沿X、Y 两轴伺服调整，依产品尺寸移动位置精度精确到0.1mm。
⑵设备作业说明。
1)设备准备完成后，将出风框放置在对中机构上；
2)当工件到达立式钳体的铆接位置时，立式钳体处的气液增力缸下降对零件进行铆接；
图6 设备操作示意图
图7 设备俯视图
3)铆接完成后移载工位在顶升气缸的带动下上升，上升完成后移载工位移动到单点钳体；
4)当工件到达单点钳体的铆接位置时，单点钳体处的气液增力缸下降对零件进行铆接；
5)铆接完成后对中机构在顶升气缸的带动下上升，上升完成后移载工位将工件移动到输送线体上。
项目成效
通过推进钣金零件点焊改自动化铆接后，投入单台机折合减少生产人力2人以上，将生产节拍低于50pcs/h提升至200pcs/h，极大地提升了人均效率。作业环境的改善与技能要求的降低，不仅提升了现场5S水平，同时提升了员工工作满意度。外观质量与产品一致性的提升，也带来了客户满意度的提高。
结束语
目前铆接工艺方兴未艾，项目组通过变更点焊为铆接工艺后，针对产品特性设计自动化铆接设备，最终实现空调器出/回风框、电器盒等钣金零件的自动化铆接生产。在智能制造的背景下，项目组将持续对生产工艺进行升级，深化智能化、信息化、自动化技术在钣金零件加工制造过程中的应用，发扬我司精神，让世界爱上中国造！
卢长水
作者简介：钣金喷涂分厂副厂长，机械工程师，“珠海特级工匠”、公司科技进步奖获得者，27年以来一直致力于钣金制造加工工艺技术的研究与攻关。
——摘自《钣金与制作》 2021年第2期