一种自冲粘铆连接装置的制造方法
【专利摘要】一种自冲粘铆连接装置，包括：复合凹模，其上设置有环形凹槽；复合压边圈，其与复合凹模在竖直方向相对设置，复合压边圈能够在竖直方向运动，用于压紧待铆接件；导热电极，其数量为多个，分别设置在复合压边圈底部和复合凹模上部；导热电极能够对不同的待铆接件独立加热；冲头，其为实心圆环形结构件，其设置在复合压边圈中心孔内部，并能够沿所述中心孔轴向上下滑动；大幅度提高铆接点附近超高强钢的延展性，解决了超高强钢变形困难、无法形成有效接头的问题。
【专利说明】
-种自冲粘柳连接装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及高强钢馴接技术领域，特别设及一种自冲粘馴连接装置。
【背景技术】
[0002] 汽车工业的发展给能源、气候、环境方面带来巨大的压力，降低油耗、节能减排成 为中国汽车亟需解决的一个迫切的问题，汽车轻量化成为解决该问题的重要手段。
[0003] 高强度钢板、侣合金W及儀合金等轻质材料代替传统钢板成为汽车轻量化的主要 实现方法，而新材料的应用对汽车连接技术提出巨大挑战。传统电阻点焊方式连接高强钢 和侣合金时，由于钢和侣两种材料烙点与热膨胀系数相差较大，难W在板间形成烙核，且易 形成硬而脆的金属间化合物，无法保证焊点强度，无法较好的实现高强钢和侣合金的连接。
[0004] 针对轻质合金与高强钢连接时存在的上述问题，国内外提出了一种半空屯、馴钉自 冲馴接(Self-Piercing Riveting,简称SPR)方法。自冲馴工艺能够满足钢材或侣材等轻型 材料的连接要求，馴接过程中无化学反应，其抗静拉力和抗疲劳性都要优于点焊工艺，且板 材在馴接时不需要钻孔，工艺步骤简化，节省成本，并能适合汽车车身高效率的生产，有效 地攻破了点焊产生的各个难题。
[0005] 然而半空屯、自冲馴接技术受工艺本身限制，仅可实现强度在SOOMPaW下板件的连 接，当超高强钢板与其他金属板件馴接时，由于材料强度过高(超高强钢板的强度极限一般 在1300MPaW上），变形抗力大，延展性差，无法实现超高强钢与其他金属板件的连接。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是设计开发了一种自冲粘馴连接装置W半空屯、自冲馴连接技 术为基础，通过引入金属材料的回火退火特性，对超高强钢进行局部回火热处理，适当降低 馴接点附近超高强钢的强度，大幅度提高馴接点附近超高强钢的延展性，解决了超高强钢 变形困难、无法形成有效接头的问题。
[0007] 本实用新型的另一个目的是开发了一种自冲粘馴连接装置的隔热部件，能够使对 待馴接金属溫度互不干扰，同时隔热部件能够在自冲馴接时，自动退出。
[000引本实用新型提供的技术方案为：
[0009] 一种自冲粘馴连接装置，包括：
[0010] 复合凹模，其上设置有环形凹槽；
[0011] 复合压边圈，其与所述复合凹模在竖直方向相对设置，所述复合压边圈能够在竖 直方向运动，用于压紧待馴接件；
[0012] 导热电极，其数量为多个，分别设置在所述复合压边圈底部和所述复合凹模上部； 所述导热电极能够对不同的待馴接件独立加热；
[0013] 冲头，其为实屯、圆环形结构件，其设置在所述复合压边圈中屯、孔内部，并能够沿所 述中屯、孔轴向上下滑动；
[0014] 驱动机构，其驱动所述冲头和所述复合压边圈向下移动进行冲压馴接操作。
[0015] 优选的是，还包括限位滑块机构，包括：
[0016] 滑块，其一端截面为圆弧形，圆弧线的曲率从上至下逐渐减小，所述圆弧形截面设 置在待馴接件边缘并且位于待馴接件之间；
[0017] 弹黃，其一端固定连接在所述滑块上，另一端连接所述限位滑块机构的固定端。
[0018] 优选的是，所述复合凹模顶面和所述复合压边圈底面设置有矩形凹槽，用于放置 所述导热电极。
[0019] 优选的是，所述冲头、所述复合压边圈、所述复合凹模和所述滑块均采用高硬度的 模具钢制成。
[0020] 优选的是，所述复合压边圈、所述复合凹模和所述滑块表面涂覆绝缘材料。
[0021] 优选的是，所述导热电极连接脉冲电流发生器。
[0022] 优选的是，还包括半空屯、沉头馴钉，其材质为棚钢。
[0023] 本实用新型所述的有益效果
[0024] 1.本实用新型利用金属的回火特性，运用电加热方式对高强钢馴接区域进行局部 热处理，降低高强钢馴接区域的强度(可降低至原来的一半），提高高强钢馴接区域的延展 率(可提高至原来的2倍），降低了对冲馴模具的要求W及馴接高强钢时需要的馴接力，使高 强钢的自冲馴连接变得可行，该方法不仅可W应用于轻合金和高强钢的连接，也可W应用 于各种轻合金之间W及各种高强钢之间的连接。
[0025] 2.本实用新型与其他馴接连接方法相比，可分为热处理和馴接两个步骤，降低了 对馴接设备集成控制的要求。热处理通过电极对板件通电实现板件局部升溫，采用室溫冷 却方式，具有无污染、成本低、操作简单等显著优势。馴接是在自冲馴基础上引入粘接连接， 大幅度加大接头连接强度，使连接更加牢靠。
[0026] 3.本实用新型装置考虑到上下金属板间接触导致的传热问题，一方面通过限位滑 块机构防止加热过程中上下板接触发生热传导，另一方面在金属板件间的粘接剂也减小了 板间热对流和热福射，有效的防止了轻合金或其他金属因传热升溫而改变性能。
【附图说明】
[0027] 图1为本实用新型所述的自冲粘馴连接装置主视图的全剖剖视图。
[0028] 图2为本实用新型所述的复合压边圈主视图的全剖视图。
[0029] 图3为本实用新型所述的复合压边圈的俯视图。
[0030] 图4为本实用新型所述的复合凹模的主视图的全剖视图。
[0031 ]图5为本实用新型所述的复合凹模的俯视图。
[0032] 图6为采用本实用新型所述的自冲粘馴连接方法冲头运动到下至点完成馴接工序 的示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，W令本领域技术人员参照说明 书文字能够据W实施。
[0034] 如图1所示，本实用新型提供自冲粘馴连接装置包括:复合凹模100、复合压边圈 200、导热电极300和冲头400。
[0035] 如图2-3所示，复合压边圈200,其与复合凹模100相对设置，复合压边圈200中屯、设 置有通孔，复合压边圈200底面与复合凹模100顶面为可接触式连接，复合压边圈200的底环 面上由外向内开设多个结构相同的矩形凹槽210,矩形凹槽210的轴线与复合压边圈200中 屯、位置通孔的中屯、轴相交，并且矩形凹槽210与复合压边圈200中屯、位置通孔不连通，矩形 凹槽210的表面与复合压边圈200的表面上均涂有绝缘材料。
[0036] 如图4-5所示，复合凹模100,其为圆盘形结构件，并在中屯、处设置有环形腔110,即 为凹模型腔，环形腔110中屯、有一个圆锥形凸台120,环形腔110的回转轴线与圆锥形凸台的 回转轴线共线。
[0037] 复合凹模100的底环面上由外向内开设多个结构相同的矩形凹槽，矩形凹槽的轴 线与复合凹模100中屯、位置环形腔110的中屯、轴相交，并且矩形凹槽与环形腔110不连通，矩 形凹槽的表面与复合凹模100的表面上均涂有绝缘材料。
[0038] 导热电极300,其数量为多个，结构相同，分别设置在复合压边圈200底面和所述复 合凹模100接触面位置;导热电极300分别设置在复合凹模底部的矩形凹槽内，复合压边圈 200的矩形凹槽210内，导热电极300略凸出复合凹模100的底环面W确保与待粘结下板件接 触良好，导热电极300连接脉冲电流发生器。
[0039] 冲头400,其为实屯、圆柱形结构件，其设置在复合压边圈200中屯、孔内部，并能够沿 中屯、孔上下滑动。
[0040] 驱动机构，其与冲头400连接，用于驱动冲头400向下移动进行冲压操作。
[0041 ]限位滑块机构500其设置在待馴接件中间，能够沿水平方向左右滑动，用于分隔待 馴接件，包括：
[0042] 滑块510,其一端截面为圆弧形，圆弧线的曲率从上至下逐渐减小，另一端截面为 矩形，滑块表面涂有绝缘材料。
[0043] 弹黃520,其一端固定连接在滑块510上，另一端连接固定端530。
[0044] 其中，冲头400、复合压边圈200、复合凹模100和滑块510均采用高硬度的模具钢制 成，复合压边圈200、复合凹模400和滑块510表面涂覆绝缘材料。
[0045] 实施W超高强度钢与侣合金板件自冲粘馴连接的工作过程为例，做进一步的说 明，
[0046] 首先，将待馴接的下板件610放置置于复合凹模100上，然后将限位滑块机构500中 的滑块510放置在下板件610的左右两侧末端，并在待馴接位置中屯、均匀的涂上粘接剂700， 涂抹面积约为8-10mm2,然后将上板件620置于与滑块510顶部。
[0047] 驱动复合压边圈200向下运动，使复合压边圈200的电极300与上板件620接触，但 并不压紧板件，然后接通脉冲电流发生器电源，此时如果高强钢板为上板件620时接通复合 压边圈200上电极310的电源;高强钢板为下板件610时接通复合凹模100上电极320的电源， 并根据工艺需要控制通电时间使得板件加热至不同溫度时停止通电。
[0048] 等待被加热的板件冷却至室溫，使用送料装置送入馴钉410,驱动复合压边圈200 下行，压紧上板件620,滑块510在上板件620的压力下向外移动，最后上板件620、粘接剂、下 板件610被压紧在一起。
[0049] 如图6所示，驱动冲头400下行，馴钉410在冲头400的推动下刺入上板件620,并在 复合凹模100的作用下管状腿部向周边翻开形成馴扣，从而在上板件620、粘接剂与下板件 610间形成一个牢固的锁死结构。
[0050] 自冲粘馴连接装置的工作过程，包括：
[0051] 步骤一，将待馴接下板件620置于复合凹模100上，并在中屯、区域均匀涂抹粘结剂 700,限位滑块机构500放置于待馴接下板件620两侧，将待馴接上板件610放置在限位滑块 机构500顶部，并驱动复合压边圈200与待馴接上板件620贴合；
[0052] 步骤二，开启脉冲电流发生器，脉冲电流发生器按照下述参数进行处理：
[0化3] 电流密度范围：j = 3500~4500A/mm2;
[0化4] 电流脉冲宽度范围：λ = 40~70ys;
[0055] 电流脉冲频率:f = 60~lOOHz;
[0化6] 脉冲电流处理时间：t = 20s~30s;
[0057] 对待馴接上板件620与下板件610和或局部加热，将待馴接区域超高强钢加热至高 溫回火溫度500°C-750°C之间，保溫5min-8min;
[0058] 步骤Ξ，等待被加热的板件冷却至室溫，驱动复合压边圈200下行压紧待馴接上板 件610,限位滑块机构500在上板件610的压力下向外移动，最后上板件620、粘接剂700和下 板件610紧密黏合在一起；
[0059] 步骤四，送入馴钉410,驱动机构驱动冲头400下行，馴钉410在冲头的推动下刺入 上板件，并在复合凹模100的作用下馴钉410的管状腿部向周边翻开形成馴扣，从而在上板 件620与下板件610间形成一个牢固的锁死结构，冲头400冲压速度为
宁 程为22~33mm;其中，k为系数，约等于1;1为冲压头周长，单位为mm;t为待馴接件厚度，单位 为mm; Γ为待馴接件抗剪强度，单位为Mpa; A为环形腔截面积，单位为mm2; obs为待馴接件的 许用挤压应力，单位为Mpa; S为冲头行程，单位为mm; t为2~2.5s。
[0060] 通过精准控制冲头的冲压速度，降低了对馴钉强度、设备冲馴能力W及馴枪C型框 架刚度的要求，减少了生产成本。
[0061] 作为一种优选，形成环形腔110圆锥形凸台120的圆锥面与垂直方向的角度范围为 45。。
[0062] 在另一实施例中，馴钉410选用半空屯、沉头馴钉，并采用棚钢制造 W满足馴接要 求。馴钉的头部直径范围为5~8mm，腿部外径范围为4~6mm，馴钉总长度为5~8mm。
[0063] 尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中 所列运用，它完全可W被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言， 可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实 用新型并不限于特定的细节和运里示出与描述的图例。
【主权项】
1. 一种自冲粘铆连接装置，其特征在于，包括： 复合凹模，其上设置有环形凹槽； 复合压边圈，其与所述复合凹模在竖直方向相对设置，所述复合压边圈能够在竖直方 向运动，用于压紧待铆接件； 导热电极，其数量为多个，分别设置在所述复合压边圈底部和所述复合凹模上部;所述 导热电极能够对不同的待铆接件独立加热； 冲头，其为实心圆环形结构件，其设置在所述复合压边圈中心孔内部，并能够沿所述中 心孔轴向上下滑动； 驱动机构，其驱动所述冲头和所述复合压边圈向下移动进行冲压铆接操作。2. 根据权利要求1所述自冲粘铆连接装置，其特征在于，还包括限位滑块机构，包括： 滑块，其一端截面为圆弧形，圆弧线的曲率从上至下逐渐减小，所述圆弧形截面设置在 待铆接件边缘并且位于待铆接件之间； 弹簧，其一端固定连接在所述滑块上，另一端连接所述限位滑块机构的固定端。3. 根据权利要求1所述自冲粘铆连接装置，其特征在于，所述复合凹模顶面和所述复合 压边圈底面设置有矩形凹槽，用于放置所述导热电极。4. 根据权利要求2所述自冲粘铆连接装置，其特征在于，所述冲头、所述复合压边圈、所 述复合凹模和所述滑块均采用高硬度的模具钢制成。5. 根据权利要求4所述自冲粘铆连接装置，其特征在于，所述复合压边圈、所述复合凹 模和所述滑块表面涂覆绝缘材料。6. 根据权利要求1所述自冲粘铆连接装置，其特征在于，所述导热电极连接脉冲电流发 生器。7. 根据权利要求1所述自冲粘铆连接装置，其特征在于，还包括半空心沉头铆钉，其材 质为硼钢。
【文档编号】C21D1/34GK205599847SQ201620059449
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】庄蔚敏, 张凯希, 胡哲, 李冰娇, 解东旋, 敖文宏, 徐纪栓, 杨冠男, 刘西洋
【申请人】吉林大学