一种异种材料复合胶铆装置的制作方法

本实用新型属于胶铆复合连接技术领域，具体涉及一种异种材料复合胶铆装置。

背景技术：

随着汽车工业的发展，对降低油耗、节能减排提出了更高的要求，车身结构轻量化设计日益受到重视。通过向全钢车身中引入铝合金或镁合金等轻质材料，实现“混合材料车身结构”已成为汽车车身轻量化的发展方向。如何保证异种材料零部件连接的可靠性是当前亟待解决的难题。

目前，异种材料间的连接问题主要表现在以下三个方面：因材料间晶体结构和物理属性上的差异，传统电阻点焊方式难以形成有效熔核，在界面上容易形成硬而脆的金属间化合物；因材料间存在电位差，紧密接触时会形成原电池效应，对母材造成电化学腐蚀；因异种材料热膨胀特性的差异，导致母材热变形不一致产生残余应力和局部翘曲，以上三方面均会严重影响接头性能。

异种材料之间常用的连接方式包括铆接、胶接和胶铆复合连接，铆接包括有铆钉铆接和无铆钉铆接；有铆钉铆接是通过铆钉刺穿板料实现连接，接头的静态强度和疲劳强度较好；无铆钉铆接板料间形成自锁接头实现连接，接头的静态强度和疲劳强度较高，且可以有效地避免异种材料连接时生成界面硬脆相问题，是目前汽车车身制造中应用最为广泛的机械连接技术之一。

胶接是单体分子与固化剂两者发生交联固化反应最终形成三维立体网状的过程，能够避免异种材料的直接接触，是实现异种材料连接的有效方式之一，胶接接头具有较高的拉剪强度，在改善车身整体疲劳性能和吸能性上具有优势。

胶铆复合连接技术是对已胶接的板材进行铆接。胶接和铆接的联合应用可以发挥各自的优势，胶铆复合连接通过胶层作为绝缘性材料将板材分开，具有良好的抗腐蚀性与连接固定的作用，铆接可以防止胶接突然失效，起到失效缓冲的作用。相比于单纯的胶接或铆接，胶铆复合连接极大地增强了接头的刚度和强度，是异种材料连接的理想手段。

现有技术中，在进行胶铆复合连接时，常用的方式是对板料涂胶后进行铆接，但由于胶粘剂的流动性较强，受冲压力的作用胶液容易从板料间溢出，导致铆接接头位置处无胶层或者胶层很少，胶接失效，无法形成可靠高质量的胶铆接头；另一种常用的胶铆复合连接方式为胶粘剂部分固化或完全固化后再进行铆接，固化度较高的胶层具有较高的脆性，铆接时受冲压力易于出现胶层脆断问题，胶层固化度较低时，同样地，在受到铆接冲击力时出现溢胶、脱胶及少胶问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种异种材料复合胶铆装置，解决现有技术中易出现溢胶、脱胶、少胶、胶层脆断、胶接失效，无法形成可靠高质量的胶铆接头的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型一种实时调压注胶复合胶铆装置包括上模座、下模座、压边圈、复合凸模、凹模、四个导套和四个导柱；四个结构相同的导套分布在上模座的四个角上，上模座与每个导套焊接，每个导套对应一个导柱，导套沿着导柱上下移动，下模座与凹模通过卡槽过渡配合连接；凹模中心处设置有环形腔，即为凹模型腔；

本实用新型还包括注胶调压系统、四个加热线圈和控制箱；

注胶调压系统包括三个结构相同的气缸、两个注胶管、两个压力传感器；三个结构相同的气缸分别为左气缸、中气缸和右气缸，两个注胶管为左注胶管和右注胶管，左气缸活塞杆与左注胶管的上端螺纹连接，右气缸活塞杆与右注胶管的上端螺纹连接，左注胶管的管口处设置一个压力传感器，右注胶管的管口处设置一个压力传感器，上模座分别与每个气缸固定连接，中气缸的活塞杆与复合凸模为螺纹连接，上模座与压边圈通过螺栓连接，复合凸模在压边圈的中心孔中上下移动，复合凸模底部圆周均布四个加热线圈；

控制箱上分别设置了左气缸开关、中气缸开关、右气缸开关、总开关、加热开关和压力传感器显示屏，左气缸开关用于控制左气缸启动，中气缸开关用于控制中气缸启动、右气缸开关用于控制右气缸启动，加热开关用于控制加热线圈进行加热，压力传感器显示屏用于实时监测左注胶管管口和右注胶管管口的压力值，控制箱设置在上模座内的空腔内。

上模座与每个气缸固定连接具体为：上模座的底面均匀设置有三个结构相同的圆孔，每个圆孔对应一个气缸，气缸的顶端与圆孔固定连接。

下模座与凹模过渡配合具体为：下模座上部左右两侧各有一个凸块，两个完全相同的凸块均卡入凹模下部对应位置处两个相同的凹槽内，凸块与凹槽为过渡配合连接。

复合凸模为实心锥台形结构件，采用高硬度的模具钢制成，复合凸模的底环面上由外向内开设四个结构相同的圆柱形孔道，每个孔道内设置一个加热线圈，每个圆柱形孔道的轴线与复合凸模的中心轴相交，并且每个圆柱形孔道之间不连通，每个圆柱形孔道的表面与复合凸模的表面上均涂有绝缘材料。

压边圈中为空圆柱形结构，表面上涂有绝缘材料，采用高硬度的模具钢制成，压边圈与凹模相对设置。

凹模采用高硬度的模具钢制成，表面上均涂有绝缘材料，为圆盘形结构件，并在中心处设置有环形腔，即为凹模型腔，环形腔中心有一个圆锥形凸台，环形腔的回转轴线与圆锥形凸台的回转轴线共线。

本实用新型的工作原理：本实用新型需要借助塑料环，塑料环首先与上板料或者下板料粘合，塑料环位于与其胶接的上板料或者下板料的正中心位置，塑料环将涂胶区分为塑料环环内区和塑料环环外区，塑料环的环外区胶接完成后应用本装置向塑料环环内区注胶，预先在上板料非铆接位置处开设的两个对称通孔，这两个对称通孔在下板料上的投影包含在塑料环环内区，用于排除上板料和下板料之间的空腔内的空气和注胶，保证了胶粘剂的顺利连续注入，保证胶层厚度和连续性，启动调压注胶系统的左气缸或右气缸，推进左注胶管或右注胶管向塑料环环内区注入胶粘剂，在进行铆接时，通过调节左气缸或者右气缸，保证左注胶管和右注胶管的阶梯面分别完全覆盖上板料上的两个通孔并压紧上板料，防止溢胶，并通过压力传感器监测，同时实时调控左注胶管和右注胶管的下压力，使得注胶管向塑料环环内注胶时的下压力和铆接时胶粘剂受冲击力及板料变形所产生的力等的合压力处于动态平衡中，以保证胶层的连续分布及其厚度值；铆接完成后，通过复合凸模中加热线圈对塑料环环内的胶粘剂进行加热升温，加速胶粘剂的固化，缩短生产时间，提高生产效率。

本实用新型的有益技术效果：

1、本实用新型通过调压注胶系统中的左气缸或右气缸推动左注胶管或右注胶管向塑料环环内区注入胶粘剂，进行铆接时，通过压力传感器实时监控注胶孔处胶粘剂的压力，实时调控注胶的下压力，保证注胶孔向环内注胶区注胶时的下压力和铆接时胶粘剂受冲击力及板料变形所产生的力等的合压力处于动态平衡中，防止胶粘剂从上板料的注胶孔内溢出，保证了胶粘剂的厚度及其在板料间的连续分布及其厚度值，解决了铆接时对胶层破坏的问题，有效地防止了出现溢胶、脱胶、及断胶问题，提高了胶铆复合连接接头的强度；

2、铆接完成后，通过复合凸模中加热线圈对铆接区胶粘剂进行加热升温，加速胶粘剂的固化，缩短生产时间，提高生产效率；

3、本装置中的注胶调压系统既适用于无铆钉铆接装置又能适用于有铆钉铆接装置，适用性强；

4、本装置的注胶调压系统完成对上板料和下板料的胶接后，通过复合凸模和凹模型腔的相互作用完成铆接，并通过复合凸模中的加热线圈加速胶粘剂的固化，实现了胶铆一体化，减少了工序，节省了时间，提高了生产率。

附图说明

图1为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置的剖视图；

图2为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中上模座的剖视图；

图3为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中上模座的俯视图；

图4为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中复合凸模的剖视图；

图5为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中复合凸模的俯视图；

图6为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中压边圈的剖视图；

图7为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中压边圈的俯视图；

图8为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中下模座的剖视图；

图9为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中下模座的俯视图；

图10为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中凹模的剖视图；

图11为本实用新型一种异种材料复合胶铆装置中凹模的俯视图；

图12为本实用新型实施例二对板料涂胶区域划分的示意图；

图13为本实用新型实施例二铆接前胶粘板在装置中的定位示意图；

图14为本实用新型实施例二铆接前，注胶调压系统向环内空腔注入胶粘剂的示意图；

图15为本实用新型实施例二铆接前，注胶调压系统封闭注胶孔的示意图；

图16为本实用新型实施例二进行铆接过程中，板料的变形示意图；

图17为本实用新型实施例二完成铆接后的保压阶段示意图；

其中，1、上模座，2、螺栓，3、右气缸，4、右气缸活塞杆，5、右注胶管，6、压边圈，7、复合凸模，8、凹模，9、中气缸，10、中活塞杆，11、左气缸，12、左气缸活塞杆，13、左注胶管，14、导套， 15、导柱，16、压力传感器，17、加热线圈，18、下模座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

实施例一：

参见附图1-11，本实用新型一种异种材料复合胶铆装置包括上模座1、下模座18、压边圈6、复合凸模7、凹模8、螺栓2、四个导套14和四个导柱15；四个结构相同的导套14分布在上模座1的四个角上，导套14与上模座焊接在一起，上模座1与每个导套14焊接，每个导套14对应一个导柱15，导套14沿着导柱15上下移动，下模座18与凹模8为过渡配合连接；凹模8中心处设置有环形腔，即为凹模型腔；

本实用新型还包括注胶调压系统、四个加热线圈和控制箱；

注胶调压系统包括三个结构相同的气缸、两个注胶管、两个压力传感器；三个结构相同的气缸分别为左气缸11、中气缸9和右气缸3，两个注胶管为左注胶管13和右注胶管5，左气缸活塞杆12与左注胶管13的上端螺纹连接，右气缸活塞杆4与右注胶管5的上端螺纹连接，左注胶管13的管口处设置一个压力传感器，右注胶管5的管口处设置一个压力传感器，上模座1分别与每个气缸固定连接，中气缸9的活塞杆与复合凸模7为螺纹连接，上模座1与压边圈6通过螺栓 2连接，复合凸模7在压边圈6的中心孔中上下移动，复合凸模7底部圆周均布四个加热线圈17；

控制箱上分别设置了左气缸开关、中气缸开关、右气缸开关、总开关、加热开关和压力传感器显示屏，左气缸开关用于控制左气缸 11启动，中气缸开关用于控制中气缸9启动、右气缸开关用于控制右气缸3启动，加热开关用于控制加热线圈17进行加热，压力传感器显示屏用于实时监测左注胶管13管口和右注胶管5管口的压力值，控制箱设置在上模座1内的空腔内。

上模座1与每个气缸固定连接具体为：上模座1的底面均匀设置有三个结构相同的圆孔，每个圆孔对应一个气缸，气缸的顶端与圆孔固定连接。

下模座18与凹模8过渡配合具体为：下模座18上部左右两侧各有一个凸块，两个完全相同的凸块均卡入凹模8下部对应位置处两个相同的凹槽内，凸块与凹槽为过渡配合连接。

复合凸模7为实心锥台形结构件，采用高硬度的模具钢制成，复合凸模7的底环面上由外向内开设四个结构相同的圆柱形孔道，每个孔道内设置一个加热线圈，每个圆柱形孔道的轴线与复合凸模7的中心轴相交，并且每个圆柱形孔道之间不连通，每个圆柱形孔道的表面与复合凸模的表面上均涂有绝缘材料。

压边圈6中为空圆柱形结构，表面上涂有绝缘材料，采用高硬度的模具钢制成，压边圈与凹模8相对设置。

凹模8采用高硬度的模具钢制成，表面上均涂有绝缘材料，为圆盘形结构件，并在中心处设置有环形腔，即为凹模型腔，环形腔中心有一个圆锥形凸台，环形腔的回转轴线与圆锥形凸台的回转轴线共线。

实施例二：

参见附图12-17，利用本实用新型装置进行异种材料间的胶铆复合连接，采用规格为120mmX120mmX2mm的铝板和钢板作为胶铆连接的异种板料，具体操作过程如下：

一、对铝板和钢板分别进行除杂等表面处理；

二、在铝板上对称的开两个R5的通孔，保证两个通孔在钢板上的投影包含在塑料环内，在塑料环的上表面均匀地涂抹一层高分子胶粘剂，塑料环外的涂胶区的胶层厚度与塑料环的厚度和塑料环的上、下胶层的厚度的和相同，为0.3mm，去除板料周围多余的胶粘剂，常温固化后得到胶粘板；

三、将胶粘板放置在凹模上，对胶粘板进行定位，保证塑料环与凹模的轴心线重合，且上板料上的两个通孔分别对应左胶注管13和右胶注管5，每个通孔的与对应的注胶管的轴心线重合，并固定胶粘板；

四、打开本装置的总开关，使左气缸11、中气缸9和右气缸3 同时启动，各个气缸的活塞杆分别驱动复合凸模7、压边圈6和注胶调压系统匀速下移，直至压边圈6与上板料接触并压紧上板料和下板料；调节左气缸开关，使左气缸11的活塞杆推动左注胶13管下移动至上板料的左侧通孔内，右气缸3总成体保持原位置；

左注胶管13向塑料环内区域缓慢注入高分子胶粘剂，空腔内气体随着胶粘剂的进入从上板料的右侧通孔排出，待胶粘剂完全充满塑料环内区域，停止注胶，同时调节左气缸开关和右气缸开关，使左气缸活塞杆12带动左注胶管下移，右气缸活塞杆4带动右注胶管下移，保证左注胶、右注胶管的阶梯面完全覆盖并压紧铝板，防止溢胶；

五、打开中间气缸开关，使中间气缸活塞杆带动复合凸模7快速下移冲压，随着复合凸模7的下压，铝板和钢板开始变形；同时，左注胶管13、右注胶管5的管口处的的压力传感器实时监测管口压力，即注胶孔口处的胶粘剂压力值，并将所测结果传至传感器显示屏，根据压力值调节左气缸和右气缸，保证左注胶管13、右注胶管5的管口处压力值相等，直至铆接完成，铝板和钢板咬合形成互锁结构；

六、保持铆接后，保持压边圈6和复合凸模7和凹模8位置不动，对铝板和钢板进行保压；同时，调节本装置的加热开关，使复合凸模 7中加热线圈14对铆接件进行加热，直至胶粘剂处于固液共存态后使左气缸11和右气缸3分别带动左注胶管13和右注胶管5上移初始位置；并保持加热线圈14继续对铆接件升温，待胶粘剂完全固化，调节中间气缸开关，使中间气缸9带动复合凸模7上移至初始高度处，带动压边圈6上移至原位置，完成铆接过程。