专利名称：一种轻合金热铆工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及轻合金的铆接工艺，具体涉及一种轻合金的热铆接工艺，属于机械制造技术 领域。
背景技术：
铆接是一种古老的连接方法，早在千年前就有应用，由于其具有连接可靠、连接过程无 冶金变化(与焊接相比)等优点，目前在许多行业仍然具有不可或缺的地位，如飞机、铁道 车辆、汽车等。 一般而言，铆接实质上是铆钉在铆头(也称铆杆)的作用下产生塑性变形、 形成铆接接头，从而实现机械连接。从铆钉产生塑性变形的温度不同，铆接可以分为冷铆和 热铆。冷铆在常温下操作，铆钉在常温下产生塑性变形；热铆需要加热，铆钉在热态(高温 下)下产生塑性变形。
碾压铆接技术(也被称为旋铆或碾铆)是上世纪六十年代发展起来的一现代铆接技术， 其特点是铆头(有时也被称为铆杆)与铆钉轴线呈锐夹角，铆头在绕轴线作连续回转运动的 同时作下压运动，使得铆钉在受到铆头的滚动碾压逐渐变形成为所需形状，其实质是一种均 匀连续渐进的塑性成形。碾压铆接具有铆接质量高、能耗低(铆接力小、效率高)和无噪音 等优点；另外，其具有很强的适应性，既可用于有铆钉铆接、也可应用于无铆钉铆接，而且 对于许多难铆材料和特殊接头形状都可胜任。因此，碾压铆接技术在许多行业得到日益广泛 的应用。目前，碾压铆接均为冷铆，即铆钉在常温下产生塑性变形，这使得碾压铆接技术的 使用范围受到一定的限制。
轻合金作为重要的金属结构材料，具有轻质、比性能高、成形加工性能好、易于回收利 用等特点，在汽车、3C产品、航空航天及兵器等领域具有广阔的应用前景。作为一种结构材 料，轻合金采用铆接进行连接是所属领域技术人员惯用的手法，而且经常需要使用同质材料 的铆钉。但是实践发现，对于一些常温塑性较差的轻合金铆钉(如镁合金、铸态铝合金等) 而言，在常温下使用常规的铆接方法(如锤击、冲/压铆等)难以产生满意的变形、从而难以 获得力学性能良好的铆接接头，甚至连可以用于许多难铆材料的碾压铆接在常温下也难以获 得满意的铆接接头。以镁合金为例，镁具有密排六方的晶体结构，在室温下通常只有五个滑 移系，包括三个几何滑移系和两个独立滑移系，由于滑移系相对较少，其室温塑性较低，塑性变形性能较差，所以在常温下实施铆接变形难以成功，易于出现压裂等缺陷。众所周知，
当温度升高至200 40(TC时，镁的外加滑移系得到增加，塑性变形能力大大增强，可以顺利
的实施塑性变形加工。因此，对于镁合金铆钉的铆接，需要对铆钉进行加热后实施，即需要 热铆。同样，对于其它室温下塑性较差的轻合金铆钉(如铸态铝合金铆钉)也有类似的情况， 需要实施热铆才能获得满意的铆接接头。
传统的热铆工艺， 一般是先将铆钉通过加热炉或者其他加热设备整体加热，然后将热态
铆钉放至所需位置，再进行铆接变形加工。这种工艺存在以下问题
1、 铆钉整体加热是不必要的。 一般而言，铆接时，铆钉的一端或两端产生墩粗变形、使 墩粗变形部位的直径大于铆钉所穿过的铆孔并具有一定的承载能力，而铆钉的中间部位并不 需要变形，即在热铆时不需要被加热。因此对铆钉进行整体加热其实是不必要的，在一定意 义上也是一种能源浪费。
2、 铆钉加热和铆接变形加工两个步骤分离，在两个工步之间存在一个铆钉转移和放置工
步，这就会导致以下问题第一、铆钉在转移放置过程中散热降温，而且散热降温程度易于 受到环境、操作者等因素的影响，导致在批量生产中铆钉的实际变形温度波动较大，铆接接 头质量控制难度增大，尤其是当铆钉尺寸较小的时候，其工艺控制难度更大；第二、同样由 于铆钉在转移放置过程中散热降温，要求加热工步的工艺温度会高于铆接变形所需的温度， 造成铆钉在高温下存在的时间较长，这对于绝大多数轻合金铆钉而言非常不利，因为会导致 铆钉在高温下产生过热、过烧或氧化而使组织和性能恶化，尤其对于镁合金这样化学性能活 泼的轻合金铆钉，还易于产生恶性氧化、甚至燃烧；第三、工步多，铆接的生产效率不高。
3、 在某些场合无法使用，例如有许多工件把铆钉和零件作一体化设计，即把铆钉设计 成零件上的凸台或凸柱形式，与零件一同成形或加工，对于该类构件，传统热铆工艺就难以 胜任了，因为需要变形的只是铆钉部分，即只需对作为铆钉用的凸台或凸柱进行加热，而无 需或无法为了加热铆钉部分而对整个工件进行加热。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种用于常温塑性差的难铆轻合金、 实现铆钉局部加热的新型高效热铆接方法，解决目前碾铆技术仅能实现冷态铆接的问题。 本发明的目的是这样实现的 一种轻合金热铆工艺，其特征在于，包括如下步骤 1)在铆接机的铆头周围加装一个感应线圈，感应线圈能与铆头同步上下移动；所述感应 线圈在高频感应电源、红外测温仪和温控器的共同作用下实现铆头加热和保温；
42) 将待铆接的零件准确定位和固定在铆接机上，再将轻合金铆钉放置于零件的待铆部位， 并使铆钉的中轴线与铆接机的主轴轴心保持一致；
3) 启动感应线圈对铆头加热并保温，使铆头的温度保持在高于铆钉塑性变形温度以上；
4) 控制铆接机将被加热并保温的铆头与铆钉需要变形的部位接触，使铆钉局部受热至所 需的塑性变形温度；
5) 铆接机运转并对铆钉施加外力，使铆钉受热的局部产生变形，形成铆接接头。 进一步，所述步骤3)的加热温度控制在40(rC 70(TC。
所述步骤4)的铆头与铆钉需要变形部位接触持续时间为2 10s。 所述铆接机为摆碾铆接机或径向铆接机。
本发明有效地实现了热态碾铆，解决了目前碾铆技术仅能实现冷态铆接的的问题；而且 相比现有热铆技术，还具有如下有益效果
I 、本发明工艺只对铆头(铆杆)加热，再通过铆头(铆杆)对预先放置到位的铆钉进 行局部接触传热，使其接触部位局部达到塑性变形温度、获得良好的塑性变形能力，再完成 铆接变形加工，完全适用于常温塑性差的难铆轻合金铆接加工；
II、 本发明工艺无需对铆钉整体加热，只需要局部加热，不但有利于节能；而且很好的 解决了铆钉和零件一体化设计时的热铆加热问题，而这正是传统的整体加热式热铆方法难以 适用的。
III、 本发明工艺对铆钉的加热和铆接变形加工连续实现，解决了传统热铆中铆钉需要先 加热、再转移放置到位带来的效率低、铆钉温度难以控制、铆钉由于在高温下存在时间长而 组织性能恶化和高温氧化等问题。
W、容易实现自动化控制，有利于工人的实际操作，适用于大批量的加工生产。尤其适 用于铆钉和零件一体化的铆接场合。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。 实施例l:
对象为需要进行热径向铆接的压铸ZL112Y铝合金零件，零件上有数个05mm、高5mm 的凸柱作铆钉用(一体化设计铆钉；压铸ZL112Y铝合金铆钉常温塑性变形能力差，难以在 常温下完成铆接；同时也难以通过整体加热的方式对一体化的铆钉实施加热)。
使用本发明的轻合金热铆工艺，具体步骤如下
51) 在径向铆接机的铆头(铆杆)周围加装一个感应线圈，感应线圈能随铆头上下移动和 转动时保持相对位置不变；同时，感应线圈在高频感应电源、红外测温仪和温控器的共同作 用下实现铆头加热和保温。
2) 将需要铆接的镁合金零件固定在径向铆接机上，待铆部位向上。
3) 启动感应线圈将铆头加热并保温至70(TC。
4) 径向铆接机主轴下行，使保温在70(TC的铆头与铆钉端部接触，保持2秒钟。
5) 径向铆接机运行，对铆钉实施径向铆接，使铆钉变形。
6) 径向铆接机停止运行，完成铆接。
实施例2:
对象为需要进行热摆碾铆接的铸造ZL201铝合金零件，铆钉也为铸态ZL201铝合金、 直径①4mm、长5mm (铸态ZL201铝合金铆钉常温塑性变形能力差，难以在常温下完成铆 接；如果将铆钉整体单独加热后再放置到位铆接，则铆钉温度已经迅速降至塑性变形温度以 下)。
使用本发明的轻合金热铆工艺，具体步骤如下-
1) 在摆碾铆接机的铆头(铆杆)周围加装一个感应线圈，感应线圈能随铆头上下移动和 转动时保持相对位置不变；同时，感应线圈在高频感应电源、红外测温仪和温控器的共同作 用下实现铆头加热和保温。
2) 将需要铆接的铸造ZL201铝合金零件固定在摆碾铆接机上，待铆部位向上。
3) 启动感应线圈将铆头加热并保温至65(TC。
4) 摆碾铆接机主轴下行，使保温在65(TC的铆头与铆钉端部接触，保持3秒钟。
5) 摆碾铆接机运行，对铆钉实施摆碾铆接，使铆钉变形；
6) 摆碾铆接机停止运行，完成铆接。 实施例3:
对象为需要进行热摆碾铆的AM60D镁合金零件，铆钉也为AM60D镁合金、直径0 3.5mm、长4mm (镁合金铆钉常温塑性变形能力差，难以在常温下完成铆接；如果将铆钉整 体单独加热后再放置到位铆接，则铆钉温度已经迅速降至塑性变形温度以下)。
使用本发明的轻合金铆接工艺，具体步骤如下
1)在摆碾铆接机的铆头(铆杆)周围加装一个感应线圈，感应线圈能随铆头上下移动和 转动时保持相对位置不变；同时，感应线圈在高频感应电源、红外测温仪和温控器的共同作 用下实现铆头加热和保温。2) 将需要铆接的镁合金零件固定在摆碾铆接机上，待铆部位向上。
3) 启动感应线圈将铆头加热并保温至60(TC。
4) 摆碾铆接机主轴下行，使保温在60(TC的铆头与铆钉端部接触，保持4秒钟。
5) 摆碾铆接机运行，对铆钉实施摆碾铆接，使铆钉变形。
6) 摆碾铆接机停止运行，完成铆接。
实施例4:
对象为需要进行热径向铆接的AZ91D镁合金零件，零件上有数个^5mm、高5mm的凸 柱作铆钉用(一体化设计铆钉；镁合金铆钉常温塑性变形能力差，难以在常温下完成铆接; 同时也难以通过整体加热的方式对一体化的铆钉实施加热)。
使用本发明的轻合金热铆工艺，具体步骤如下
1) 在径向铆接机的铆头(铆杆)周围加装一个感应线圈，感应线圈能随铆头上下移动和 转动时保持相对位置不变；同时，感应线圈在高频感应电源、红外测温仪和温控器的共同作 用下实现铆头加热和保温；
2) 将需要铆接的镁合金零件固定在径向铆接机上，待铆部位向上；
3) 启动感应线圈将铆头加热并保温至50(TC;
4) 径向铆接机主轴下行，使保温在500'C的铆头与铆钉端部接触，保持6秒钟；
5) 径向铆接机运行，对铆钉实施径向铆接，使铆钉变形；
6) 径向铆接机停止运行，完成铆接。 实施例5:
对象为需要进行热径向铆接的AZ31镁合金零件，铆钉也为AZ31镁合金、直径06mm、 长8mm (镁合金铆钉常温塑性变形能力差，难以在常温下完成铆接；如果将铆钉整体单独加 热后再放置到位铆接，则铆钉温度已经迅速降至塑性变形温度以下)。
使用本发明的轻合金热铆工艺，具体步骤如下
1) 在径向铆接机的铆头(铆杆)周围加装一个感应线圈，感应线圈能随铆头上下移动和 转动时保持相对位置不变；同时，感应线圈在高频感应电源、红外测温仪和温控器的共同作 用下实现铆头加热和保温。
2) 将需要铆接的镁合金零件固定在径向铆接机上，待铆部位向上。
3) 启动感应线圈将铆头加热并保温至40(TC;
4) 径向铆接机主轴下行，使保温在400'C的铆头与铆钉端部接触，保持10秒钟；
5) 径向铆接机运行，对铆钉实施径向铆接，使铆钉变形；6)径向铆接机停止运行，完成铆接。
本发明与传统热铆方法相比较，最大的特点是铆钉无需整体加热，而是通过被加热并 保温在一定温度的铆头(铆杆)局部接触实现铆钉局部加热、并在加热后立即实施无间断的 铆接变形加工。
权利要求
1、一种轻合金热铆工艺，其特征在于，包括如下步骤1)在铆接机的铆头周围加装一个感应线圈，感应线圈能与铆头同步上下移动；所述感应线圈在高频感应电源、红外测温仪和温控器的共同作用下实现铆头加热和保温；2)将待铆接的零件准确定位和固定在铆接机上，再将轻合金铆钉放置于零件的待铆部位，并使铆钉的中轴线与铆接机主轴的中轴线保持一致；3)启动感应线圈对铆头加热并保温，使铆头的温度保持在高于铆钉塑性变形温度以上；4)控制铆接机将被加热并保温的铆头与铆钉需要变形的部位接触，使铆钉局部受热至所需的塑性变形温度；5)铆接机运转并对铆钉施加外力，使铆钉受热的局部产生变形，形成铆接接头。
2、 根据权利要求1所述的轻合金热铆工艺，其特征在于，所述步骤3)的加热温度控制 在400。C 700。C。
3、 根据权利要求1所述的轻合金热铆工艺，其特征在于，所述步骤4)的铆头与铆钉需 要变形部位接触持续时间为2 10s。
4、 根据权利要求l所述的轻合金热铆工艺，其特征在于，所述铆接机为摆碾铆接机或径 向铆接机。
全文摘要
本发明提供一种轻合金热铆工艺，在铆接机的铆头周围加装一个感应线圈，感应线圈能与铆头同步上下移动；所述感应线圈在高频感应电源、红外测温仪和温控器的共同作用下实现铆头加热和保温；将待铆接的零件准确定位和固定在铆接机上，再将轻合金铆钉放置于零件的待铆部位，并使铆钉的中轴线与铆接机主轴的中轴线保持一致；启动感应线圈对铆头加热并保温，使铆头的温度保持在高于铆钉塑性变形温度以上；将被加热并保温的铆头与铆钉需要变形的部位接触，使铆钉局部受热至所需的塑性变形温度；铆接机运转并对铆钉施加外力，使铆钉受热的局部产生变形，形成铆接接头。本发明节能，效率高，从而降低生产成本，容易实现自动化控制。
文档编号B21J15/00GK101486065SQ200910103180
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月12日 优先权日2009年2月12日
发明者孙继云, 兵 李, 游国强, 龙思远 申请人:重庆大学