冲压铆接技术在小规格钢丝绳中的应用
随着汽车工业的快速发展，汽车轻量化成为发展趋势，如铝合金、高强钢等新材料已逐步应用在车身制造中，同时对于车身板料的连接技术和工艺要求越来越高。相应的对汽车零配件要求不断提升，对应用于玻璃升降器、座椅调节器、后视镜调节器的钢丝绳也提出了更高的要求，需要从原来的焊接连接改为新型的连接方法，即冲压铆接。笔者通过对冲压铆接技术原理和特点进行探讨，并进行验证，归纳不同结构规格钢丝绳所需要的锚具尺寸以及最终钢丝绳承受的拉脱力，为冲压铆接技术在汽车用钢丝绳方面的应用提供参考。
1冲压铆接和电阻焊技术
1.1冲压铆接技术
冲压铆接是通过一定的模型和相应的铆钉，在专用的压力装置上进行冲压，将被连接的零件挤压进铆钉内部，从而实现连接件的机械连接。冲压铆接技术也称作压铆工艺，通过铆钉或零件受力后发生塑性变形从而把零件连接起来。冲压铆接根据铆钉结构不同一般分为铆钉压钾、螺钉压钾、螺母压铆。铆钉铆接是利用钾钉塑性变形后将几个零件连接起来，铆钉只起连接作用，不作为工作部件使用。铆钉冲压铆接根据铆钉受力方式不同还可以分为钾钉端面冲钾、铆钉端面局部冲钾、铆钉双面钾接和翻边铆接。而螺钉压铆和螺母压钾，是利用零件材料的塑性变形将螺钉或螺母与零件连接起来，且螺钉与螺母通常作为工作部件使用，其实在整个冲压钾接过程中，无论是铆钉变形还是材料变形，压铆过程都是冷辙过程。
在冲压铆接过程中，所需的压力根据零件与钾钉的大小确定。冲压铆接过程需要工装限位，即通过借助模具才能完成铆接过程。由于不同的铆钉所需模具结构不同，模具无法通用。但是冲压铆接过程受力迅速，铆接效率高，可以产生标准内外螺纹，而且铆接点上所连接的材料是相互镶嵌的，在连接底部既无棱边也无毛刺，表面光滑，避免了材料产生局部应力集中，故钾接点可承受较高的动载荷。
1.2电阻点焊原理及存在的不足电阻点焊技术在钢丝绳生产中大量应用，主要是对钢丝进行焊接，保持钢丝的连续性。对于成品钢丝绳的电阻点焊，目前在微细钢丝绳中有应用，但是对焊接点的直径控制和焊接点的破断拉力有相当高的要求。而对采用电阻点焊技术保证汽车用钢丝绳接头焊点连续不断，并保持一定的拉脱力还没有广泛的研究。电阻点焊工艺是将焊接材料叠成搭接，放置在两柱状电极之间予以适当压力，输送一定的电流与电阻产生电阻热后熔化母材金属，形成熔核，从而将需要的焊接材料连接起来的一种焊接方法。电阻点焊工艺在焊接过程中受多方面参数的影响，如焊接电流、通电时间、电极电压、电极顶部直径等都直接影响熔核的形成。如何将这些参数优化组合，选择最佳的工艺参数，是电阻点焊的关键技术。对于小规格钢丝绳产品，钢丝绳的直径为1.2~
1.8mm，选择电阻点焊的焊接电流为1500~5000
A，焊接时间0.02~0.2s，焊接压力0.1~0.45
MPa，焊接参数调试的范围相对较窄，因此要求焊接人员的技术水平相对较高。
电阻点焊不仅工艺参数复杂，工艺控制方法也很复杂，只有严格执行工艺参数，遵守控制方法才能保证质量稳定。若在焊接过程中出现工艺参数控制不当，就会产生由于焊穿、虚焊、表面飞溅引起的毛刺、气孔、裂纹、边缘焊点、漏焊等缺陷，而且焊接质量评判方法目前只有外观目视和剥离破坏性检验，加大了质量控制的难度
1.3冲压铆接技术的优势
冲压钢接技术对于连接件的强度控制是通过冲压设备的行程和模具限位来保证，对操作人员的技术水平和熟练程度要求不高。质量控制可按普通冲压制作进行首检和过程控制，质量稳定，不需要采用破坏性检验，且检测方法简单实用。采用冲压铆接技术，在铆接过程中无需外围热量输入，连接点处的材料表面镀层也不会被破坏，和电阻点焊相比较，避免了焊接飞溅及焊接变形，因此冲压铆接可实现多层材料、不同规格、不同材质的连接，在施压过程中，大大节省了能耗，降低了噪声并延长了设备的使用寿命。利用冲压铆接的钢丝绳外观光滑，无毛刺变形，防腐蚀性能优于电阻点焊，工作环境无污染，能耗低。而且冲压铆接可同时单点或多点连接，自动化程度高，可实现无人或少人化生产，生产效率大幅提升8。采用冲压铆接技术连接汽车用钢丝绳，操作方式简单，连接力更稳定，且具有节约能源无污染的技术特点，非常符合环保和节能的要求。
2冲压铆接技术应用
2.1冲压铆接设备
在冲压铆接工艺中，冲压铆接的压力控制稳定性是影响冲压铆接点的因素之一。冲压铆接设备采用气动冲压驱动装置以提高压力控制的稳定性，采用压缩空气驱动连杆机构实现压力控制。本次试验对于冲压设备的冲压力，选取冲压参数150、
160、170、180、190、200、210N分别进行试验，比较不同参数设定下钢丝绳铆接后拉脱力的大小。
2.2铆钉和模具设计
对于小规格钢丝绳进行冲压钢接试验，铆钉和模具的设计尤为关键，决定了铆接点的质量和成品的外观以及实用质量。铆钉的设计主要考虑铆钉的长度和铆接后钢丝绳的拉脱力。铆钉长度影响钢丝绳连接，不同的铆钉长度在相同的冲压力条件下钾接质量不同。以7×7-1.50mm小规格钢丝绳为例，铆钉的长度初步设计为5、10和20mm，铆钉的长度不宜过长，影响钢丝绳后续生产的排线和收线。铆接后钢丝绳的拉脱力用户要求1200N，考虑适当的安全系数，铆接后钢丝绳的拉脱力须达到1500
N.试验设计铆钉的外观如图1所示，模具外观如2.3试验结果
2.3.1钢丝绳直径和铆钉尺寸的最佳匹配
选取的铆钉长度均为20mm，铆钉的内径为1.8mm，组合不同小规格直径的钢丝绳进行冲压铆接试
验，并对试验后的铆接点进行检测，具体数值见表1。钢丝绳的直径和铆钉的尺寸存在最佳的匹配关
系，在相同的铆钉尺寸情况下，不同钢丝绳直径铆接后，钢丝绳铆接点的拉脱力呈现抛物线规律，其趋势
图如图3所示。
表1不同钢丝绳直径钥接后的拉脱力
Table 1 Pull-out force atfter riveting of different wire rope diameter钢丝绳直径/mm拉脱力/N
1.357201.409321.4514951.5020051.6015261.651035从表1和图3可以看出，在相同的铆钉尺寸情
况下，钢丝绳的直径选择和铆钉尺寸有一定的规律，虽然所试验的钢丝绳直径都小于铆钉的内径，但是
当钢丝绳直径超过1.50mm时，铆接后钢丝绳的拉
脱力明显降低，因此铆钉尺寸和钢丝绳直径匹配的最佳钢丝绳直径为1.50mm。
2.3.2铆钉长度对钢丝绳拉脱力的影响
在钾钉内径相同的条件下，不同铆钉长度的钢
丝绳铆接后的拉脱力也不同，试验结果见表2。
表2不同钾钉长度对应的钢丝绳拉脱力
Table2 Wire rope pull-out force corresponding to different rivet length钾钉长度/mm钢丝绳拉脱力/N
51199101456202001从表2看出，随着铆钉长度的增加，钢丝绳的拉
脱力有相应的增加，但是考虑实际生产过程中，钢丝
绳铆接后还需要继续排线收线，在完全能够达到拉
脱力的情况下，选择铆钉长度为20mm最佳。
2.3.3冲压力对钢丝绳拉脱力的影响
在铆钉长度和钢丝绳直径最佳匹配的前提下，对7×7-1.50mm钢丝绳进行冲压铆接试验，并就试验过程的冲压力进行不同组合，结果发现不同冲压力对应的钢丝绳拉脱力也不相同，结果见表3。在钢丝绳和铆钉尺寸不变的情况下，冲压力的大小和铆接后钢丝绳的拉脱力呈一定的线性关系，如图
4所示。
从表3和图4看出，在钢丝绳直径和铆钉尺寸
一定的条件下，冲压力的增加并不能带来钢丝绳拉
脱力的增加，当冲压力在150~190N变化时，钢丝绳的拉脱力相应地呈线性上升，但是当冲压力在
190~210N时，钢丝绳的拉脱力变化基本处于平稳状态，也就是冲压力的最佳选择应该在190N左右。试验过程中为确保钢丝绳的质量，选择200N的冲
3需要改进的问题
4结语
3需要改进的问题
冲压铆接技术在小规格钢丝绳中的应用，虽然在铆钉设计工艺、模具设计和设备冲压方面做了一些研究，但是对于在小规格钢丝绳方面的推广，还需要进一步研究模具的选型和冲压力的选配，钢丝绳强度和模具硬度因素分析以及质量监控的提高。主要体现在以下几个方面。
（1）冲压铆接的铆钉尺寸、模具选型以及冲压力的选配。在明确钢丝绳连接点的强度和最小拉脱力的条件下，制定冲压铆接工艺首要工作是选取合适的铆钉尺寸和模具形状。冲压铆接铆钉的选取主要是通过试验确定，即采用不同长度的钾钉，在小样钢丝绳上进行大量的冲压铆接及拉脱力试验，通过测得的冲压铆接点拉脱力与设计需要的拉脱力进行比对来确定满足要求的模具及冲压力，需要耗费较多的人力物力和生产成本，因此，在冲压模具选型及冲压力选配前期如何通过有效的仿真对冲压铆接过程进行研究，获得合理的冲压铆接模具及冲压力参数，减少后期冲压铆接试验及更改耗费值得关注。
（2）冲压铆接强度关键因素分析。影响冲压钾接强度的因素是多方面的，如钢丝绳材料性质、表面状态、冲压力、冲压速度、模具结构参数等。在众多参数中，影响冲压铆接强度的关键因素还不明确，导致当冲压铆接强度发生波动时，很难进行合理的分析，难以判断产生强度波动的原因是模具设计问题、材料问题还是工艺实施过程问题，因此，深入研究影响冲压铆接强度的关键因素对设计分析并解决冲压铆接问题十分必要。
（3）冲压铆接质量的监控。现有冲压铆接技术是通过测量铆接后钢丝绳的拉脱力来判断冲压铆接点强度是否满足要求，采用破坏性试验进行质量监控。然而实际生产中，在2次定期检测之间，由于模具磨损等原因，可能产生冲压铆接点表面上满足质量要求，但实际拉脱力减小，从而导致冲压铆接点耐持久强度大大降低，严重影响客户使用，因此，如何在生产过程中有效监控冲压铆接点的质量是急需解决的问题。
4结语
随着汽车行业的不断发展，对汽车用钢丝绳连接的要求越来越高。若不能实现有效的连接，则会造成大量的浪费。传统电阻点焊无论是生产工艺还是连接点的质量都达不到用户需求，而冲压铆接技术不仅可以解决连接点质量问题，在能源环保方面还具有相当优势，因此将冲压铆接技术应用在小规格钢丝绳上，属于创新应用。
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