一种无铆钉粘铆连接的再成型装置和方法与流程

本发明涉及无铆钉冲压模具领域，尤其涉及一种无铆钉粘铆连接的再成型装置和方法。

背景技术：

交通运输业的快速发展给能源、环境方面带来巨大的压力，利用轻量化技术可减轻车辆自重从而达到节能减排、环保的目的。通过铝、镁合金等轻质材料部分替代传统钢板的方法已成为实现轻量化的重要手段，而如何实现异种金属间的连接则是轻量化研究的重要难点。

传统无铆钉铆接是一种利用冲压力使板件产生局部变形而将板件连接在一起的技术，具有成本低、效率高、工序简单等优点。此外，与焊接相比，它具有不损伤工件表面，不产生硬脆金属间化合物的优点。但是异种金属间的无铆钉铆接接头同样具有易出现电化学腐蚀、突然脆性断裂等缺点。

粘铆复合连接技术是对已胶接的板件进行铆接，它通过将胶层作为绝缘性材料把板件分开，具有良好的抗腐蚀性与连接固定作用，是车身轻量化的重要连接方式，其工艺路线主要有以下两种：1.上下金属板粘接表面预处理-上下金属板粘接-粘接区域胶粘剂完全固化-上下金属板铆接；2.上下金属板粘接表面预处理-上下金属板粘接-粘接区域胶粘剂达到某固化程度-上下金属板铆接-粘铆接头处胶粘剂完全固化。试验数据表明，在胶粘剂未完全固化前进行铆接，可获得较优的粘铆接头力学性能，因而实际生产中应采用第2种工艺路线进行金属板间的粘铆连接。

现有无铆钉粘铆连接的强度主要受其成型后颈厚值与自锁值的限制。此外，其接头的凸出高度对零件间的装配间隙有较高要求，限制了无铆钉粘铆连接工艺的使用范围。通过无铆钉粘铆连接再成型工艺可以有效解决上述问题，但在再成型过程中，接头及周边区域内胶粘剂的状态将影响粘铆接头的力学性能。如果胶粘剂完全固化，再成型时会使胶层撕裂；如果胶粘剂的固化度比较低，再成型时会将胶挤压出来，导致粘铆接头中无胶层或者胶层很少。这两种现象的出现均会降低再成型后粘铆接头的强度与可靠性，因而需要恰当地选择再成型时胶粘剂的固化度，保证粘铆接头中的胶粘剂在再成型后仍满足工艺要求。

因此，需要设计一种无铆钉粘铆连接的再成型设备，在现有无铆钉粘铆连接工艺的基础上，通过合理控制再成型时接头及周边区域内胶粘剂的状态，进一步增大无铆钉粘铆接头的颈厚值与自锁值，并降低粘铆接头的凸出高度。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种无铆钉粘铆连接的再成型装置和方法。本发明的再成型装置克服了现有无铆钉粘铆接头颈厚值与自锁值较小，且接头凸出高度较大，其工艺使用范围受限的问题，此外，本发明的方法在再成型过程中合理地控制了接头及周边区域内胶粘剂的状态，可以克服传统粘铆技术中胶层易被撕裂从而导致其无法使用的问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种无铆钉粘铆连接的再成型装置，包括冲头结构、再成型底部固定块和再成型凸模；

其中，所述再成型底部固定块上设有开口，所述冲头结构位于所述再成型底部固定块上方，所述再成型凸模位于所述再成型底部固定块下方；所述冲头结构包括压边圈、侧壁固定块和凹模；所述侧壁固定块套设于所述凹模外侧，所述压边圈套设于所述侧壁固定块外侧；所述再成型底部固定块、凹模、再成型凸模上分别都设有温度传感器、加热电极和冷却管道。

作为一种优选的实施方式，所述侧壁固定块包括两个结构相同且相对设置的固定块，所述固定块包括竖直部和固定在所述竖直部下方的水平部；两个所述竖直部可组合形成空腔。

进一步地，所述压边圈的底部两侧设有对称的缺口，便于所述侧壁固定块进行左右移动，所述缺口与所述水平部等宽。

进一步地，所述再成型底部固定块顶部的两侧设有用于安装所述加热电极的加热电极通孔、底部设有用于安装所述冷却管道的冷却管道通孔；所述再成型底部固定块的上表面设有用于放置所述温度传感器的凹槽，所述凹槽布置在所述开口附近。

作为一种优选的实施方式，所述凹模靠近底部的侧壁上设有用于放置所述温度传感器的凹槽，所述凹模底部设有用于安装所述加热电极的加热电极通孔、用于安装所述冷却管道的冷却管道通孔。

作为一种优选的实施方式，所述再成型凸模靠近顶部的侧壁上设有用于放置所述温度传感器的凹槽，所述再成型凸模顶部设有用于安装所述加热电极的加热电极通孔、用于安装所述冷却管道的冷却管道通孔。

第二方面，本发明提供一种基于上述装置的无铆钉粘铆连接的再成型方法，所述方法包括以下步骤：

s1、将成型完成的粘铆接头固定在所述再成型装置上；

s2、对所述粘铆接头进行第一次加热及冷却处理，实现所述粘铆接头周边区域的胶粘剂的固化及所述粘铆接头凸起部分的胶粘剂的未固化；

s3、对所述粘铆接头进行冲压及保压处理，实现所述粘铆接头的再成型，对再成型完成的粘铆接头进行第二次加热及冷却处理，实现所述再成型完成的粘铆接头凸起部分的胶粘剂的固化。

作为一种优选的实施方式，所述步骤s2具体包括：

控制所述再成型底部固定块上的加热电极对所述粘铆接头周边区域进行加热，同时控制所述再成型凸模和凹模上的冷却管道对所述粘铆接头凸起部分进行冷却，实时监测加热及冷却过程中的温度变化，实现所述粘铆接头周边区域的胶粘剂的固化及所述粘铆接头凸起部分的胶粘剂的未固化。

作为一种优选的实施方式，所述步骤s3具体包括：

驱动所述凹模及再成型凸模进行运动，同时实时监测运动过程中施加在所述凹模和再成型凸模上的压力以及两者的位置；

当所述凹模和再成型凸模达到预设位置时，对所述粘铆接头进行保压，得到再成型完成的粘铆接头；

控制所述再成型凸模和凹模上的加热电极对所述再成型完成的粘铆接头凸起部分进行加热，同时控制所述再成型底部固定块上的冷却管道对所述再成型完成的粘铆接头周边区域进行冷却，实时监测加热及冷却过程中的温度变化，实现所述再成型完成的粘铆接头凸起部分的胶粘剂的固化。

作为一种优选的实施方式，所述步骤s1具体包括：

驱动所述再成型凸模向所述再成型底部固定块方向运动直至达到预设的表面距离；

将所述粘铆接头放置在所述再成型凸模上并调整所述再成型凸模的高度；

驱动所述冲头结构向所述再成型底部固定块方向运动直至所述侧壁固定块的水平部的下表面与所述粘铆接头接触；

驱动所述凹模运动直至其下表面与所述粘铆接头接触；

驱动所述侧壁固定块向中央运动直至其竖直部的内侧壁与所述凹模外侧壁接触；

驱动所述压边圈运动以使所述粘铆接头被完全固定。

上述技术方案带来的有益效果在于：

1、本发明装置在再成型过程中通过冲头结构、再成型凸模的配合可以改变粘铆接头的直径，进而可改变无铆钉粘铆接头的形状，增大无铆钉粘铆接头的颈厚值与自锁值，提高粘铆接头的连接强度；

2、本发明装置在再成型过程中可降低无铆钉粘铆接头的凸出高度，增大无铆钉粘铆工艺的使用范围；

3、本发明装置通过在凹模、再成型底部固定块、再成型凸模上分别设置温度传感器、加热电极和冷却管道，使得在粘铆接头的再成型过程中通过控制加热电极、冷却管道和温度传感器进一步控制粘铆接头凸起部分和周边区域内胶粘剂的状态，可以克服传统粘铆连接技术中胶层易被撕裂从而导致其无法使用的问题；

4、本发明方法在再成型过程中采用模型预测控制算法可实时调节装置间的相对位置或保持恒定冲压力，将动态的再成型过程分解为若干个子冲压过程，避免一次性快速冲压对粘铆接头造成损伤，防止板材破裂，提高接头的完整性与连接强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明提供的一种无铆钉粘铆连接的再成型装置的主视图的全剖图；

图2是本发明提供的压边圈的左视图的全剖图；

图3是本发明提供的侧壁固定块的主视图的全剖图；

图4是本发明提供的侧壁固定块的俯视图；

图5是本发明提供的再成型底部固定块的俯视图；

图6是本发明提供的再成型底部固定块的主视图；

图7是本发明提供的凹模的主视图的全剖图；

图8是本发明提供的再成型凸模的主视图的全剖图；

图9是本发明提供的再成型凸模向再成型底部固定块运动并达到预设的表面距离时的示意图；

图10是本发明提供的粘铆接头的结构示意图；

图11是本发明提供的将胶粘剂未完全固化的粘铆接头放置在再成型凸模上的示意图；

图12是本发明提供的侧壁固定块的下表面与粘铆接头的上表面相接触时的结构示意图；

图13是本发明提供的凹模的下表面与粘铆接头凸起部分的上表面相接触时、侧壁固定块的内侧壁与凹模的外侧壁相接触时的状态示意图；

图14是本发明提供的粘铆接头的加热及冷却区域示意图；

图15是本发明提供的再成型完成的粘铆接头的再加热及冷却区域示意图；

图16是本发明提供的冲头结构与再成型完成的粘铆接头分开、再成型凸模与再成型底部固定块分开的状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“x轴”“y轴”“z轴”“垂直”“平行”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。

实施例一

参见图1、图5、图6、图7、图8，一种无铆钉粘铆连接的再成型装置，包括冲头结构、再成型底部固定块3和再成型凸模5；

其中，参见图5，再成型底部固定块3上设有开口，冲头结构位于再成型底部固定块3上方，再成型凸模5位于再成型底部固定块3下方；冲头结构包括压边圈1、侧壁固定块2和凹模4；侧壁固定块2套设于凹模4外侧，压边圈1套设于侧壁固定块2外侧；此外，再成型底部固定块3上设有温度传感器9a、加热电极10a和冷却管道11a；凹模4上设有温度传感器9b、加热电极10b和冷却管道11b；再成型凸模5上设有温度传感器9c、加热电极10c和冷却管道11c，其中，再成型底部固定块3上的加热电极10a位于其两端。

工作时，在驱动装置的驱动下，再成型凸模5与再成型底部固定块3连接形成凸起结构，冲头结构在驱动装置的驱动下与凸起结构上安装的成型完成的粘铆接头的上表面接触，便于粘铆接头的再成型。

具体的，在本实施例中，驱动装置为电机。冲头结构、再成型底部固定块3、再成型凸模5依次上下布置，并且冲头结构、再成型底部固定块3、再成型凸模5三者的轴线相重合，该布置方式有利于节省后期粘铆接头的再成型时间；在工作时，驱动装置驱动再成型凸模5使得再成型凸模5沿着其轴线向再成型底部固定块3的开口方向运动，再成型底部固定块3和再成型凸模5上分别设有位移传感器，当传感器监测到再成型凸模5上表面与再成型底部固定块3上表面的距离约等于粘铆接头的再成型前空腔的深度时，再成型凸模5停止运动，此时，再成型凸模5与再成型底部固定块3形成了凸起结构。

将待再成型的粘铆接头放置在凸起结构上，驱动装置驱动冲头结构沿着再成型凸模5轴线向下运动，直至侧壁固定块2的下表面与粘铆接头的上表面接触，随后，驱动装置驱动凹模4沿着再成型凸模5轴线向下运动，直至凹模4的下表面与粘铆接头凸起部分的上表面接触，进一步地，驱动装置驱动侧壁固定块2向中央运动，直至其与凹模4相接触。

具体的，本实施例中，压边圈1整体呈圆柱体形状，其内部设有空腔，通过其空腔，压边圈1可套设在侧壁固定块2上。参见图3，侧壁固定块2包括两个相对设置且结构相同的固定块，两个固定块分别包括竖直部和固定在竖直部下方的水平部。当不工作时，两个固定块是分开的，并且不与再成型底部固定块3接触；当工作时，在驱动装置的驱动下，两个固定块沿着再成型凸模5轴线向下运动，并且进一步地，两个固定块可沿着再成型凸模5径向左、右移动直至两个固定块的竖直部组合形成一个空腔，此时，粘铆接头凸起部分位于空腔内，并且同时，两个固定块的竖直部的内侧壁与凹模4的外侧壁接触，两个固定块的水平部的下表面与粘铆接头的上表面接触。

其中，参见图4，竖直部形成的空腔的形状为圆柱形，圆柱形空腔的直径大于粘铆接头凸起部分的直径，其预留的空间用于再成型过程中凸起部分的变形，因而在侧壁固定块2圆柱形空腔的作用下可确保再成型后凸起部分侧壁轮廓仍为圆柱形。

为了使得工作时两个固定块分别进行向左、向右运动，在压边圈1的底部两侧设有对称的缺口，参见图2，缺口与两个固定块的水平部等宽，因而可以保证侧壁固定块2的移动。

此外，在本实施例中，为了保证粘铆接头再成型过程中胶粘剂的固化状态，在再成型底部固定块3、凹模4、再成型凸模5上分别都设有温度传感器、加热电极和冷却管道。

具体的，参见图5、图6，再成型底部固定块3的顶部设有用于安装加热电极10a的加热电极通孔，加热电极通孔的数量为两个，两个加热电极通孔分别位于顶部两侧；再成型底部固定块3的底部设有用于安装冷却管道11a的冷却管道通孔，较优地，冷却管道通孔的数量为两个，在冷却管道11a内装有冷却液氮；再成型底部固定块3的上表面开设有用于放置温度传感器9a的凹槽，凹槽布置在再成型底部固定块3的开口附近，有利于提高粘铆接头加热及冷却过程中的监测准确度，在本实施例，凹槽数量为四个，四个凹槽沿着开口均匀布置。

本实施例中，参见图7，凹模4的整体结构类似圆柱体，其下表面为非平面。在凹模4靠近底部的侧壁上设有用于放置温度传感器9b的凹槽，较优地，凹槽数量为四个，四个凹槽沿着凹模4圆周方向均匀布置；此外，凹模4底部设有用于安装加热电极10b的加热电极通孔和用于安装冷却管道11b的冷却管道通孔，在冷却管道11b内装有冷却液氮，加热电极通孔和冷却管道通孔位于凹槽上方。其中，加热电极通孔的数量为两个，冷却管道通孔的数量为一个，两个加热电极通孔、一个冷却管道通孔沿着凹模4径向开设。

同样的，本实施例中，与凹模4相对应地，再成型凸模5的整体结构类似圆柱体，参见图8，其上表面为非平面。在再成型凸模5靠近顶部的侧壁上设有用于放置温度传感器9c的凹槽，较优地，凹槽数量为四个，四个凹槽沿着再成型凸模5圆周方向均匀布置；此外，再成型凸模5顶部设有用于安装加热电极10c的加热电极通孔和用于安装冷却管道11c的冷却管道通孔，在冷却管道11c内装有冷却液氮，加热电极通孔和冷却管道通孔位于凹槽下方。其中，加热电极通孔的数量为两个，冷却管道通孔的数量为一个，两个加热电极通孔、一个冷却管道通孔沿着再成型凸模5径向开设。

在对粘铆接头再成型过程中，可根据实际需求通过再成型底部固定块3、凹模4和再成型凸模5上的加热电极对粘铆接头周边区域及凸起部分进行选择性加热，同时可根据实际需求通过再成型底部固定块3、凹模4和再成型凸模5上的冷却管道对粘铆接头周边区域及凸起部分进行选择性冷却，此外，在加热及冷却过程中，通过安装在再成型底部固定块3、凹模4和再成型凸模5上的温度传感器实时监测温度变化，三者形成一个有效的闭环系统。

实施例二

采用上述再成型装置进行无铆钉粘铆连接的再成型方法包括：

s1、将成型完成的粘铆接头固定在再成型装置上。

该步骤具体包括：

s11、驱动再成型凸模5向再成型底部固定块3方向运动直至达到预设的表面距离。

再成型凸模5在驱动装置的驱动下沿其轴线向上运动，当其上表面与再成型底部固定块3上表面的距离x1约等于粘铆接头再成型前空腔的深度x2时停止运动，参见图9、图10。其中，粘铆接头包括上板料6和下板料8，上板料6和下板料8之间通过胶粘剂7粘接起来。本实施例中，作为一种优选的实施方式，将x1≈x2＝3.3mm。

s12、将粘铆接头放置在再成型凸模5上并调整再成型凸模5的高度。

将胶粘剂7未完全固化的粘铆接头的凸起部分朝上放置在再成型凸模5上，参见图11，此时再成型凸模5和粘铆接头凸起部分的轴线重合，通过驱动装置调整再成型凸模5的高度使得下板料8的下表面恰好与再成型底部固定块3的上表面相接触。

s13、驱动冲头结构向再成型底部固定块3方向运动直至侧壁固定块2的水平部的下表面与粘铆接头接触。

冲头结构在伺服电机驱动下沿压边圈1的轴线同速率向下运动，当侧壁固定块2的下表面恰好与粘铆接头上表面相接触时停止运动，参见图12。在本实施例中，当侧壁固定块2的下表面恰好与粘铆接头的上板料6的上表面相接触时，冲头结构停止运动。

s14、驱动凹模4运动直至其下表面与粘铆接头接触。

凹模4在驱动装置的驱动下沿其轴线向下运动，当其下表面与粘铆接头凸起部分的上表面相接触时停止运动，具体参见图13。

s15、驱动侧壁固定块2向中央运动直至其内侧表面与凹模4的外侧壁接触。

在驱动装置驱动下，两个固定块开始以相同速率向中央运动，当其竖直部的内侧壁与凹模4的外侧壁相接触时停止运动，具体参见图13，此时两个固定块的竖直部的横截面恰好构成一个圆环。

s16、驱动压边圈1运动以使粘铆接头被完全固定。

驱动压边圈1向下运动，对上板料6和下板料8施加一定的压力，确保粘铆接头周边区域的上板料6和下板料8被压紧在再成型底部固定块3上，以防止再成型过程中粘铆接头周边区域的材料向内流动。较优地，将压力设置为3mpa。

s2、对粘铆接头进行第一次加热及冷却处理，实现粘铆接头周边区域的胶粘剂的固化及粘铆接头凸起部分的胶粘剂的未固化。

参见图14，通过再成型底部固定块3上的加热电极对胶粘剂未固化的粘铆接头周边区域h1进行加热，同时凸起部分c1则通过凹模4和再成型凸模5上的冷却管道进行冷却，再成型底部固定块3、凹模4和再成型凸模5上的温度传感器实时监测并反馈粘铆接头的温度变化，通过控制器内部的模型预测控制算法实时调节加热和冷却的速率，使粘铆接头周边区域的胶粘剂7在再成型前完全固化，将凸起部分内未完全固化的胶粘剂7密封起来，以便粘铆接头的再成型。本实施例中，作为一种优选的实施方式，加热的温度设置为100℃，并且，使凸起部分c1区域的温度保持在25℃。

s3、对粘铆接头进行冲压及保压处理，实现粘铆接头的再成型，对再成型完成的粘铆接头进行第二次加热及冷却处理，实现再成型完成的粘铆接头凸起部分的胶粘剂的固化。

具体的，该步骤包括：

s31、驱动凹模4及再成型凸模5进行运动，同时实时监测运动过程中施加在凹模4和再成型凸模5上的压力以及两者的位置。

控制器内部的模型预测控制算法将再成型过程分解为若干个子冲压过程，使凹模4和再成型凸模5在驱动装置驱动下缓慢向下运动；在运动过程中，凹模4和再成型凸模5上的压力传感器和位移传感器实时采集并反馈施加在凹模4及再成型凸模5上的压力、以及两者的位置，从而将凹模4和再成型凸模5上所受压力和位置差控制在一定范围内。较优地，将凹模4和再成型凸模5上所受压力控制在0.4kn左右，并且，当凹模4下降1.7mm、再成型凸模5下降1.4mm时，凹模4及再成型凸模5停止运动。

s32、当凹模4和再成型凸模5达到预设位置时，对粘铆接头进行保压，得到再成型完成的粘铆接头。

当凹模4和再成型凸模5到达预定位置时，停止运动，保持压边圈1、侧壁固定块2、凹模4和再成型凸模5位置不变，同时对其施加一定的压力，对粘铆接头进行保压，得到再成型完成的粘铆接头。

s33、控制再成型凸模5和凹模4上的加热电极对再成型完成的粘铆接头凸起部分进行加热，同时控制再成型底部固定块3上的冷却管道对再成型完成的粘铆接头周边区域进行冷却，实时监测加热及冷却过程中的温度变化，实现再成型完成的粘铆接头凸起部分的胶粘剂的固化。

参见图15，凹模4和再成型凸模5上的加热电极对再成型完成的粘铆接头凸起部分h2进行加热，再成型底部固定块3上的冷却管道对再成型完成的粘铆接头周边区域c2进行冷却，再成型底部固定块3、凹模4和再成型凸模5上的温度传感器实时监测并反馈再成型完成的粘铆接头的温度变化，通过控制器内部的模型预测控制算法实时调节加热和冷却的速率，从而保证凸起部分内的胶粘剂7可完全固化，又不至于使周边区域内的胶粘剂7过固化。较优地，加热的温度设置为100℃、加热的时间设置为30分钟，并且，将再成型完成的粘铆接头周边区域c2的温度保持在25℃左右。

在步骤s33之后，具体参见图16，驱动装置驱动冲头结构向上运动以使冲头结构脱离再成型完成的粘铆接头，随后，两个固定块分别向两侧运动，最后，驱动再成型凸模5向下运动与再成型完成的粘铆接头完全脱离，并取下再成型后的粘铆接头。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。