一种带超声波辅助的电磁铆接装置

1.本实用新型涉及铆接装置技术领域，具体而言，涉及一种带超声波辅助的电磁铆接装置。


背景技术：

2.目前采用轻质合金材料是实现汽车轻量化的主要途径之一，但铝、钛等轻质合金室温成形行较差，整体化车身结构难以利用现有的板材成形技术进行生成制造，板料连接技术仍是汽车结构装配的关键技术。其中，铆接通过利用铆钉的塑性变形来连接板材零件，具有工艺简单、结构较轻、成本低等优点，与螺栓、焊接等连接技术相比之下很大程度上降低了工件的重量。
3.电磁铆接是在电磁成形设备中的初级线圈和次级线圈之间产生的涡流斥力，通过冲头转化为强冲击力的机械能，使铆钉以高速率发生塑性变形形成钉头，锁紧被连接的板材。
4.与传统方法相比，电磁铆接具有后座力小、噪声低的优势，由于加载速率高、铆接力大，适合大直径，高屈强比材料铆钉的铆接，由于变形速率高，钉杆膨胀均匀，铆钉和钉孔之间能形成均匀的干涉配合，有助于提高铆接接头的疲劳寿命。
5.但是电磁铆接时铆钉在高速冲击下成形，高速塑性变形产生的热量来不及散失，出现绝热剪切带，使金属变形出现失稳，内部晶粒被剧烈拉长和碎化，降低了铆钉承载能力。
6.有鉴于此，申请人在研究了现有的技术后特提出本技术。


技术实现要素：

7.本实用新型提供了一种带超声波辅助的电磁铆接装置，旨在改善电磁铆接高速冲击下，铆钉内部晶粒被剧烈拉长而碎化的问题。
8.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种带超声波辅助的电磁铆接装置。其包含电磁铆接组件、配置于电磁铆接组件的超声波组件、电连接于电磁铆接组件的电磁成形组件、电连接于超声波组件的超声波发射器，以及电连接于电磁成形组件和超声波发射器的控制组件。
9.电磁铆接组件包括底座、配置于底座的支撑板和支撑柱、配置于支撑板的顶块、配置于支撑柱的上模座和导向机架、配置于上模座的绝缘保护壳、配置于绝缘保护壳的平板线圈、可滑动的配置于导向机架的冲头，配置于冲头下端的铆模、配置于冲头上端的驱动板。电磁成形组件电连接于平板线圈，用以通过平板线圈驱动驱动板活动。
10.超声波组件配置于底座和/或冲头，用以产生超声波振动且构造为能够将振动通过铆模和/或顶块传递至铆钉。
11.在一个可选地实施例中，电磁成形组件包括充电电路和脉冲放电电路。
12.充电电路包括电源、输入端电连接于电源的高压变压器、电连接于高压变压器第
一输出端的保护电阻、电连接于保护电阻的高压整流器、电连接于高压整流器的高压开关。平板线圈分别电连接于高压变压器的第二输出端和高压开关。
13.脉冲放电电路包括电容组。电容组的两端分别电连接于高压变压器的第二输出端和高压整流器的输出端。
14.在一个可选地实施例中，电磁铆接组件还包括配置于底座的定位块。定位块高于支撑板。定位块和支撑板之间形成有用以放置待铆接件的定位空间。
15.在一个可选地实施例中，顶块设置有用以容纳铆钉的顶头的顶槽。顶槽构造为和沉头形、半圆头形或平锥头形的顶头相适配。
16.在一个可选地实施例中，超声波组件包括电连接于超声波发射器的换能器、配置于换能器的壳体和变幅杆、配置于变幅杆的振动棒。
17.壳体构造为能够接合于底座和/或冲头。振动棒构造为能够接合于顶块和/或铆模，用以将振动传递至铆钉。
18.在一个可选地实施例中，超声波组件配置于底座。振动棒构造为能够接合于顶块，用以通过顶块将振动传递至铆钉。
19.在另一个可选地实施例中，超声波组件配置于冲头。振动棒构造为能够接合于铆模，用以通过铆模将振动传递至铆钉。
20.在又一个可选地实施例中，超声波组件的数量为两个。两个超声波组件分别配置于底座和冲头，用以同时通过顶块和铆模将振动传递至铆钉。
21.在一个可选地实施例中，至少部分支撑柱设置有外螺纹，以形成螺杆结构。上模座配置于螺杆结构。
22.在一个可选地实施例中，驱动板通过螺钉配置于冲头。
23.在一个可选地实施例中，上模座和绝缘保护壳设置有相适配的通孔，通过螺栓固定连接。
24.通过采用上述技术方案，本实用新型可以取得以下技术效果：
25.本实用新型实施例通过超声振动降低铆钉的塑性屈服点与硬化率，扩大了铆钉的塑性变形范围，加强了铆接强度，解决了电磁铆接高速冲击下，铆钉内部晶粒被剧烈拉长而碎化的问题，并延长铆接接头的疲劳寿命。
26.通过超声波振动辅助能够降低铆接装置对电磁成形回路能量等级、线圈强度的限制与要求，减小电磁铆接造价与成本。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式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。
28.图1是电磁铆接装置的半剖图(超声波组件配置在底座)。
29.图2是铆钉铆接前的半剖图。
30.图3是铆钉铆接后的半剖图。
31.图4是超声波组件配置在冲头的半剖图。
32.图中标记：1-电源、2-高压变压器、3-保护电阻、4-高压整流器、5
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高压开关、6-螺栓、7-上模座、8-绝缘保护壳、9-平板线圈、10-驱动板、 11-冲头、12-铆模、13-铆钉、14-定位块、15-顶块、16-底座、17-换能器、 18-电磁成形回路、19-电容组、20-支撑柱、21-导向机架、22-第一金属板材、23-第二金属板材、24-支撑板、25-振动棒、26-变幅杆、27-换能器壳。
具体实施方式
33.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式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方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
34.实施例一、
35.由图1至图4所示，本实用新型实施例提供了一种带超声波辅助的电磁铆接装置。其包含电磁铆接组件、配置于电磁铆接组件的超声波组件、电连接于电磁铆接组件的电磁成形组件18、电连接于超声波组件的超声波发射器，以及电连接于电磁成形组件18和超声波发射器的控制组件。
36.电磁铆接组件包括底座16、配置于底座16的支撑板24和支撑柱20、配置于支撑板24的顶块15、配置于支撑柱20的上模座7和导向机架21、配置于上模座7的绝缘保护壳8、配置于绝缘保护壳8的平板线圈9、可滑动的配置于导向机架21的冲头11，配置于冲头11下端的铆模12、配置于冲头11上端的驱动板10。电磁成形组件18电连接于平板线圈9，用以通过平板线圈9驱动驱动板10活动。
37.超声波组件配置于底座16和/或冲头11，用以产生超声波振动且构造为能够将振动通过铆模12和/或顶块15传递至铆钉13。
38.具体的，驱动板10为永磁性材料。通过电磁成形组件18控制平板线圈9工作，从而向下推动驱动板10或者向上拉驱动板10，以实现铆接冲压动作。通过超声波发射器驱动超声波组件在冲压动作的同时对铆钉13进行振动，从而有效降低铆钉13变形过程中的流动应力，提高金属材料的塑性变形能力、降低金属流动应力、减小工件与模具之间的摩擦。使铆接能量的利用率得到提高，节约了能源。解决了铆钉13高速塑性变形，内部晶粒被剧烈拉长而碎化的问题，从而提高电磁铆接接头质量，延长铆接使用寿命。
39.本实用新型实施例通过超声振动降低铆钉13的塑性屈服点与硬化率，扩大了铆钉13的塑性变形范围，加强了铆接强度，解决了电磁铆接高速冲击下，铆钉13内部晶粒被剧烈拉长而碎化的问题，并延长铆接接头的疲劳寿命。
40.通过超声波振动辅助能够降低铆接装置对电磁成形回路能量等级、线圈强度的限制与要求，减小电磁铆接造价与成本。
41.如图1所示，在上述实施例的基础上，本实用新型的一个可选的实施例中，电磁成形组件18包括充电电路和脉冲放电电路。充电电路包括电源 1、输入端电连接于电源1的高
压变压器2、电连接于高压变压器2第一输出端的保护电阻3、电连接于保护电阻3的高压整流器4、电连接于高压整流器4的高压开关5。平板线圈9分别电连接于高压变压器2的第二输出端和高压开关5。脉冲放电电路包括电容组19。电容组19的两端分别电连接于高压变压器2的第二输出端和高压整流器4的输出端。
42.具体的，通过电磁成形组件18能够采用简单的电路结构对电磁铆接组件进行驱动。在其它实施例中，可以采用其它现有的电磁驱动对电磁铆接组件进行驱动，本实用新型对电磁成形组件18的具体结构不做限定。
43.如图1所示，在上述实施例的基础上，本实用新型的一个可选的实施例中，电磁铆接组件还包括配置于底座16的定位块14。定位块14高于支撑板24。定位块14和支撑板24之间形成有用以放置待铆接件的定位空间。优选地，顶块15设置有用以容纳铆钉13的顶头的顶槽。顶槽构造为和沉头形、半圆头形或平锥头形的顶头相适配。
44.具体的，底座16上固定连接支撑板24，支撑板24内可拆卸的安装顶块15，支撑板24两侧连接定位块14。通过定位块14，能够保证板材上设置的同心孔、铆钉13和顶铁处于同一轴线上。
45.优选地，顶块15可拆卸的配置于所述支撑板24。铆模12可拆卸的配置于所述冲头11。不同的顶块15上设置有不同的顶槽，以适配不同顶头结构的铆钉13。通过可拆卸顶铁和铆模12，用来装载不同铆钉13形状和尺寸，大大提高了电磁铆接装置的实用性。铆接装置结构简单，降低了模具安装和加工的复杂程度，组装方便。
46.此外，本实用新型中铆钉13的材料可以为铝合金、钛合金和室温下难变形等材料。铆接直径大于等于5mm的铝合金铆钉13、直径大于等于3mm 的钛合金或室温下难变形材料铆钉13。
47.如图1所示，在上述实施例的基础上，本实用新型的一个可选的实施例中，至少部分支撑柱20设置有外螺纹，以形成螺杆结构。上模座7配置于螺杆结构。优选地，驱动板10通过螺钉配置于冲头11。更为优选地，上模座7和绝缘保护壳8设置有相适配的通孔，通过螺栓6固定连接。
48.具体的，通过支撑柱20连接能够保证上模座7、平板线圈9和底座16 平行。冲头11安装在导向机架21内，保证冲头11、铆钉13和板材预设通孔处于同一轴线上以及冲头11上下垂直运动。
49.如图1和图4所示，在上述实施例的基础上，本实用新型的一个可选的实施例中，超声波组件包括电连接于超声波发射器的换能器17、配置于换能器17的壳体27和变幅杆26、配置于变幅杆26的振动棒25。壳体27 构造为能够接合于底座16和/或冲头11。振动棒25构造为能够接合于顶块 15和/或铆模12，用以将振动传递至铆钉13。
50.具体的，控制组件用以设置电磁成形回路电流、电容和超声波振动的振幅、频率等主要参数。优选的，控制组件用以在电容充电时开启超超声波发射器，然后同时进行超声波辅助振动和电磁铆接作业。
51.在本实施例中，超声波组件配置于底座16。振动棒25构造为能够接合于顶块15，用以通过顶块15将振动传递至铆钉13。
52.具体的，超声波组件设置在底座16内，并连接顶铁，保证顶铁受到振动传递给铆钉13，从而铆钉13进行振动。
53.在电磁铆接装置安装时：
54.将平板线圈9放入绝缘保护壳8内，通过螺栓6把绝缘保护壳8固定在上模座7上。通过支撑柱20连接并保证上模座7、平板线圈9和底座16 平行，将冲头11和驱动板10连接，并安装铆模12后放入导向机架21，从而完成电磁铆接装置上半部分的装配。
55.将换能器17安装在壳体27体内，换能器17端部连接变幅杆26，变幅杆26端部连接振动棒25，然后放入底座16内，并让振动棒25顶端接触顶铁，从而将振动传递至铆钉13。
56.在进行电磁铆接作业时：
57.首先，在第一金属板材22和第二金属板材23上设置同心通孔，将铆钉13穿过同心孔，然后放置在支撑板24上的顶块15上，两侧连接定位块 14，保证铆钉13、同心孔、冲头11处于同一轴线上。
58.然后，打开控制系统，控制超声波发射器工作，使超声波通过顶块15 带动铆钉13，与此同时，对电磁成形回路进行充电；
59.再然后，如图2所示，电磁成形回路放电时，驱动板10受到电磁力的作用产生高速运动，进而冲击冲头11，在待铆接铆钉13的钉杆端部沿钉杆向下进行压紧处理，使所述钉杆的端部形成镦头，实现所述铆钉13对所述板料的铆接如图3所示。
60.最后，铆接完成后，通过控制系统切断电路电流、断开高压开关5、关闭超声波发射器，取出成形件，得到铆接成形件。
61.如图4所示，在另一个可选地实施例中，超声波组件配置于冲头11。振动棒25构造为能够接合于铆模12，用以通过铆模12将振动传递至铆钉 13。
62.具体的，超声波组件通过冲头11的振动传递给铆模12振动，达到提高铆接接头质量的目的。超声波组件安装到冲头11内部，并且变幅杆26、振动棒25和铆模12处于同一轴线上，以取得更好的振动效果。
63.在电磁铆接装置安装时：
64.将平板线圈9放入绝缘保护壳8内，通过螺栓6把绝缘保护壳8固定在上模座7上，通过支撑柱20连接并保证上模座7、平板线圈9和底座16 平行。
65.将换能器17安装在壳体27体内，下端连接变幅杆26以及振动棒25 放入冲头11内。
66.将冲头11和驱动板10连接，并安装铆模12，再放入导向机架21，装配完成成形装置。
67.进行电磁铆接作业的步骤和上一实施例相同，本实施例不再赘述。
68.如图1和图4所示，在又一个可选地实施例中，超声波组件的数量为两个。两个超声波组件分别配置于底座16和冲头11，用以同时通过顶块 15和铆模12将振动传递至铆钉13。
69.具体的，本实施例为前两个实施例的接合，其具体结构请参照前两个实施例，本实施例在此不再赘述。
70.需要说明的是，第一金属板材22和第二金属板材23可以是金属板材或陶瓷基复合材料、金属基复合材料以及功能梯度材料等。其中，金属板材可以是钢、铝合金、镁合金、铜合金和钛合金等。本实施例的电磁铆接装置能够应用于金属板料与金属板料、金属板料与复合板料、复合板料与复合板料之间的铆接。
71.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，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。