一种实现温热分区固化的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，具体涉及一种实现温热分区固化的胶铆装置。

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。固化度反应了胶接剂固化的程度，其取值范围为0～1。胶接剂的固化度越大，承载能力越强。温度升高，可以加速胶粘剂的固化。胶接技术能够从物理上避免异种金属的直接接触，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，质量良好的胶铆接头可以有效解决电化学腐蚀问题，铆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。是异种材料连接的理想手段。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。

在申请号为201610040651.2的发明专利申请中，提出了一种实现自冲粘铆连接的方法，但未考虑板料涂胶后胶粘剂的固化情况就进行铆接，胶粘剂的固化度对板料的承载能力有较大影响，固化度较低时进行铆接，胶粘剂流动性较强，板材受冲压力使胶液溢出，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。

在申请号为201710240725.1的发明专利申请中，提出了一种预胶接固化粘铆工艺，通过使板料间胶粘剂预先固化到一定程度进行铆接，铆接完成后再进行固化的方式部分地解决了上述问题，但其涂胶区域固化度一致，参考图1中板料涂胶部分分区示意图，A、C为胶接区，B处板料形成铆接接头，为胶铆区，涂胶部分两侧的胶接区，在固化度较低情况下剥离和拉剪强度低，承载能力低，在受到较大的铆接冲压力时，两侧板材易发生翘曲及胶层撕裂，且铆接区域板材间处于固液中间态的胶层在冲压力作用下易于从两侧溢出，导致铆接区出现脱胶或少胶问题，同样无法保证形成高质量的胶铆接头。

综上所述，胶层固化度非常高时进行铆接，胶层会抵抗板材的变形，使铆接困难，且固化度高的粘接剂具有一定的脆性，冲头的冲击会破坏胶层，导致胶层断裂，胶接的连接优势无法发挥，无法形成高质量的胶铆接头；固化度低的时候，由于胶粘剂的流动性，铆接时由于受冲击，胶粘剂容易溢出，同样出现脱胶、少胶问题。因此，在铆接前要充分考虑板材间不同区域胶粘剂的固化度对铆接过程的影响。

本

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种实现温热分区固化的胶铆装置，现有技术中存在的铆接接头处溢胶、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：

本实用新型一种实现温热分区固化的胶铆装置包括复合凸模、复合压边圈、复合凹模、驱动机构和温控机构；

驱动机构用于驱动复合凸模和复合压边圈进行上下移动；复合凸模沿复合压边圈中心孔上下滑动；复合压边圈与复合凹模相对设置，复合压边圈底面与复合凹模上表面为可接触式连接；

复合凸模，为实心圆柱形结构件，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，分别为孔道Ⅰ、孔道Ⅱ、孔道Ⅲ和孔道Ⅳ，孔道Ⅰ和孔道Ⅲ分别为加热管道，孔道Ⅰ和孔道Ⅲ内分别设置加热线圈，孔道Ⅱ和孔道Ⅳ分别为冷却管道，孔道Ⅱ和孔道Ⅳ内放置冷却液氮管，孔道Ⅰ、孔道Ⅱ、孔道Ⅲ和孔道Ⅳ的轴线分别与复合凸模1中心位置环形腔的中心轴相交，并且孔道Ⅰ、孔道Ⅱ、孔道Ⅲ和孔道Ⅳ均与环形腔不连通，孔道Ⅰ、孔道Ⅱ、孔道Ⅲ和孔道Ⅳ的表面与复合凸模1的表面上均涂有绝缘材料；

复合压边圈中心设置有通孔，复合压边圈的底部由外向内开设多个结构相同的圆柱形孔道，圆柱形孔道用以放置加热线圈，多个圆柱形孔道的轴线分别与复合压边圈中心位置的通孔的中心轴相交，并且多个圆柱形孔道均与复合压边圈中心位置的通孔不连通，多个圆柱形孔道的表面与复合压边圈的表面上均涂有绝缘材料；

复合凹模为圆盘形结构件，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，复合凹模的底环面上由外向内开设多个结构相同的圆柱形孔道，多个圆柱形孔道内分别放置加热线圈，多个圆柱形孔道的轴线分别与复合凹模中心位置环形腔的中心轴相交，并且多个圆柱形孔道与环形腔不连通，多个圆柱形孔道的表面与复合凹模的表面上均涂有绝缘材料；

温控机构，包块加热模块、冷却模块，红外测温模块、PID控制模块；加热模块用于控制加热线圈进行加热，冷却模块用于控制冷却液氮进行冷却，红外测温模块和PID控制模块实时监测、调节各区域温度。

复合压边圈、复合凹模和复合凸模均采用高硬度的模具钢制成。

本实用新型的有益技术效果：

1、本实用新型充分考虑了板材涂胶部分不同区域胶粘剂的固化度对铆接过程的影响，通过温控机构中的加热模块、冷却模块、红外线测温模块和PID控制模块实时测量、调节、监控板件温度，对板料涂胶部分不同区域分别进行加热和冷却，使涂胶区域的两侧的胶接区胶层固化度较高或者完全固化，对待铆接板件起固定和定位作用，防止或减少在压边圈及凸模下压时胶的溢出；铆接时，凸模对板材的冲击载荷较大，固化度较高或者完全固化的胶层具有更高的剪切和剥离强度，能够承载更高的冲击载荷作用，有效地避免了板材受冲击作用产生翘曲和撕裂；中间的胶铆区胶层部分固化，固化度低一些的胶层粘性小，塑性变形能力与延展性高，硬度低，变形抗力小，可以减小铆接时的阻力，利于高质量的胶铆接头的成形；提高了粘铆复合连接接头的静态强度和疲劳强度，保证了接头的完整性、可靠性与耐久性。

2、本实用新型不仅适用于金属与金属之间的胶铆，还适用于非金属和金属之间的连接，且接头强度高，且过程快速环保，无噪声，成本较低。

3、本装置通过复凸模、复合凹模和复合压边圈中的加热线圈对铆接件升温，加速胶层固化，铆接结束后对铆接件进行保压，并在保压的过程中通过加热线圈对胶层进行二次固化，且固化温度可控，大大降低固固化时间，装置集成度高，实现了胶铆一体化，简化了工序，提高了生产效率，进而提高了生产效益，且本装置易操作。

附图说明

图1为本实用新型一种实现温热分区固化的胶铆装置主视图的全剖视图；

图2为本实用新型的复合凸模主视图全剖剖视图；

图3为本实用新型的的复合凸模俯视图；

图4为本实用新型的复合压边圈主视图的全剖视图；

图5为本实用新型的复合压边圈的俯视图；

图6为本实用新型的复合凹模主视图的全剖视图。

图7为本实用新型的复合凹模的俯视图；

图8为发明实施例二中将胶粘板划分A、B、C三个区域的示意图；

图9为本实用新型实施例二中在铆接前的温热分区固化示意图；

图10为本实用新型实施例二中在铆钉注胶后的预压紧示意图；

图11为本实用新型实施例二中在铆接完成后保压、加热二次固化示意图；

图12为本实用新型实施例二中在完成胶铆复合连接后的退模示意图；

其中，1、复合凸模，2、加热管道，3、冷却管道，4、冷却液氮管，5、复合压边圈，6、加热管道，7、加热线圈，8、铆钉，9、上层板料，10、胶层，11、下层板料，12、复合凹模，13、加热管道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步阐述。

实施例一：

参见附图1～8，本实用新型一种温热分区固化胶铆复合连接方法采用的铆接装置包括复合凸模1、复合压边圈5、复合凹模12、驱动机构和温控机构；

驱动机构用于驱动复合凸模1和复合压边圈5进行上下移动；复合凸模沿复合压边圈5中心孔上下滑动；复合压边圈5与复合凹模12相对设置，复合压边圈5底面与复合凹模12上表面为可接触式连接；

复合凸模1，为实心圆柱形结构件，复合凸模1的底环面上由外向内开设四个结构相同的圆柱形孔道，分别为孔道Ⅰ、孔道Ⅱ、孔道Ⅲ和孔道Ⅳ，孔道Ⅰ和孔道Ⅲ分别为加热管道2，孔道Ⅰ和孔道Ⅲ内分别设置加热线圈7，孔道Ⅱ和孔道Ⅳ分别为冷却管道3，孔道Ⅱ和孔道Ⅳ内放置冷却液氮管4，孔道Ⅰ、孔道Ⅱ、孔道Ⅲ和孔道Ⅳ的轴线分别与复合凸模1中心位置环形腔的中心轴相交，并且孔道Ⅰ、孔道Ⅱ、孔道Ⅲ和孔道Ⅳ均与环形腔不连通，孔道Ⅰ、孔道Ⅱ、孔道Ⅲ和孔道Ⅳ的表面与复合凸模1的表面上均涂有绝缘材料；

复合压边圈5中心设置有通孔，复合压边圈5的底部由外向内开设多个结构相同的圆柱形孔道，圆柱形孔道用以放置加热线圈7，多个圆柱形孔道的轴线分别与复合压边圈5中心位置的通孔的中心轴相交，并且多个圆柱形孔道均与复合压边圈5中心位置的通孔不连通，多个圆柱形孔道的表面与复合压边圈5的表面上均涂有绝缘材料；

复合凹模12为圆盘形结构件，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，复合凹模12的底环面上由外向内开设多个结构相同的圆柱形孔道，多个圆柱形孔道内分别放置加热线圈，多个圆柱形孔道的轴线分别与复合凹模12中心位置环形腔的中心轴相交，并且多个圆柱形孔道与环形腔不连通，多个圆柱形孔道的表面与复合凹模的表面上均涂有绝缘材料；

温控机构，包块加热模块、冷却模块，红外测温模块、PID控制模块；加热模块用于控制加热线圈进行加热，冷却模块用于控制冷却液氮进行冷却，红外测温模块和PID控制模块实时监测、调节各区域温度。

复合压边圈5、复合凹模12和复合凸模1均采用高硬度的模具钢制成。

实施例二：

参见附图9～12，本实用新型采用上述铆接装置并借助铆钉传送机构实现温热分区固化胶铆复合连接具体为：

1、对上、下层板料分别进行除杂等表面处理；

2、将高分子胶粘剂均匀地涂抹在上层板料9或者下层板料11的一个表面上，胶层10厚度为0.1～0.3mm，之后使上层板料9或则下层板料11进行胶接，并去除上层板料9和下层板料11周围多余的胶粘剂，获得胶粘板；

3、将步骤二中的胶粘板放置在铆接装置的复合凹模12上，调节铆接装置，使复合压边圈5和复合凸模1下行至与胶粘板接触并压紧胶粘板；

将胶粘板划分为A、B和C三个区域，A区域、C区域为胶粘板的胶接区，B区域为胶铆区，通过调节铆接装置的温控机构，对A区域和C区域进行加热，使A区域和C区域热温度保持在100℃。对B区域进行制冷，使B区域的温度保持在25℃；

4、当A区域和C区域固化度达到0.8～1时停止加热，B固化度在0.2～0.45时停止制冷，调节铆接装置使复合凸模1上移至一定高度；

5、将铆钉8通过铆钉传送机构将铆钉8送入复合压边圈5的中心孔中；

6、调节铆接装置使复合凸模1下移以推动铆钉8下行，随着复合凸模1对铆钉8的下压，铆钉8刺穿上层板料9，且铆钉8腿部逐渐张开与下层板料11形成互锁结构，完成铆接；

7、铆接完成后，保持铆接装置的复合压边圈5、复合凸模1和复合凹模12位置不动，对胶粘板进行保压；

同时，调节铆接装置的温控机构，对胶粘板进行加热，直至所有胶粘剂完全固化停止加热，完成胶铆复合连接。