一种可定位的预冲孔无铆钉恒温冲压模具及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无铆钉冲压模具领域，具体涉及一种可定位的预冲孔无铆钉恒温冲压 模具及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 为了追求车身轻量化，在不改变车身规格的前提下，可以通过优化车身结构，更新 车身零件制造和连接工艺，用轻质材料替代传统低强度钢等方法实现车身结构轻量化。高 强钢具有高减重潜力、高碰撞吸收能、高疲劳强度、高成形性及低平面各向异性等优势，铝 合金具有质量轻、耐腐蚀、比强度高、易加工、表面美观及回收成本低等优点。所以现在的车 身上开始大量应用高强钢和铝合金。然而，随着热成形工艺的发展，制造出的高强钢强度也 越来越高，超高强钢可以达到1600Mpa左右，传统的自冲铆连接工艺中铆钉已经难以刺入 钢板形成有效的接头。所以就出现了一种预冲孔无铆钉铆接方法，即在热成形过程中将高 强钢钢板预先冲孔，然后在铆接过程中将铝板压入钢板预先冲好的孔中从而形成接头。其 中，钢板上预先冲好的孔与冲头之间的定位是一个关键点，因为铝板放在钢板的上面，所以 就看不到钢板上孔的位置，如果定位不准确，就不能准确的把铝板压入钢板的孔中形成有 效接头。因此，本发明设计了一种可定位的预冲孔无铆钉恒温冲压模具。
【发明内容】
[0003] 本发明设计开发了一种可定位的预冲孔无铆钉恒温冲压模具。
[0004] 本发明的目的之一是解决现有技术中钢和铝合金等异种金属点焊连接时由于熔 点和热膨胀系数差异较大，焊接时焊点出现硬而脆的金属化合物，难以实现有效地焊接接 头的问题。
[0005] 本发明的目的之二是解决现有技术中冲头与预冲孔之间难以精确定位的问题。
[0006] 本发明还设计开发了一种可定位的预冲孔无铆钉恒温冲压模具的控制方法。目的 是解决现有技术中冲头及模具在长时间冲压操作后温度升高，从而影响铆接准确度，进而 影响铆接件的成形质量的问题，并且还解决了使冷却液精确调节的问题。
[0007] 本发明具有无铆钉实现高强钢和铝合金之间的连接，并且能够精准定位的特点， 同时，还具有通过冷却冲头及模具使铆接准确度不受影响的特点。
[0008] 本发明提供的技术方案为：
[0009] -种可定位的预冲孔无铆钉恒温冲压模具，包括：
[0010] 冲头，其为圆台型结构，所述冲头上表面半径大于所述冲头下表面半径；
[0011] 下模座，其中心为容纳腔，所述容纳腔上部为正圆台型腔，下部为通孔；正圆台型 腔上端开口设置在所述下模座上平面，下端连通所述通孔；
[0012] 液压缸，其位于所述通孔中；所述液压缸的活塞在非冲压时伸出所述正圆台型腔 上端开口；
[0013] 其中，所述冲头及所述下模座分别设置有冷却液道，并且设置温度传感器及控制 器；当温度超过第一阈值时，控制器控制冷却液进入冷却液道；当温度低于第二阈值时，将 冷却液抽空。
[0014] 优选的是，还包括底座，所述下模座设置在所述底座上。
[0015] 优选的是，所述下模座沿着所述容纳腔对称分为固定下模座及活动下模座；所述 底座上还设置有导轨，所述活动下模座能够沿导轨运动，从而和所述固定下模座闭合和分 离。
[0016] 优选的是，所述活动下模座侧面连接动力装置，其用于使所述活动下模座沿所述 导轨运动。
[0017] 优选的是，所述冲头中设置环形冷却液道。
[0018] 优选的是，所述固定下模座和/或所述活动下模座上端沿通孔环绕设置冷却液 道。
[0019] 优选的是，所述下模座的冷却液道内部设置记忆合金折流板，其上设置多个通孔， 当所述冷却液道流体温度高于变形阈值时，所述折流板变形与冷却液道壁呈15°~20° 夹角；当所述冷却液道流体温度道低于变形阈值时，所述折流板贴合冷却液道壁。
[0020] 一种可定位的预冲孔无铆钉恒温冲压模具的控制方法，包括如下步骤：
[0021] 步骤一、当温度传感器监测到冲头下表面温度！\多1\时，控制器开启冲头内的冷 却液；当温度传感器监测到下模座上表面温度τ2> T #寸，控制器开启下模座内的冷却液； 其中，?\为冲头下表面温度，Τ2为下模座上表面温度，ΤΑ为冲头下表面温度阈值，ΤΒ为下模 座上表面温度阈值；
[0022] 步骤二、计算冲头的进液量 ，计算下模座的进液 量
，控制器控制进入冲头和下模座的进液量；其中，Α为 导热校正系数，I为冲头导热系数，K 2为下模座导热系数，S 冲头内冷却液道竖直方向横 截面积，S2为下模座内冷却液道竖直方向横截面积，T A为冲头下表面温度阈值，T 8为下模座 上表面温度阈值，?\为冲头下表面温度，1~2为下模座上表面温度，τι为导热效率，P ^为冷 却液密度，Cw为冷却液比热容，ATW1为冲头的冷却液出液口与进液口温度差，ΔΤΚ为下模 座的冷却液出液口与进液口温度差，e为自然对数的底数；
[0023] 步骤三、当温度传感器监测冲头下表面温度?\< 1\时，控制器关闭冲头内的冷却 液，当温度传感器监测到下模座上表面温度T2<Tjt，控制器关闭下模座内的冷却液；当温 度传感器监测冲头下表面温度?\< 0. 95T 4寸，抽空冲头内的冷却液，当温度传感器监测到 下模座上表面温度Τ2< 0. 95Τ 8时，抽空下模座内的冷却液。
[0024] 优选的是，所述步骤二中，当温度传感器监测到下模座上表面温度Τ2> 1. 18ΤΒ时， 此时下模座的进液量QW2校正为QJ，Qw/ = (0. 00021η QW2+1. 51) QW2°·93。
[0025] 优选的是，下模座中的冷却液道内部还设置记忆合金折流板，当所述冷却液道流 体温度高于变形阈值时，所述折流板变形与冷却液道壁呈15°~20°夹角；当所述冷却液 道流体温度低于变形阈值时，所述折流板贴合冷却液道壁。
[0026] 本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：
[0027] 1.铝合金由于具有较高的导热性、表面易氧化，因此传统的点焊连接工艺很难实 现铝合金板料之间的连接，特别是钢和铝合金等异种金属点焊连接时由于熔点和热膨胀系 数差异较大，焊接时焊点出现硬而脆的金属化合物，难以实现有效地焊接接头；本发明所述 的预冲孔无铆钉冲压模具采用机械连接的自冲铆接有效的解决了这个问题，实现高强钢和 铝合金之间的连接；
[0028] 2.与现有工业生产中自冲铆生产工艺相比，本发明采用无铆钉铆接方式，通过精 确的冲头与预冲孔的定位，准确地把铝板压入钢板的孔中，形成有效接头，接头效果更好， 抗拉强度更高，成本也更低；
[0029] 3.将冲头、活塞和凹模同轴布置，活塞的直径与钢板预先冲好的孔的直径相同，冲 压前活塞上行高出凹模一段距离，把高强钢钢板上预先冲好的孔套在活塞上可以实现冲头 与钢板上孔的精确定位，简单易于实现，确保冲压出合格的铆接接头；
[0030] 4.大量冲压后，冲头必定会升温，不仅会使冲头膨胀从而影响铆接件的尺寸精度； 还会因为很高的温度影响铆接件的成形质量，通过布置冷却液道并且通过监测冲头下表面 的温度对冷却液的流量进行精准控制，而且也可以通过冷却液流量的调节使冲头下表面的 温度在阈值上下波动，对冲头进行降温处理，可以保证铆接质量；
[0031] 5.在下模座中布置冷却液道并且通过监测下模座上表面的温度对冷却液的流量 进行精准控制，而且也可以通过冷却液流量的调节使下模座上表面的温度在阈值上下波 动，从而保证铆接接头的尺寸；由于整体下模座中的圆台孔是铝板冲压填充的区域，如果温 度过高会影响这部分位置的强度，冷却液道可以保持这一部分的恒温，从而保证强度，同时 也延长了模具的使用寿命。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明所述的铆接装置铆接前主视图的全剖视