铆接焊接的方法（3种塑胶件铆接工艺）
铆接焊接的方法（3种塑胶件铆接工艺）以上3种铆接工艺，我们该怎么选择，或者说他们有什么优缺点？3、超声波铆接，也属于接触式铆接，其过程如下：2、热气铆接，也叫热风铆接或热风冷铆接，属于非接触式铆接，热风冷铆工艺主要使用热风作为加热源对铆柱进行加热后成型，整个工艺包含两个过程：第一个过程中，通过热风将铆柱均匀加热到塑型状态，在这一过程中，温度稳定风量均匀的热风对于铆柱的加热至关重要。在第二个过程中，冷铆头将软化的铆柱下压成型为牢固的铆头。由于铆柱已经完全加热并软化，因此成型的铆头可以牢靠紧固地将待铆件固定住。在热风冷铆中，铆柱与待铆接工件上的开孔配合不宜过大，如果空隙过大，容易导致软化的塑料在铆接过程中填隙到配合间隙中，导致铆头尺寸不足。
金属件的铆接，即铆钉连接，是一个机械词汇，是利用轴向力将零件铆钉孔内钉杆墩粗并形成钉头，使多个零件相连接的方法。
塑胶件的铆接，其主体是塑胶件，而被连接件可为塑胶件、金属件（如金属片）、电气元件（如PCB板）、织物（如网布）等，其铆接无需像金属铆接那样额外需要铆钉或铆柱等配件，而是直接在塑胶本体上长出柱子、筋位等塑胶结构，使其穿过被连接件，然后对突出部分柱子或筋位进行加热软化并在铆头的压紧作用下成型，冷却后完成铆接。
一、按加热软化的方式不同可分为以下三种铆接工艺：
1、热压铆接，属于接触式铆接，有部分技术采用将加热管设置在铆头内部，通过加热管来加热金属铆头，这样整体的金属铆头体积较大，加热效率较低。目前通用的技术采用高频脉冲发热原理使得金属热铆头可以自发热，无需通过加热块或加热管来传导热量，发热效率高，金属铆头的体积也小，能适用于更多的应用。
2、热气铆接，也叫热风铆接或热风冷铆接，属于非接触式铆接，
热风冷铆工艺主要使用热风作为加热源对铆柱进行加热后成型，整个工艺包含两个过程：第一个过程中，通过热风将铆柱均匀加热到塑型状态，在这一过程中，温度稳定风量均匀的热风对于铆柱的加热至关重要。
在第二个过程中，冷铆头将软化的铆柱下压成型为牢固的铆头。由于铆柱已经完全加热并软化，因此成型的铆头可以牢靠紧固地将待铆件固定住。在热风冷铆中，铆柱与待铆接工件上的开孔配合不宜过大，如果空隙过大，容易导致软化的塑料在铆接过程中填隙到配合间隙中，导致铆头尺寸不足。
3、超声波铆接，也属于接触式铆接，其过程如下：
以上3种铆接工艺，我们该怎么选择，或者说他们有什么优缺点？
二、它们共同的优点是：
1、塑胶件结构简单，无需设计复杂的结构，模具成本降低。
2、装配工艺简单，无需额外的辅料或紧固件，可靠性高。
3、可以一次性对多个焊点进行铆接，装配效率大大提高。
4、不止适用于塑胶件之间的连接，还可以适用于金属件、其他非金属件等，特别适用于一些空间受限、其他连接方式难以适应的场合。
5、铆接后的零件适合于长期机械振动、环境温度及湿度变化范围大，自然环境极其恶劣的场合。
6、操作简单、节能、速度快，操作者不需要很高的专业技能，通过外观目视即可检查产品质量。
三、它们共同的缺点是：
1、需要配置额外的铆接设备以及工装治具。
2、不适合应用在有高强度要求、受长期载荷的场合。
3、铆接工艺为永久性连接固定，不适合应用在需要拆装维修的场合。
4、一旦失效即为永久性失效，很难通过返修补救，（所以，如有必要，需要在结构设计阶段做好一定的补救措施）。
四、它们各自的优缺点对比：
说明：
1、热压铆接，其优点很明显，铆头同时起到加热铆柱以及成型铆头的作用。这样设备就设计得可以非常紧凑，特别适合铆接较小工件上排布间隔较近的塑料铆柱。
其缺点也明显，由于使用热铆头，如果铆头冷却不完全，铆头还有余热铆柱塑胶就容易粘在铆头上从而产生拉丝现象，热铆头需要经常更换；热压铆接不适合于尺寸较大的铆柱，因为受热表面越来越难将表面热量传导到铆柱中心及底部，因此铆柱中心可能存在冷芯现象，铆柱与被连接件之间的间隙无法有效填充；还有，热压铆接工艺制作的成品应力相对较大，拉拔强度略低；所以，热压铆接也不适合铆接定位及固定要求较高的产品。
2、热气铆接，由于塑料铆柱在几百度的热风环境中均匀加热，因此塑料铆柱由内而外完全软化，有效减小成型后的内应力。在第二步冷铆头冲压成型的过程中，由于冲压作用，完全软化的塑料材料可以快速填充到被连接件与铆柱的90%以上的装配间隙中，因此可以达到非常好的固定效果。
3、超声波铆接，其铆接强度和固定效果跟热压铆接类似，但是，由于超声波铆接是摩擦生热，当铆点成型后，超声波发生器停止工作，此时焊头不像热压铆接的热铆头那样热量需要冷却完全，即超声波焊头本身不带热量，也就不容易产生拉丝现象；还有超声波铆接用时最短。
如使用超声波铆接，其铆柱不能设计在高度差很大的平面上，因为高度差会导致不同铆接点的振幅差异，柱子会以不同的速率加热，导致当一个柱子铆接成型，而另外的柱子可能松动或者温度过高材料退化。如果用一个焊头进行铆接，柱子的分布距离也会受到限制。而在热压或热气铆接工艺中，铆柱可以设计在不同的平面上，可以是相当远的距离，仍可以一次性实现多点铆接。
4、材料的适应性
塑胶材料分为热塑性塑胶和热固性塑胶，只适合对热塑性塑料进行铆接，因为它们可以在特定的温度范围内熔化。而热固性塑料加热到一定温度时会固化，很难通过以上3种方式进行铆接，所以，常常针对的是热塑性塑胶进行铆接，而且产品结构上也常常是选择热塑性塑胶居多。
热塑性塑胶又分为非结晶性（也叫无定形）塑胶和结晶性（也叫半结晶性）塑胶。
1）对于非结晶性塑胶，其分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化及至流动的温度（Tg玻璃化温度），此种类塑胶都适合以上3种铆接工艺。
2）对于结晶性塑胶，其分子排列有序，有明显的熔点（Tm熔化温度）和再度凝固点，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，塑胶开始融化，如果此时热量降低，塑胶很快就会凝固。图3-106显示了非晶塑料和半结晶塑料的熔化过程之间的差异。
所以，针对这一点，由于热压铆接的铆头同时起到加热铆柱以及成型铆点的作用，结晶性塑胶更适用于热压铆接。
结晶性塑料具有类似于弹簧的规则分布的分子结构，吸收高频超声振动能量非常容易，因此很难通过高频振动在铆柱接合面上产生热量，且结晶性塑料常常有较高的熔点，必须有足够的超声波能量才能熔化结晶塑料。因此，与非结晶性塑料相比，结晶性塑料更难铆接。为了获得结晶塑料的更高铆接质量，通常需要考虑更多因素，例如更高的振幅，合适的接合面设计，焊头接触，焊接距离和焊接夹具等，且为了集中超声能量，铆柱的顶端应该设计成与焊头的初始接触最小。
还有一些材料特性会影响超声波铆接的效果，如硬度（一般硬度越高越好超声）、熔点（熔点越高，需要的超音波能量越多）、纯度（原料的纯度越高铆接效果越好，再生料掺杂有杂质效果略差）。
3）对于添加填料（如玻纤）的塑胶，由于塑胶和玻纤之间的熔点相差很大，如果是热压铆接，要求温度控制在±10°的范围内，因为如果温度过高，玻璃纤维从塑料中析出，导致粘料和粗糙的表面，如果温度较低，导致裂纹和冷成型。如果是超声波铆接，需要更大的振动能量才能融化塑胶，玻纤含量过高，超声波铆接后会在铆接部位出现废渣并会脱落，铆接强度降低，铆接不牢靠。
当填料小于10%时，可能不会对材料特性产生很大区别，而且，这些填料（例如玻纤）十分有助于铆接软材料，例如PP、PE和PPS等；当填料在10%-30%时，会降低铆接强度；大于30%之后对铆接性能就有较大影响了。
五、常见的铆柱和铆头的几何形状以及结构尺寸
1、半圆铆头（大轮廓）
其中，
1）适用于铆柱直径D1小于3mm，且最好大于1mm，防止断裂；
2）铆柱突出部分高度H1一般取（1.5-1.75）*D1；
3）铆头的直径D2一般取2*D1左右，高度H2取0.75*D1左右，具体数字应根据体积转换S头=（85%-95%）*S柱；
4）此种类型最常用，一般用于固定强度要求不高的场合，如PCB板、塑胶装饰件等。
2、半圆铆头（小轮廓）
其中，
1）适用于铆柱直径D1小于3mm，且最好大于1mm，防止断裂；
2）铆柱突出部分高度H1一般取1.0*D1；
3）铆头的直径D2一般取1.5*D1左右，高度H2取0.5*D1左右，具体数字应根据体积转换S头=（85%-95%）*S柱；
4）此种类型比大轮廓半圆铆头铆接时间短，一般用于固定强度要求不高的场合，如FPC软排线，金属弹片等。
3、双半圆铆头
其中，
1）适用于铆柱直径D1=(2-5)；
2）铆柱突出部分高度H1一般取1.5*D1；
3）铆头的直径D2一般取2*D1左右，高度H2取0.5*D1左右，具体数字应根据体积转换S头=（85%-95%）*S柱；
4）此种类型的铆柱比半圆头型的稍大，为了缩短铆接时间以及取得更好的铆接效果，故采用双半圆头方式，一般用于固定强度要求偏高的场合；
5）铆柱和模具热铆头的中心需对准，这样才能获得外形漂亮的铆头。
4、环形铆头
其中，
1）适用于铆柱直径D1大于5mm；
2）铆柱突出部分高度H1一般取(0.5-1.5)*D1，直径越大取小值，内径取0.5*D1（避免柱子背面缩水为原则）；
3）铆头的直径D2一般取1.5*D1左右，高度H2取0.5*D1左右，具体数字应根据体积转换S头=（85%-95%）*S柱；
4）当铆柱的直径越来越大，为了缩短铆接时间以及取得更好的铆接效果，同时为了避免柱子背面产生缩水的缺陷，故采用空心铆柱，一般用于固定强度要求较高的场合；
5）空心铆柱内外受热均匀，容易获得外形漂亮的铆头。
5、平头铆头
其中，
1）铆柱直径D1小于3mm；
2）铆柱突出部分高度H1一般取0.5*D1，
3）铆头的直径D2和高度H2，具体数字应根据体积转换S头=（85%-95%）*S柱；
4）被连接件需要有足够的厚度设计沉孔，否则连接会不可靠，固定强度不足；
5）平头铆头适用于成型后铆头不允许凸出表面的场合.
6、立筋铆头
其中，
1）铆柱根部直径D1小于3mm，顶部直径D3=（0.4-0.7）*D1；
2）铆柱突出部分高度H1一般取（1.5-2）*D1，H1应小于铆柱的长度L；
3）铆头的直径D2一般取2*D1左右，高度H2取1.0*D1左右，具体数字应根据体积转换S头=（85%-95%）*S柱；
4）立筋铆头适用于需要设计相对偏大些的铆接受力面积时，且无足够空间设计空芯铆柱的场合。
7、翻边铆头
其中，
1）铆柱根部直径D1小于3mm，顶部直径D3=（0.3-0.5）*D1；
2）铆柱突出部分高度H1一般取（1.5-2）*D1，H1应小于铆柱的长度L；
3）铆头的直径D2一般取2*D1左右，高度H2取1.0*D1左右，具体数字应根据体积转换S头=（85%-95%）*S柱；
4）立筋铆头适用于被连接件需要压接或包裹的场合。
注意：
1、如果铆柱在斜面上时，或铆柱离底面较高时，应设计成以下形式：
2、由于铆接一旦失效即为永久性失效，很难通过返修补救，所以，如有必要，可以在结构上做冗余设计，如下图，把铆柱和孔做多一倍，第一次使用黄色处的铆柱，如有返修，第二次可用白色处的铆柱，这样就有一次可返修的机会。
参考资料：
1.PHASA塑料热铆焊设计指导手册
2.莱丹热风冷铆铆头结构设计准则
3.百度文库、视频等
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