电磁自冲铆接装置及铆接方法与流程

本发明涉及一种电磁自冲铆接装置及铆接方法。

背景技术

自冲铆接是一种采用半空心铆钉实现同种或异种材料连接的新型机械连接技术。其基本原理是特制材料或形状的铆钉在铆枪头的作用下，刺穿顶层板材后，配合凹模的反作用与底部板材形成咬边结构，达到机械自锁的目的。自冲铆接相对于传统的点焊，具有良好的连接强度和吸能效果，目前已经广泛应用于高端汽车中钢-铝、铝-铝的连接，正在逐步应用到中低端汽车和新能源汽车领域。中国专利公开号：cn205464139u公开了一种半空心铆钉自冲铆接装置，由多功能冲头、凹模及铆钉输送系统组成，可以通过编程和伺服控制实现铆钉的自动供给。专利公开号：cn107377787a公开了一种可调铆模位置的自冲铆接设备及方法，可以调节上、下铆模的平面位置，当把大面积的连接件定位并放置在下铆模附近时，实现对连接件上任意位置的自冲铆连接。

现有的自冲铆接装置主要集中在对自冲铆接设备结构上的调整，但驱动方式仍采用的是传统的电动伺服传动、机械传动和液压传动，设备系统的成本费用相对较高，铆钉成形后的性能得不到进一步的提升，成形工艺局限。

技术实现要素：

本发明提出一种电磁自冲铆接装置及铆接方法。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种电磁自冲铆接装置，包括机架、设置在机架上的上铆模、下铆模、用于驱动上铆模进行冲铆的动力机构，所述动力机构包括下端不封闭的筒体，筒体竖直设置，其上端与机架相连接，筒体内由上至下依次设置有线圈、驱动片，线圈与驱动片紧密贴合，筒体下端设置有垫板，垫板中部设置有通孔，垫板下侧面设置有与通孔同轴心的轴套，上铆模为铆杆，铆杆上端设置有与其同轴心的圆台，铆杆下端设置冲头，圆台位于驱动片下方，铆杆下端穿设轴套，铆杆上套设有弹簧，弹簧一端抵靠圆台，另一端抵靠垫板，下铆模位于轴套正下方。

进一步的，所述机架成c型，机架包括上横部、下横部，上横部、下横部一端经连接部相连接，筒体安装在上横部下侧面，下铆模安装在下横部上侧面，上横部上侧面设置有吊环，下横部上侧面设置有用以安装下铆模的沉头孔，沉头孔下端的小直径孔内加工有螺纹，下铆模包括铆模本体，铆模本体下中部设置有凸缘，凸缘下中部设置有螺纹杆，螺纹杆与沉头孔下端的小直径孔螺接，凸缘容置于沉头孔上端的大直径孔内，上铆模和下铆模中心对齐。

进一步的，筒体上端外周设置有法兰，法兰上圆周均布有连接通孔a，上横部下侧面对应设置有与连接通孔a相配合的连接螺孔a，筒体经穿设连接通孔a并与连接螺孔螺a接的固定螺钉锁紧在机架上，法兰外周沿径向设置一连通筒体内部的过线孔，线圈的两个接线端通过过线孔引出，垫板外周圆周均布有连接螺孔螺b，筒体下端对应设置有与连接通孔b相配合的连接螺孔b，垫板经穿设连接通孔b并与连接螺孔b螺接的锁紧螺钉锁紧在筒体上。

进一步的，轴套包括套筒，套筒上端外周设置有凸缘，凸缘位于筒体内，套筒下端由通孔穿出，套筒下端设置有用于输送铆钉的方形通槽，弹簧下端抵靠凸缘。

进一步的，所述驱动片为圆柱形的铜体，驱动片与上铆模依均可在筒体内沿轴向滑动。

进一步的，所述线圈为缠有铜线的环形圆盘，在线圈的最外层引有两个接线端，一端电源系统的正极相连，与电源系统的负极相连。

进一步的，所述电源系统包括电容器、电源，电容器经变压器与电源相连接，电容器与线圈相连接，电容器与变压器之间的连接线路上设置有充电开关、整流器和限流电阻，电容器与线圈之间的连接线路上设置有放电开关，充电开关、放电开关连接开关控制箱。

一种电磁自冲铆接装置的铆接方法：

步骤一：根据铆接过程中所需能量和铆接力，确定电源系统的放电电压大小，通过变压器，预设电压；

步骤二：通过开关控制箱闭合充电开关对电容器组进行充电，直至充电结束；

步骤三：通过开关控制箱闭合放电开关，对线圈进行放电，使得通电线圈周围产生强的脉冲磁场，驱动片靠近线圈的一侧会在该磁场的作用下产生涡流，驱动片中的涡流受到线圈磁场的强烈作用，导致线圈和驱动片之间会产生电磁排斥力，驱动片在该力作用下向下运动；

步骤四：向下运动的驱动片推动上铆模迅速下移，上铆模下移将压缩弹簧，压缩弹簧的弹力将先作用于轴套，轴套下移对铆接件进行弹性压边，同时上铆模下移与下铆模配合完成自冲铆接；

步骤五：铆接完成后弹簧回弹使得驱动片和上铆模迅速复位，为下一次的铆接作准备。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理,采用电磁力驱动的方式，成形时间短(毫秒级)，这样高速率的加载有利于提高自冲铆接接头连接强度和疲劳寿命，使铆接性能得到了进一步的提升；铆接力和铆接能量可以通过单参数（如电压）实现精确控制，实现不同条件下的自冲铆接，工艺简单，易于实现自动化的生产。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是本装置的结构示意图；

图2是法兰的结构示意图；

图3是垫板的结构示意图；

图4是轴套的结构示意图；

图5是c形架的结构示意图；

图6是下铆模的结构示意图；

图7是电源系统的结构示意图。

图中：

1-吊环；2-机架；201-吊环连接螺孔；202-连接螺孔螺a；203-上横部；204-连接部；205-下横部；206-沉头孔；3-固定螺钉；4-线圈；5-驱动片；6-上铆模；601-圆台；602-铆杆；7-压缩弹簧；8-筒体；801-线圈放置槽；802-连接通孔a；803-法兰；804-过线孔；805-安装腔；806-连接螺孔螺b；9-垫板；901-连接通孔b；902-凹槽；903-通孔；10-锁紧螺钉；11-轴套；1101-凸缘；1102-套筒；1103-方形通槽；12-送料板；13-自冲铆钉；14-上连接板；15-下连接板；16-下铆模；17-电容器；18-变压器；19-电源；20-整流器；21-限流电阻；22-充电开关；23-开关控制箱；24-放电开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-7所示，一种电磁自冲铆接装置，包括机架、设置在机架上的上铆模、下铆模、用于驱动上铆模进行冲铆的动力机构，所述动力机构包括上、下端均不封闭的筒体，筒体竖直设置，其上端与机架相连接，筒体内由上至下依次设置有线圈、驱动片，线圈一端与驱动片紧密贴合，可以使得驱动片中产生尽可能大的感应涡流，进而产生大的电磁排斥力，线圈另一端与机架贴合也能提高了能量利用率，使得线圈被压紧在筒体内，筒体下端设置有垫板，垫板中部设置有通孔，垫板下侧面设置有与通孔同轴心的轴套，上铆模为铆杆，铆杆上端设置有与其同轴心的圆台，铆杆下端设置冲头，圆台位于驱动片下方，铆杆下端穿设轴套，铆杆上套设有弹簧，弹簧一端抵靠圆台，另一端抵靠垫板，下铆模位于轴套正下方。

在本实施例中，筒体上端内中部设置用于容置线圈、驱动片、上铆模的安装腔，安装腔上部设置安装线圈的线圈放置槽。

在本实施例中，所述机架成c型，机架包括上横部、下横部，上横部、下横部一端经连接部相连接，筒体安装在上横部下侧面，下铆模安装在下横部上侧面，上横部上侧面设置有吊环，下横部上侧面设置有用以安装下铆模的沉头孔，沉头孔下端的小直径孔内加工有螺纹，下铆模包括铆模本体，铆模本体下中部设置有凸缘，凸缘下中部设置有螺纹杆，螺纹杆与沉头孔下端的小直径孔螺接，凸缘容置于沉头孔上端的大直径孔内，上铆模和下铆模中心对齐，根据下铆模上方放置的上连接件和下连接件的厚度的不同，可以通过转动下铆模调节轴套下端面与下铆模上端面之间的高度，自冲铆钉可以通过轴套下部开的方形通槽送入到上铆模下方，即可开始自冲铆接。

在本实施例中，筒体上端外周设置有法兰，法兰上圆周均布有连接通孔a，上横部下侧面对应设置有与连接通孔a相配合的连接螺孔a，筒体经穿设连接通孔a并与连接螺孔螺a接的固定螺钉锁紧在机架上，法兰外周沿径向设置一连通筒体内部的过线孔，线圈的两个接线端通过过线孔引出，垫板外周圆周均布有连接螺孔螺b，筒体下端对应设置有与连接通孔b相配合的连接螺孔b，垫板经穿设连接通孔b并与连接螺孔b螺接的锁紧螺钉锁紧在筒体上。

在本实施例中，轴套包括套筒，套筒上端外周设置有凸缘，凸缘位于筒体内，套筒下端由通孔穿出，套筒下端设置有用于输送铆钉的方形通槽，弹簧下端抵靠凸缘，垫板上侧面设置有容置凸缘的凹槽。

在本实施例中，所述驱动片为圆柱形的铜体，驱动片与上铆模依均可在筒体内沿轴向滑动。

在本实施例中，所述线圈为缠有铜线的环形圆盘，在线圈的最外层引有两个接线端，一端电源系统的正极相连，与电源系统的负极相连。

在本实施例中，所述电源系统包括电容器、电源，电容器经变压器与电源相连接，电容器与线圈相连接，电容器与变压器之间的连接线路上设置有充电开关、整流器和限流电阻，电容器与线圈之间的连接线路上设置有放电开关，充电开关、放电开关连接开关控制箱。

一种电磁自冲铆接装置的铆接方法：

步骤一：根据铆接过程中所需能量和铆接力，确定电源系统的放电电压大小，通过变压器，预设电压；

步骤二：通过开关控制箱闭合充电开关对电容器组进行充电，直至充电结束；

步骤三：通过开关控制箱闭合放电开关，对线圈进行放电，使得通电线圈周围产生强的脉冲磁场，驱动片靠近线圈的一侧会在该磁场的作用下产生涡流，驱动片中的涡流受到线圈磁场的强烈作用，导致线圈和驱动片之间会产生电磁排斥力，驱动片在该力作用下向下运动；

步骤四：向下运动的驱动片推动上铆模迅速下移，上铆模下移将压缩弹簧，压缩弹簧的弹力将先作用于轴套，轴套下移对铆接件进行弹性压边，同时上铆模下移与下铆模配合完成自冲铆接；

步骤五：铆接完成后弹簧回弹使得驱动片和上铆模迅速复位，为下一次的铆接作准备。

本装置成形时间短(毫秒级)，这样高速率的加载有利于提高自冲铆接接头连接强度和疲劳寿命，使铆接性能得到了进一步的提升；

本装置铆接力和铆接能量可以通过单参数（如电压）实现精确控制，工艺简单，易于实现自动化的生产。如果连接件的种类、连接件的厚度、铆钉大小和铆钉材料发生改变，均可直接通过调节单参数（如电压）的大小改变铆接能量和铆接力，实现不同条件下的自冲铆接。

本装置采用电磁力驱动的方式，拓宽了自冲铆接的工艺窗口。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。