リベット留めと機械的締結の進歩

軌道リベット留めヘッドがそのサイクルを完了します。軟鋼と 6 度の角度でのピーンを伴うこのような用途では、リベット締めに必要な衝撃衝撃力の約 20% のみが適用されます。

リベット留めについて考えると、それは成熟した技術であり、あまり新しいことは起こらないと思われるかもしれません。あなたは正しいでしょうが、それは部分的にしかありません。はい、リベット留めは古い技術です。リベットを穴に配置し、ほぞに圧力を加えて変形させて頭部を作成すると、永久的な結合が形成されます。

もちろん、穴はほぞの外径、つまり、締結工具が接触するリベット (またはワイヤーまたはボールスタッド) の端の外径よりわずかに大きいだけである必要があります。 6% ～ 7% が良い経験則です。これらの基本パラメータを設定すると、リベットと母材の間に隙間のないしっかりとした接触である最大限の穴充填を実現することができます。

向かっているかもしれないが、まだそこには到達していない。それはリベット打ちが不変の技術ではないからです。このプロセスを、多数の永久的な機械的固定方法の 1 つとして広く考えると、革新がたくさんあることがわかります。これらはすべて、圧力をかけて材料をある形状から別の形状に移動させるというアイデアに基づいており、同時に材料の分子構造を変えることはありません（これが溶接などの他のプロセスとは区別されます）。

それは、中実のほぞをリベットに形成する (リベット留め)、中空のほぞをフレアに形成する (フレアリング)、ボスを穴に形成する (ステーキング)、または別の状況に関するものである可能性があります。何が最も効果的かは、常に、ワークピースの厚さ、接合強度の要件、部品の体積、必要な柔軟性などの用途によって異なります。選択肢はたくさんありますが、それぞれに長所と短所があります。しかし、さらに深く掘り下げる前に、まずメニューのテクノロジーオプションと、各プロセスを最大限に活用できる材料を知る必要があります。

インパクトリベット締めを定義する送り機構は、ファスナーを作業領域に迅速かつ確実に送り届けます。次のリベットの締結具は段階的に設定され、数分の 1 秒以内に準備が整います。送り機構を取り除くと、フライホイールプレス、空気圧ウェッジヘッドプレス、エアオーバーオイルプレス、さらには油圧プレスなど、従来のリベット締めプレスが得られます。どのプレスを選択するかは、特定のワークピースの特定のファスナーを据え込むのに必要なトン数によって異なります。

インパクトリベット締めでは、スピードが勝負です。空気圧式または機械式フライホイールプレスを使用すると、インパクトリベット締めのサイクルタイムは 0.3 ～ 1 秒の範囲になります。油圧プレスを使用してリベット留めする場合は、少し時間がかかる場合があります。油圧または油圧空圧駆動プレスの一般的なサイクルは 1 ～ 3 秒で、ツールを作業領域内の所定の位置に置いて最大の「絞り」とシャンクの膨らみを実現し、穴の直径を満たすようにほぞを冷間成形します。

インパクトリベット締めは、せん断荷重やトルク要件など、特定の用途の機能要件を満たすのにも役立ちます。リベットは一定量のねじり力に耐える必要がある場合があり、それを達成するには、リベット接合部の隙間を最小限に抑えるか排除する必要があります。インパクトリベット打ちの背後にある大きな力と直接的な衝撃角により、これを達成するために必要なシャンクのうねりが形成されます。

インパクトリベット締めは非常に高速ですが、リベットをコンポーネントにまっすぐ打ち込んでいるだけなので、大きなトン数が必要になる場合もあります。

トン数が高すぎると、位置決めやその他のエラーによるものであれ、故障して操業が停止する可能性があります。多くの場合、これらの問題は簡単に解決できますが、そうでない場合は、別の固定方法を検討することをお勧めします。

インパクトリベッティングと比較して、オービタルリベッティングでは発生する力が大幅に小さくなります。このプロセスでは、特定の角度でオフセットされた回転ピーンツールを使用します。回転するピーンツールはわずかに傾いているため、一見ぐらぐらした動きでリベットを適用しますが、騙されないでください。その動きは高度に設計され、制御されています。

軌道リベット留めヘッドは、ほぞの周囲に 360 度の圧力線を加えます。回転により、プロセスでは 1 回転あたり材料の一部だけが移動します。

ピーンツールは、ツールが前進してヘッドを形成するときに材料を「マッサージ」または「混練」します。回転により、プロセスでは 1 回転あたり材料の一部だけが移動します。一方、インパクトリベット締めでは、ピーンの直径全体がワークピースに接触し、ワークピースを一度に移動させようとします。

軟鋼と 6 度の角度でのピーンを含むオービタルリベット締めの適用では、リベット締めに必要な衝撃衝撃力の約 20% のみが適用されます。場合によってはさらに少ないこともあります。インパクトリベット留めでは、直径 0.25 インチのソリッドリベットには、通常、12,000 ポンドの力を生み出すことができるインパクトプレスが必要です。軌道リベット留めセットアップで同じ用途に必要な重量はわずか 1,800 ～ 2,400 ポンドです。力の。

オービタルリベッティングもより制御可能です。具体的には、ピーン工具の前進速度を制御して加工硬化を軽減し、プロセス全体を最適化できます。また、オービタルリベット締めでは低能力の機械を使用するため、通常、必要な資本投資が少なくなり、工具やメンテナンスのコストも低くなります。

オービタルリベット締めでは、リベット本体の上部付近に集中したシャンクのうねりが生成されます。挿入されたリベットのシャンク本体を断面で見ると、漏斗のように見えます。 6度傾けたピーンが作品に向かって下降すると、下にも外側にも形成されます。

工具角度が 6 度であると仮定すると、オービタルリベット締めでは、下向きの成形力の約 10% である横荷重力が発生します。治具の設計は、プロセス中に部品を確実に固定するための鍵となります。具体的には、治具の設計は、10% の側面荷重に安全係数を加えたものに耐えられるほど堅牢である必要があります。

オービタルリベット締めには欠点があり、主な欠点はサイクル時間です。ほとんどのオービタルリベッティングのサイクル時間は 2 ～ 4 秒で、最速のインパクトリベッティングプロセスよりもはるかに長くなります。また、オービタルリベッティングでは、インパクトリベッティングのような深いシャンクのうねりを作り出すことができません。深いシャンクのうねりが変更できないエンジニアリング要件である場合は、インパクトリベット締めがより良い選択となる可能性があります。

オービタルリベッティングはラジアルリベッティングと呼ばれるプロセスに似ていますが、いくつかの重要な違いがあり、そのほとんどはツールパスに関係しています。

オービタルリベット留めでは、ピーンは、たとえば 6 度などの特定の角度で接触します。ヘッドが回転すると、ピーンツールは接触を維持しますが、軌道ヘッドベアリングの設計により、前述したように、ピーンはワークピース材料をマッサージまたは混練します。 (ヘッドベアリングの設計がなければ、ピーン接触点により、オービタルリベット打ちは摩擦溶接プロセスに似たものになります。)オービタルリベット打ちにおけるモーターの 1 回転は、ピーンツールの 360 度の回転を生成します。

一方、放射状リベット留めの動きは、スピログラフのおもちゃを使用して円を描きながら複数のリーフレットを描く動きにほぼ似ています。半径方向のリベット締めでは、ピーン工具を 360 度回転させるために、モーターを複数回 (通常は 11 ～ 13 回転) 回転させる必要があります。これにより、材料がロゼットまたは小花パターンで中心から外側に移動します。ラジアルリベット締めにおけるスピンドルの回転速度は 1,140 ～ 1,780 RPM の範囲であり、ほとんどのオービタルスピンドルは 1,140 RPM で回転します。

ラジアルリベット留めの大きな利点の 1 つは、リベットが及ぼす力、より具体的には、特定の力が存在しないことに関係しています。ラジアルリベット締めは横荷重を生じないため、小径のロングシャンクリベットやワークピースに適したオプションです。

ラジアルリベット打ちは小さなワークピースからサイクルを開始します。このプロセスでは側面荷重がかからないため、固定が簡単になります。

オービタルリベッティングは、オービタルフォーミングと呼ばれるより広範なプロセスの一部であり、ピーンツールを一定の角度で保持してスイープな圧力線を作成します。

これには軌道ステーキングも含まれます。板金用途では、ピーン工具 (オービタルリベット留めで使用されるものとは異なる形状をしています) を使用して、あるワークピースのボスを別のワークピースの穴に放射状に拡張し、締りばめを作成します。これは従来のステーキング操作に似ていますが、オービタルステーキングでは、ピーンツールが回転し、作業領域の周囲に 360 度の圧力線を加えます。

別のバリエーションは軌道フレアです。このプロセスでは、中実リベットの代わりに、半管状または管状のリベットほぞを広げるフレアピーンツールの形状を使用します。これは従来のリベット締めでも使用されます。しかし、繰り返しますが、オービタルフレアでは、プレスを下降させて下向きの力を加えるのではなく、一定の角度で回転するピーンを使用します。回転するピーンが下降し、正確な量の力を加えて、母材上でほぞをフレアします。

硬質ボールスタッドをブラケットプレートに接合したり、ストライカーワイヤーをブラケットプレートに接合したり、軟鋼よりも硬いその他の材料を使用しているとします。冷間成形しようとすると、目的の完成形に達する前に割れたり亀裂が入ったりし始めます。

ここでホットアップセットフォーミングが役立ちます。これは、プロジェクションナット溶接または同様の抵抗溶接プロセスに非常に似ています。主な違いは、2 つの部品を溶接していないことです。結合がある間は融合は起こりません。

熱間アプセット成形では、工具が下降し、硬化したリベットまたはほぞの端に接触します。接触すると、ツールはリベットに電流を流し、特定の領域の抵抗を分離します。通常はリベットが溶融状態に近づくチェリーレッドに変わる点までです。ヘッドが圧力を加えると、結果として生じる熱によって材料が接合部を通って流れ落ち、穴が最大限に充填され、完成したヘッドの形状が生成されます。

ここで重要なのは断熱です。プロセスコントローラーは、周囲の母材ではなくほぞに大量の熱を加えることを保証する必要があります。母材は接合界面付近である程度加熱されますが、大幅には加熱されません。そうしないと、ワークピースが歪んだり溶接されたりする危険があります。熱が制御されなければ、プロセスも制御できなくなります。

熱間アプセット成形は、最終製品が長期間にわたって激しい振動にさらされる用途にも最適です。わずかな隙間があるジョイントアセンブリに長時間の激しい振動が加わると、時間の経過とともに隙間が大きくなり、最終的にはジョイントが弱くなります。繰り返しますが、穴の充填を最大化し、材料の破壊を最小限またはまったく発生させないことが重要な望ましい結果です。

他の機械的締結プロセスよりも、熱間アプセット成形では、接合部の穴を最大限に埋めることができます。穴の直径がほぞよりわずか約 6% ～ 7% 大きいなど、基本的な設計ガイドラインに従う必要があります。ただし、ロックウェル C が 28 から 32 の間のような、より硬いほぞを使用している場合は、熱間アプセットプロセスによってほぞと母材の間の隙間を埋め、材料の破壊を最小限に抑えることができる可能性があります。

接合部の軸方向の最小保持荷重を満たすために、ほぞがシートメタル (または別の母材) の上面よりも上に十分なプリフォームの突き出しがあることを確認する必要があります。しかし、ピーンがほぞに電気を加えると、材料は最も抵抗の少ない経路に向かって流れ、それらの隙間にも流れ込みます。言い換えると、熱を発生させる電気抵抗によって成形性が向上し、加えられた圧力によって材料が適切な場所に確実に流れるようになります。

オービタルピーンツールは、さまざまな頭部の形状に合わせて設計できます。

ここで説明するプロセスには、板金などの平らな表面を固定することが含まれますが、その他にはチューブやその他のさまざまな円筒形状が含まれます。いずれにしても、これはすべて永久的な機械的固定の氷山の一角にすぎません。より多くのオプションが存在し、バリューエンジニアリングの可能性が豊富にあります。

しかし、正確な方法が何であれ、永久的な固定戦略は、製造スループットの要求と、部品の機能的および外観上の要件を満たす必要があります。それを実現するには、素材を適切な場所に、適切な方法で移動することが重要です。

ブライアンライトは、Orbitform の営業担当副社長です。住所 1600 Executive Drive, Jackson, MI 49203, 517-787-9447

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