5.1 工作原理、特点及主要应用领域
随着汽车工业的发展，大量轻质材料如铝合金、镁合金和高强度钢板等得到了广泛的应用，传统的板材连接方法已经不能完全满足工业工程领域内的使用要求，存在生产效率低、成本高、对板材表面质量要求高等缺点，而冲铆工艺能够满足钢材或铝等轻型材料的连接要求，铆接过程中无化学反应，其抗静拉力和抗疲劳性都要优于点焊工艺，且板材在铆接时不需要钻孔，工艺步骤简化，节约成本，并适用于汽车车身高效率的生产，有效地攻克了铝点焊产生的各种难题，近年来冲铆连接方式被越来越多的应用在车身生产制造中。目前，冲铆工艺包括锁铆连接和无铆连接两种方式。
5.1.1 锁铆连接的工作原理、特点及主要应用领域
锁铆连接是汽车工业、钣金、家用电器、工业电器和建筑五金等领域中广泛使用的板材连接工艺，具有连接质量好、成本低和连接效率高、质量好等优点。
1．锁铆连接的工作原理
锁铆连接是指锁铆铆钉是在外力的作用下，通过穿透第一层材料和中间层材料，并在底层材料中进行流动和延展，形成一个相互镶嵌的永久塑性变形的铆钉连接过程。锁铆连接的过程如图5-1所示。
图5-1 锁铆连接过程
一般情况下，锁铆连接工艺可以分为三个阶段：
1）板料准备压入阶段。首先将被连接的工件放在凹模上，固紧件向下运动至被连接工件上，被连接的工件被固定在固紧件和凹模之间。
2）成形初始阶段。随着凸模向下运动，铆钉冲切凸模侧的被连接件。
3）成形阶段。继续加压，铆钉切断穿过凸模侧的被连接材料，且铆钉本身张开，凹模侧的板材塑性变形产生了封闭端，封闭端的形状由凹模的形状所决定。
2．锁铆连接的特点
与传统连接技术相比，锁铆连接具有如下优势：
1）连接质量好。锁铆连接的动态疲劳强度高、冲击能量吸收性能好、重复连接可靠性高、可无损伤检测连接质量。
2）综合成本低。锁铆连接无需连接前后的处理工序、单一工序、工作效率高、操作成本低、能耗低、无需额外的环保和劳保投资。
3）连接组合广。锁铆连接可连接不同材质、不同厚度组合，可连接不同硬度、不同强度组合，可连接中间层有结构胶组合，可连接多层材料组合。
4）设备效率高。锁铆连接设备可实现铆接自动化，易于与生产过程自动化集成，铆接质量由设备决定。
3．锁铆连接主要应用领域
1）汽车工业中的应用，如图5-2所示。
图5-2 锁铆连接在汽车工业中的应用
2）在运输工具中金属和复合材料的组合件零件。
3）白色电器物品。
4）建筑技术。
5.1.2 无铆连接的工作原理、特点及主要应用领域
1．无铆连接的工作原理
无铆连接（Clinching）是指专用的无铆连接模具在外力的作用下，迫使被连接的材料组合在连接点处产生材料流动，形成一个相互镶嵌的塑性变形的连接过程。图5-3所示为无铆连接的过程。
图5-3 无铆连接
一般情况下，可以根据冲头的位置确定无铆钉连接过程的四个阶段。
1）板料初压阶段：从冲头接触上侧板件开始，至下侧板件接触下模具底部平面为止。在这个过程中，上侧板件在冲头作用下弯曲并受挤压，局部发生塑性变形，下侧板件发生弯曲。
2）成形初始阶段：这一阶段从下侧板件接触下模具底部平面开始，至下侧板件和下模具底平面完全接触时为止。这一阶段开始时，冲头下行，下侧板件底部受到下模具底部平面的约束，此时，下侧板件变形后形成的侧表面尚未受到下模具内侧表面的约束，在此阶段，由于冲头的挤压作用，上侧板件在冲头的圆角处受挤压变薄，其颈部金相组织被强化。
3）成形阶段：冲头继续下行，由于下模具的环形凹槽对下侧板件的圆角处无约束，材料在力的作用下向凹槽处流动，填充下模具的环形凹槽。而上侧板件圆角处的材料也同时向凹槽处流动。颈部的组织被强化，上侧板件材料沿着最小阻力的方向流动，材料被挤向两边，挤入凹模侧的板件中，使上侧板件嵌入下部材料中，此时冲压连接圆点基本形成。
4）保压阶段：在这一阶段冲头继续下压。材料完全充满整个凹槽，冲压圆点完全形成，保压能够防止回弹。
无铆连接变形过程相对比较简单，但是在生产实际中，无铆连接点的质量会受到诸多因素的影响，主要包括连接设备、连接过程、材质组合和连接模具。连接设备主要包括连接设备的结构、连接设备的动力、静态变形特性和连接过程的控制对成形工艺的影响；连接过程包括空间定位、工作循环和周围环境的影响；材质组合包括被连接板材、板材厚度、板材强度、表面状况、几何形状和连接位置的可进入性的影响；连接模具包括上模的结构、下模的结构、脱模器、连接力和脱模力的影响。
2．无铆连接的特点
无铆连接和其他传统连接技术相比，具有如下特点：
1）低成本优势：与焊接或铆钉连接相比，成本节约30%～60%。
2）连接质量优势：动态疲劳强度远远高于点焊。
3）质量检测优势：连接点可无损检测，连接过程可自动监控，作业数据自动生成和存储。
4）生成简化优势：优化的连接工艺、无需铆接前后的处理工序，可实现多点同时连接，工作效率更高。
锁铆连接及无铆连接与传统连接方法的对比见表5-1，从表中可以明显看出锁铆连接和无铆连接的优点。
表5-1 锁铆连接及无铆连接与传统连接方法的对比
3．无铆连接的主要应用领域
无铆连接几乎被应用于所有的技术领域，其应用实例如图5-4和图5-5所示。
图5-4 用无铆钉塑性成形连接的白车身零件
图5-5 无铆连接在其他行业中的应用
a）废弃物容器/铝板 b）缓冲架/钢板 c）通风管接头/钢板铝板 d）固定带/铜板
1）汽车制造业：如轿车的车门部件、发动机盖板、加强件、转向装置及横梁部件等的固定。
2）通风和温度调节技术：通风装置系统、冷却设备壳体、风轮、过滤网等的固定。
3）白色电器物品：如壳体的固定。
4）建筑领域：管夹的连接和在屋檐的固定。
5）电子工业：电子组件的固定。
6）照明技术：顶板灯和霓虹灯的制造。
7）医学技术：牙科仪器的壳体制造。
8）家用电器：抽油烟机盖的生产。
9）计算机技术：框架部分的连接等
10）家具工业：扶手在基板上的固定。