电致塑性自冲铆接装置制造方法及图纸

一种汽车制造技术领域的电致塑性自冲铆接装置，包括：驱动杆、压边圈、若干个弹簧珠子定位机构、两组共四个电刷、半空心铆钉和凹模，其中：压边圈、待连接板件和凹模依次由上而下设置，驱动杆套接于压边圈内，若干个弹簧珠子定位机构沿径向水平分布于压边圈内，半空心铆钉竖直置于压边圈内并与弹簧珠子定位机构相接触，驱动杆、压边圈、半空心铆钉和凹模同轴设置，两个上电刷分别设置于压边圈的底部，两个下电刷相对设置于凹模的顶部。本发明专利技术解决合金板件铆接时接头底部易产生径向裂纹甚至发生脆裂的问题并降低铆接先进高强钢时的塑性变形抗力，提升了接头的综合连接质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种汽车制造
的装置，具体是一种电致塑性自冲铆接装置。
技术介绍
随着汽车工业的发展，车辆的环保性能及燃油经济性越发成为各大汽车厂商激烈 竞争的主要方面，上述竞争直接推动了汽车车身轻量化的发展。镁、铝等轻质合金材料因其 密度小，比强度高而逐步应用于车身结构的制造；同时，先进高强钢综合力学性能优良，其 仍将在未来车身制造中占有一席之地。电阻点焊是传统钢制汽车车身装配中最为主要的连 接方式，然而对于铝、镁等轻质合金的连接，由于其具有导热性好、导电率高、易与铜发生合 金化反应等特点，使得采用电阻点焊连接轻质合金结构件时遇到能耗大、电极磨损严重、点 焊质量不稳定等问题；而在连接轻质合金与先进高强钢时，则因两者熔点和热膨胀系数差 异巨大以及熔焊时易形成硬而脆的金属间化合物，导致难以形成有效接头。针对采用电阻点焊工艺连接上述轻量化材料时存在的问题，国外提出了一种称为 半空心铆钉自冲铆接(Self-piercing riveting，简称SPR)的连接技术。由于该技术是 一种利用材料的塑性大变形而在铆钉与待连接工件之间形成牢固互锁的机械冷成形工艺， 因此切实有效地避免了由于熔化焊时大量热量的输入而引发的一系列问题，实践证明SPR 方法不仅可以获得具有良好静动态力学性能的接头，同时其冲、铆一体化的特点为快速生 产和实现大批量流水线制造创造了有利条件。然而在铆接铸铝、镁合金等塑性差的轻合 金工件时容易使底部材料产生径向裂纹降低接头疲劳性能，有的甚至发生脆裂，直接导致 接头失效；而在铆接先进高强钢时，由于其强度高(一些先进高强钢的屈服强度甚至大于 lOOOMpa)，变形抗力较大，塑性变形困难，一方面增加了对设备冲铆能力、铆枪C型框架刚 度以及铆钉强度的要求，增加了生产成本；另一方面，变形困难的先进高强钢板使得接头成 形性能较差，连接质量不高。金属塑性变形的微观机理表明，塑性变形的实质是大量位错的产生和运动，由于 位错的运动和相互间的作用，在塑性变形过程中，将产生位错的缠结和位错与第二相及晶 体缺陷的反应等现象，从而阻碍了位错的运动，形成加工硬化，使塑性变形难以继续。然而， 已有研究结果表明材料(尤其是金属材料)在运动电子(电流或电场)的作用下会发生变 形抗力急剧下降，塑性明显提高的现象，即电致塑性效应。因此在金属塑性加工过程中，在 金属变形方向上施以高密度电流，从而在金属内部形成电子风，电子风作用于金属推动其 位错的运动并克服运动中的障碍，减轻了金属的加工硬化现象，降低了变形抗力，使其更容 易发生塑性变形，成形性能得到大大提高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种电致塑性自冲铆接装置，通过引 入金属材料的电致塑性效应，增加了铸铝、镁合金等脆性轻质合金材料的延展性，解决了上述合金板件铆接时接头底部易产生径向裂纹甚至发生脆裂的问题；同时利用该效应，降低 了铆接先进高强钢时的塑性变形抗力，一方面，降低了对铆钉强度、设备冲铆能力以及铆枪 C型框架刚度的要求，减少了生产成本，另一方面，改善了铆接先进高强钢板时的接头成形 性能，提升了接头的综合连接质量。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括驱动杆、压边圈、若干个弹簧珠 子定位机构、两组共四个电刷、半空心铆钉和凹模，其中压边圈、待连接板件和凹模依次由 上而下设置，驱动杆套接于压边圈内，若干个弹簧珠子定位机构沿径向水平分布于压边圈 内，半空心铆钉竖直置于压边圈内并与弹簧珠子定位机构相接触，驱动杆、压边圈、半空心 铆钉和凹模同轴设置，两个上电刷分别对称设置于压边圈的底部，两个下电刷相对设置于 凹模的顶部。所述的压边圈的底部相对设有两个径向的第一半开口凹槽，该第一半开口凹槽的 长度小于压边圈的半径，第一半开口凹槽的顶部宽度大于等于底部宽度。所述的弹簧珠子定位机构与压边圈为螺纹连接，该定位机构包括内六角沉孔、弹 簧和定位珠子，其中弹簧的两端分别与内六角沉孔和定位珠子相连接。所述的定位珠子为一端呈半球状的弹头结构。所述的凹模的中心设有圆锥形或圆柱形结构的凸起，该凸起的中心线和半空心铆 钉的中心线一致。所述的凸起的外形轮廓为光滑过度。所述的凹模的顶部相对设有两个径向的第二半开口槽，该第二半开口凹槽的长度 小于凹模的半径，第二半开口凹槽的底部宽度大于等于顶部宽度。所述的第一半开口凹槽与第二半开口凹槽的中轴线在同一竖直平面内。所述的电刷包括导电块和与之相连接的导线，其中所述上电刷中的导电块的形 状与第一半开口凹槽相匹配，所述下电刷中的导电块的形状与第二半开口凹槽相匹配。所述的上导电块顶部设有截面形状与其顶部形状相同的凸台，当上导电块与压边 圈装配好时，该凸台将凸出压边圈末端面以保证压边圈压紧待连接板件时上电刷和下电刷 均与待连接板件接触良好。所述的第一半开口凹槽与第二半开口凹槽上均设有限位弹簧片以约束电刷的径 向自由度，该限位弹簧片的两个端部均设有圆弧状凸包，所述压边圈及凹模上与限位弹簧 片的一端相接触的对应位置设有相对应的圆弧状凹坑实现定位，限位弹簧片的另一端与电 刷相接触实现径向限位。所述的电刷分别独立连接直流电，其中同一水平面上的两个电刷的直流电极性 相反，同一竖直平面上的两个电刷的直流电极性相同。本专利技术装置工作时，将半空心铆钉与待连接板件分别放置于压边圈内弹簧珠子定 位机构和凹模之上；驱动压边圈将待连接板件压紧，同时在保证同侧电刷极性相同(均为 正极或负极)的情况下分别对上电刷及下电刷通以直流电；启动驱动杆向下推动半空心铆 钉逐渐压入板件，并顺利刺穿上层板；随着冲铆过程的继续，下层板件受电致塑性效应的影 响在直流电导通方向上更加容易发生塑性变形，既减小了铆接力，同时还使得板料更易进 入空腔并与张开的半空心铆钉腿部形成机械互锁；冲铆完成后，切断直流电，驱动杆与压边 圈退回初始工位，电致塑性自冲铆接完成。4本专利技术相比现有技术具有以下优点本专利技术利用材料的电致塑性效应，通过在自 冲铆接过程中对材料施加电流，使得材料更易发生塑性变形，一方面增加了脆性轻质合金 材料的延展性，有效避免了铆接裂纹及脆裂的发生；另一方面降低了铆接先进高强钢时的 铆接力，解决了铆钉墩粗和因压应力过大而在铆钉腿部出现裂纹的现象，而且由于提高了 高强钢的塑性变形能力，使得铆钉与板件更易形成牢固的机械互锁，改善了铆接高强钢时 接头的连接质量。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为电刷结构示意图；其中(a)为上电刷，(b)为下电刷。图3为压边圈与凹模结构示意图1 ；其中(a)为无电刷结构正视图，(b)为无电刷结构侧视图，(c)为无电刷结构A-A 面剖视图。图4为压边圈与凹模结构示意图2 ；其中(a)为含电刷结构正视图，(b)为含电刷结构侧视图，(c)为含电刷结构B-B 面剖视图。图5为限位弹簧片结构示意图。图6为实施例工艺流程图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。实施例1如图1所示，本实施例包括驱动杆1、压边圈2、若干个弹簧珠子定位机构3、上电 刷4、半空心铆钉5、下电刷6以及凹模7，其中压边圈2、待连接板件8和凹模7依次由上 而下设置，驱动杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电致塑性自冲铆接装置，包括：驱动杆、压边圈、若干个弹簧珠子定位机构、两组共四个电刷、半空心铆钉和凹模，其特征在于：压边圈、待连接板件和凹模依次由上而下设置，驱动杆套接于压边圈内，若干个弹簧珠子定位机构沿径向水平分布于压边圈内，半空心铆钉竖直置于压边圈内并与弹簧珠子定位机构相接触，驱动杆、压边圈、半空心铆钉和凹模同轴设置，两个上电刷分别设置于压边圈的底部，两个下电刷相对设置于凹模的顶部。

【技术特征摘要】
一种电致塑性自冲铆接装置，包括驱动杆、压边圈、若干个弹簧珠子定位机构、两组共四个电刷、半空心铆钉和凹模，其特征在于压边圈、待连接板件和凹模依次由上而下设置，驱动杆套接于压边圈内，若干个弹簧珠子定位机构沿径向水平分布于压边圈内，半空心铆钉竖直置于压边圈内并与弹簧珠子定位机构相接触，驱动杆、压边圈、半空心铆钉和凹模同轴设置，两个上电刷分别设置于压边圈的底部，两个下电刷相对设置于凹模的顶部。2.根据权利要求1所述的电致塑性自冲铆接装置，其特征是，所述的压边圈的底部相 对设有两个径向的第一半开口凹槽，该第一半开口凹槽的长度小于压边圈的半径，第一半 开口凹槽的顶部宽度大于等于底部宽度；所述的凹模的顶部相对设有两个径向的第二半开 口槽，该第二半开口凹槽的长度小于凹模的半径，第二半开口凹槽的底部宽度大于等于顶 部宽度。3.根据权利要求1所述的电致塑性自冲铆接装置，其特征是，所述的弹簧珠子定位机 构与压边圈为螺纹连接，该定位机构包括内六角沉孔、弹簧和定位珠子，其中弹簧的两 端分别与内六角沉孔和定位珠子相连接。4.根据权利要求3所述的电致塑性自冲铆接装置，其特征是，所述的定位珠子为一端 呈半球状的弹头结构。5.根据权利要求1所述的电致塑性自冲铆接装置，其特征是，所述的凹模的中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：林忠钦，李永兵，楼铭，来新民，陈关龙，王培中，
申请(专利权)人：上海交通大学，通用汽车全球技术经营公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]