环形电致塑性无铆钉铆接装置制造方法及图纸

一种铆接技术领域的环形电致塑性无铆钉铆接装置，压边圈、工件和凹模依次由上而下设置，复合冲头套接于压边圈内，复合冲头、压边圈和凹模同轴设置；凹模为上下两圆柱台固连的结构，其上圆柱台直径小于下圆柱台；环形电刷与上圆柱台柱体外表面通过螺纹进行连接，环形电刷上表面与上圆柱台的上表面平齐，环形电刷直径大于下圆柱台直径，其下表面超出下圆柱台直径的部分沿周向均匀布置有多根导线。本发明专利技术通过在材料变形方向上通以一定大小的电流，引入材料的电致塑性效应，解决了脆性硬质有色合金板件无铆钉铆接时接头大变形处易产生裂纹甚至发生脆裂的问题，同时有效降低了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机械工程
的铆接装置，具体是一种环形电致塑性无 铆钉铆接装置。
技术介绍
近年来，随着石油资源的日益减少和环境污染的不断加剧，以提升汽车燃油经济 性和环保性能为目标的汽车车身轻量化成为汽车工业发展的大势所趋。铝、镁等有色合金 材料以及先进高强钢等新型轻质材料的应用自然成为汽车车身轻量化的重要手段。然而 铝、镁等有色合金材料导热性好、导电率高且易与铜发生合金化反应，同时上述有色合金与 先进高强钢的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，因 此，采用传统电阻点焊方法连接上述有色合金或有色合金与高强钢时难以形成有效接头。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 无铆钉铆接(Clinching)的连接技术。由于该技术是一种利用板件本身的冷变形能力，对 其进行压力加工，使板件产生局部大变形而将其连接在一起的一种板件连接技术，因此切 实有效地避免了因熔化焊时大量热量的输入而引发的一系列问题，实践证明该方法可以获 得具有良好静动态力学性能的接头。然而在铆接铸铝、镁合金等塑性差的轻合金工件时容 易使材料产生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。因此可以在金属塑性加工过程 中，在其变形方向上施加高密度电流，从而在金属内部形成由运动电子产生的电子风，电子 风推动金属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，提供一种环形电致塑性无铆钉铆接装置。 本专利技术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， 降低了对设备冲铆能力以及铆枪C型框架刚度的要求，改善了铆接先进高强钢板时的接头 成形性能，提高了本专利技术的性价比。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术包括复合冲头、压边圈、环形电刷和凹模，其中压边圈、工件和凹模依次由上而下设置，复合冲头套接于压边圈内，复合冲头、压边圈和凹模同轴设置。所述的压边圈的底部的外边缘设有环形凸台以确保压边圈下压时工件与环形电 刷接触良好。所述的复合冲头由导电杆和冲击套构成，两者通过螺纹进行连接。所述的导电杆的头部为具有相同锥角的上下两倒圆锥台固连的结构，上倒圆锥台 的大径等于导电杆杆体平行段直径，下倒圆锥台的大径小于上倒圆锥台的小径。所述的下倒圆锥台侧面设有螺纹。所述的冲击套为空心锥筒状，锥筒的内外壁锥角均与导电杆头部倒圆锥台锥角相 同，冲击套的内壁设有螺纹与下倒圆锥台进行螺纹连接，装配完成时导电杆头部凸出冲击套下端面一定距离。所述的凹模为上下两圆柱台固连的结构，其上圆柱台直径小于下圆柱台，上圆柱 台正中设有倒圆锥台状空腔，该空腔的四周设有圆弧倒角。所述的凹模空腔的底部中心设有圆柱形凸起，该凸起的中心线和复合冲头的中心线一致。所述的圆柱形凸起直径小于凹模中心沉孔的直径，两个直径之间设有截面为半圆 形的环形凹槽。所述的环形电刷与上圆柱台柱体外表面通过螺纹进行连接，同时确保环形电刷上 表面与上圆柱台的上表面平齐。所述的环形电刷直径大于下圆柱台直径，其下表面超出下圆柱台直径的部分沿周 向均勻布置有多根导线以保证通电时电流均勻流通。所述的导电杆和环形电刷均由锆铜合金、铬铜合金或镍硅铜合金制成。所述的冲击套、压边圈以及凹模均由高强度绝缘材料或表面涂有绝缘涂料的钢材 制成。本专利技术装置工作时，先将工件放置于凹模之上；驱动压边圈将工件压紧；启动复 合冲头向下运动并逐渐压入板件，迫使板件发生塑性变形，当复合冲头压入板件的深度达 到上层板厚度时，在复合冲头的导电杆和环形电刷之间通以一定大小的直流电；随着冲铆 过程的继续，上下两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，既避免了脆性有色合金材料铆接时铆接裂纹的生成，同时还减小了铆接高强钢时的 铆接力，使得板料更易进入凹模空腔，最终在板与板之间形成机械互锁；冲铆完成后，切断 直流电，复合冲头与压边圈退回初始工位，环形电致塑性无铆钉铆接完成。本专利技术相比现有技术具有以下优点本专利技术合理利用材料的电致塑性效应，通过 在无铆钉铆接过程中在材料变形方向上对其施加电流，使得材料更易发生塑性变形，一方 面增加了脆性有色合金材料的延展性，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，提高了高强钢的塑性变形能力，使得板件与板件之间更易 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为凹模结构示意4其中(a)不含环形电刷的凹模结构示意图，(b)为含环形电刷的凹模装配示意 图。图3为环形电刷结构示意图。图4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，本实施例包括复合冲头1、压边圈2、环形电刷3和凹模4，其中压 边圈2、工件5和凹模4依次由上而下设置，复合冲头1套接于压边圈2内，复合冲头1、压 边圈2和凹模4同轴设置。所述的压边圈2的底部自外缘而内设有宽度为4. 4mm,高度为0. 2mm的环形凸台6 以确保压边圈2下压时工件5与环形电刷3接触良好。所述的复合冲头1由导电杆7和冲击套8构成，两者通过螺纹进行连接。所述的导电杆7的头部为具有12°锥角的上下两倒圆锥台固连的结构，上倒圆锥 台的大径为7. 8mm等于导电杆7杆体平行段直径，锥台高度为3. 2mm，下倒圆锥台的大径为 7. 1_，锥台高度6. 2_。所述的冲击套8为空心锥筒状，其内外壁锥角与导电杆7头部倒圆锥台锥角相同 为12°，冲击套8上部外径为7. 1mm，内径为4. 4mm，高度为6mm，即装配完成时导电杆7头 部凸出冲击套8下端面0. 2mm。如图2(a)所示，所述的凹模4为上下两圆柱台固连的结构，其上圆柱台9直径为 14mm,高度为3mm，下圆柱台10直径为20mm，上圆柱台9正中设有深度为2. 65mm,底部直径 为8. 7mm，锥角为20°的倒圆锥台状空腔11，该空腔11的四周设有半径为0. 5mm的圆弧倒所述的倒圆锥台状空腔11的中心设有圆柱形凸起12，凸起12高度为0. 6mm，直径 为6. 4mm,凸起14与倒圆锥台状空腔11之间设有截面直径为1. 8mm的半圆形的环形凹槽。如图2(b)所示，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环形电致塑性无铆钉铆接装置，其特征在于，包括：复合冲头、压边圈、环形电刷和凹模，其中：压边圈、工件和凹模依次由上而下设置，复合冲头套接于压边圈内，复合冲头、压边圈和凹模同轴设置；所述的凹模为上下两圆柱台固连的结构，其上圆柱台直径小于下圆柱台；所述的环形电刷与上圆柱台柱体外表面通过螺纹进行连接，环形电刷上表面与上圆柱台的上表面平齐，环形电刷直径大于下圆柱台直径，其下表面超出下圆柱台直径的部分沿周向均匀布置有多根导线。

【技术特征摘要】
一种环形电致塑性无铆钉铆接装置，其特征在于，包括复合冲头、压边圈、环形电刷和凹模，其中压边圈、工件和凹模依次由上而下设置，复合冲头套接于压边圈内，复合冲头、压边圈和凹模同轴设置；所述的凹模为上下两圆柱台固连的结构，其上圆柱台直径小于下圆柱台；所述的环形电刷与上圆柱台柱体外表面通过螺纹进行连接，环形电刷上表面与上圆柱台的上表面平齐，环形电刷直径大于下圆柱台直径，其下表面超出下圆柱台直径的部分沿周向均匀布置有多根导线。2.根据权利要求1所述的环形电致塑性无铆钉铆接装置，其特征是，所述的凹模的上 圆柱台正中设有倒圆锥台状空腔，该空腔的四周设有圆弧倒角。3.根据权利要求1或者2所述的环形电致塑性无铆钉铆接装置，其特征是，所述的凹模 空腔的底部中心设有圆柱形凸起，该凸起的中心线和复合冲头的中心线一致。4.根据权利要求3所述的环形电致塑性无铆钉铆接装置，其特征是，所述的圆柱形凸 起直径小于凹模中心沉孔的直径，两个直径之间设有截面为半圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永兵，林忠钦，来新民，楼铭，陈关龙，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]