一种摩擦塞铆焊接头强制成型装置的制作方法

本实用新型涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种摩擦塞铆焊接头强制成型装置。

背景技术：

摩擦塞铆焊是由摩擦焊发展而来，其主要解决的是超高强钢与其它零件的的连接问题，原理为：高速旋转的铆钉扎入并穿透两个待焊板材上板材，与下板材摩擦产热形成冶金连接，实现两板材的铆接，摩擦塞铆焊具有比传统铆接更高的强度。

摩擦塞铆焊是一种新型的铆接方法，相对于自冲摩擦铆接优点为无需预先在基板上预置孔，可实现铆钉与基板的直接焊接，特别对于基板为薄板时，自冲式摩擦塞铆焊较难实现。目前在奥迪A8的铝钢混合车身中此方法已经被大量使用，成功的解决了铝钢的焊接难题。

但摩擦塞铆焊仍然存在接头飞边影响接头性能的问题，如在铝钢摩擦塞铆焊时，钢铆钉与钢基板的摩擦铆接接头形成飞边，钢塑性金属形成的飞边会向铝板方向翻起，从而使得铝板厚度减小，接头强度降低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种摩擦塞铆焊接头强制成型装置，该装置主要目的在于针对上述存在的问题和不足，能够有效地解决接头飞边问题，使焊接接头强制成型封闭在一空间内，提高接头强度。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种摩擦塞铆焊接头强制成型装置，包括：

装置本体，装置本体包括铆钉、套设于铆钉外侧的夹紧套、用于固定铆钉的固定装置、与固定装置相连的第一花键轴、与第一花键轴配合的第二花键轴以及与第二花键轴固定连接的推杆；

第一驱动装置，第一驱动装置用于驱动第一花键轴转动，以带动固定装置驱动铆钉旋转；

第二驱动装置，第二驱动装置用于驱动第二花键轴在靠近或远离待铆接板材的预设方向上移动，以带动夹紧套向预设方向移动并提供压力。

进一步地，在本实用新型的较佳实施例中，第一驱动装置包括与第一花键轴传动连接的皮带轮以及第一电机，第一电机被配置为驱动皮带轮带动第一花键轴转动，以带动固定装置转动，从而驱动铆钉旋转。

进一步地，在本实用新型的较佳实施例中，第二驱动装置包括丝杠螺母、丝杠、与丝杠连接的弹性联轴器、与丝杠连接的减速机以及与丝杠连接的第二电机，丝杠螺母与弹性联轴器通过连接板连接，且第二花键轴通过连接板与丝杠螺母连接，第二电机被配置为驱动丝杠带动丝杠螺母在预设方向上移动，以通过连接板带动第二花键轴在预设方向上移动，从而驱动推杆带动夹紧套向预设方向移动并提供压力。

进一步地，在本实用新型的较佳实施例中，第二电机设置有压力传感器，压力传感器被配置为根据设定的压力调整第二电机的转向，从而调整丝杠的上下运动，实现夹紧套始终保持在一固定压力约束下。

进一步地，在本实用新型的较佳实施例中，的铆钉包括依次连接的头部、中部以及末端部，头部直径为R2，且其形状为带棱角的规则形状；中部呈圆柱形，且末端部呈锥形，其中铆钉总长为L1，末端部的大径为R1、末端部的小径为r1，高度为l1，距铆钉末端距离D处的直径为Rd，其中L1与D的差值为铆接时上板材的厚度，D为焊接时铆钉需要下压的高度。

进一步地，在本实用新型的较佳实施例中，的夹紧套形状为带耳的中空圆柱形，夹紧套的耳上均匀分布三个通孔，通孔直径为R3；

夹紧套的耳形状直径为R5，其中R5>R2。

进一步地，在本实用新型的较佳实施例中，的夹紧套中空圆柱形部分直径为R4，长度为L4，壁厚为T4，其中L4＝L1-D，0.3L4<T4<0.8L4。

进一步地，在本实用新型的较佳实施例中，推杆与第二花键轴之间采用螺纹连接，推杆的端部设有长度为T4、直径为R3的第一圆台，第一圆台连有直径为R6、长度为L5的第二圆台，且R6>R3，推杆的直径为R3的第一圆台与夹紧套的耳上的3个R3通孔配合可阻止夹紧套与铆钉旋转。

进一步地，在本实用新型的较佳实施例中，固定装置为磁性固定装置，磁性的固定装置可用于将铆钉及夹紧套吸住不发生脱落。

进一步地，在本实用新型的较佳实施例中，固定装置与第一花键轴之间的连接为螺纹连接；

夹紧套与铆钉之间的连接为过盈配合。

本实用新型的实施例至少具备以下优点或有益效果：

本实用新型的实施例提供了一种摩擦塞铆焊接头强制成型装置，该装置包括装置本体、第一驱动装置以及第二驱动装置。其中，装置本体包括铆钉、套设于铆钉外侧的夹紧套、用于固定铆钉的固定装置、与固定装置相连的第一花键轴、与第一花键轴配合的第二花键轴以及与第二花键轴固定连接的推杆；第一驱动装置用于驱动第一花键轴转动，以带动固定装置驱动铆钉旋转；第二驱动装置用于驱动第二花键轴在靠近或远离待铆接板材的预设方向上移动，以带动夹紧套向预设方向移动并提供压力。通过上述的设置使得该装置能够有效地解决接头飞边问题，使焊接接头强制成型封闭在一空间内，提高接头强度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的实施例提供的摩擦塞铆焊接头强制成型装置在第一视角下的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例提供的摩擦塞铆焊接头强制成型装置在第二视角下的结构示意图；

图3为图1的局部I的放大结构示意图。

图标：100-摩擦塞铆焊接头强制成型装置；101-装置本体；103-铆钉；105-夹紧套；107-固定装置；109-第一花键轴；111-第二花键轴；113-推杆；115-第一驱动装置；117-第二驱动装置；119-皮带轮；121-第一电机；123-丝杠螺母；125-丝杠；127-弹性联轴器；129-连接板；131-第二电机；133-减速机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1为本实施例提供的摩擦塞铆焊接头强制成型装置100在第一视角下的结构示意图；图2为本实施例提供的摩擦塞铆焊接头强制成型装置100在第二视角下的结构示意图；图3为图1的局部I的结构示意图。请参阅图1至图3，本实施例提供了一种摩擦塞铆焊接头强制成型装置100，包括：装置本体101、第一驱动装置115以及第二驱动装置117。

请再次参阅图1至图3，在本实施例中，装置本体101包括铆钉103、套设于铆钉103外侧的夹紧套105、用于固定铆钉103的固定装置107、与固定装置107相连的第一花键轴109、与第一花键轴109配合的第二花键轴111以及与第二花键轴111固定连接的推杆113。优选地，固定装置107与第一花键轴109之间的连接为螺纹连接；夹紧套105与铆钉103之间的连接为过盈配合。当然，在本实用新型的其他实施例中，连接方式还可以根据需求进行选择，本实用新型的实施例不做限定。

详细地，请再次参阅1至图3，在本实施例中，第一驱动装置115用于驱动第一花键轴109转动，以带动固定装置107驱动铆钉103旋转；第二驱动装置117用于驱动第二花键轴111在靠近或远离待铆接板材的预设方向上移动，以带动夹紧套105向预设方向移动并提供压力。该装置在具体使用过程中，第一驱动装置115带动铆钉103高速旋转，然后在外部设备的作用下可带动铆钉103与夹紧套105一起扎入待铆接的上板材中，第二驱动装置117可带动铆钉103向靠近下板材的预设方向下扎，下扎深度为铆钉103的末端部锥形的高度l1，并使夹紧套105的末端与下板材的表面接触并保持一固定压力。因此，在具体使用过程中，将摩擦塞铆焊接头强制成型装置100整体下压，高速旋转的铆钉103在外部设备提供的压力下持续下扎，使得铆钉103与下板材摩擦产热，形成冶金结合，铆钉103的头部与夹紧套105摩擦产热也形成冶金结合，在铆钉103末端部，由于下扎而产生的金属飞边填充在未焊接前夹紧套105与铆钉103的末端部的锥形形成的空腔内，使得铆钉103的末端部的锥形的体积与夹紧套105和铆钉103末端部的锥形形成的空腔体积一致，从而得到强制成型无飞边的接头。

综上所述，本实施例提供的该摩擦塞铆焊接头强制成型装置100能够有效地解决接头飞边问题，使焊接接头强制成型封闭在一空间内，提高接头强度。

具体地，在本实施例中，第一驱动装置115包括与第一花键轴109传动连接的皮带轮119以及第一电机121，第一电机121被配置为驱动皮带轮119带动第一花键轴109转动，以带动固定装置107转动，从而驱动铆钉103旋转。通过第一驱动装置115的驱动作用使得铆钉103在进行高速旋转，进而有利于铆钉103在焊接过程中的下扎。

其中，在使用过程中，启动第一电机121，使得铆钉103在第一驱动装置115的驱动作用下高速旋转，然后在外力作用下向下运动，使得铆钉103及夹紧套105一起扎入待铆接的上板材中，下扎距离为上板材的厚度，此时铆钉103的末端达到待铆接的下板材的表面。

作为优选的方案，铆钉103的固定装置107其内部形状与铆钉103的头部形状相同，这样设计可使得铆钉103的固定装置107旋转时可带动铆钉103平稳旋转。

具体地，在本实施例中，第二驱动装置117包括丝杠螺母123、丝杠125、与丝杠125连接的弹性联轴器127、与丝杠125连接的减速机133以及与丝杠125连接的第二电机131，丝杠螺母123与弹性联轴器127通过连接板129连接，且第二花键轴111通过连接板129与丝杠螺母123连接，第二电机131被配置为驱动丝杠125带动丝杠螺母123在预设方向上移动，以通过连接板129带动第二花键轴111在预设方向上移动，从而驱动推杆113带动夹紧套105向预设方向移动并提供压力。通过第二驱动装置117的设置，使得铆钉103可在预设方向上上下移动。

其中，在使用过程中，当铆钉103的末端达到待铆接的下板材的表面后，启动第二电机131，使得夹紧套105在第二驱动装置117的驱动作用下带动铆钉103向靠近下板材的预设方向下扎，下扎深度为铆钉103的末端部锥形的高度l1，并使夹紧套105的末端与下板材的表面接触并保持一固定压力。

作为优选的方案，在本实施例中，第二电机131设置有压力传感器，压力传感器被配置为根据设定的压力调整第二电机131的转向，从而调整丝杠125的上下运动，实现夹紧套105始终保持在一固定压力约束下。

请再次参阅图1至图3，在本实施例中，铆钉103包括依次连接的头部、中部以及末端部，头部直径为R2，且其形状为带棱角的规则形状；中部呈圆柱形，且末端部呈锥形，其中铆钉103总长为L1，末端部的大径为R1、末端部的小径为r1，高度为l1，距铆钉103末端距离D处的直径为Rd，其中L1与D的差值为铆接时上板材的厚度，D为焊接时铆钉103需要下压的高度。

并且，夹紧套105形状为带耳的中空圆柱形，夹紧套105的耳上均匀分布三个通孔，通孔直径为R3；夹紧套105的耳形状直径为R5，其中R5>R2。夹紧套105中空圆柱形部分直径为R4，长度为L4，壁厚为T4，其中L4＝L1-D，0.3L4<T4<0.8L4。当然，在本实用新型的其他实施例中，参数还可以根据需求进行选择，本实用新型的实施例不做限定。

请再次参阅图1至图3，在本实施例中，推杆113与第二花键轴111之间采用螺纹连接，推杆113的端部设有长度为T4、直径为R3的第一圆台，第一圆台连有直径为R6、长度为L5的第二圆台，且R6>R3，推杆113的直径为R3的第一圆台与夹紧套105的耳上的3个R3通孔配合可阻止夹紧套105与铆钉103旋转。在具体地使用过程中，将铆钉103与固定装置107配合完好，并使得推杆113上长度为T4、直径为R3的第一圆台塞入夹紧套105的耳上的三个通孔中。当然，在本实用新型的其他实施例中，通孔的数量还可以根据进行选择，本实用新型的实施例不做限定。

作为优选的方案，在本实施例中，固定装置107为磁性固定装置107，磁性的固定装置107可用于将铆钉103及夹紧套105吸住不发生脱落。当然，在本实用新型的其他实施例中，固定装置107的材料还可以根据需求进行选择，本实用新型的实施例不做限定。

本实用新型的实施例还提供了一种摩擦塞铆焊接头强制成型装置100的焊接方法，包括：

S1铆钉103的装配：将铆钉103与固定装置107配合完好，并使得推杆113上长度为T4、直径为R3的第一圆台塞入夹紧套105的耳上的三个通孔中；

S2焊接预备：启动第一电机121，使得铆钉103在第一驱动装置115的驱动作用下高速旋转，然后在外力作用下向下运动，使得铆钉103及夹紧套105一起扎入待铆接的上板材中，下扎距离为上板材的厚度，此时铆钉103的末端达到待铆接的下板材的表面，启动第二电机131，使得夹紧套105在第二驱动装置117的驱动作用下带动铆钉103向靠近下板材的预设方向下扎，下扎深度为铆钉103的末端部锥形的高度l1，并使夹紧套105的末端与下板材的表面接触并保持一固定压力；

S3焊接阶段将摩擦塞铆焊接头强制成型装置100整体下压，高速旋转的铆钉103在外部设备提供的压力下持续下扎，下压距离D为l1+T4/2，铆钉103与下板材摩擦产热，形成冶金结合，铆钉103的头部与夹紧套105摩擦产热也形成冶金结合，在铆钉103末端部，由于下扎而产生的金属飞边填充在未焊接前夹紧套105与铆钉103的末端部的锥形形成的空腔内，使得铆钉103的末端部的锥形的体积与夹紧套105和铆钉103末端部的锥形形成的空腔体积一致，从而得到强制成型无飞边的接头；

S4结束焊接阶段：停止第一电机121，将摩擦塞铆焊接头强制成型装置100整体抬高，启动第二电机131，回到起始位置。

综上所述，该方法能够有效地解决接头飞边问题，使焊接接头强制成型封闭在一空间内，提高接头强度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。