本发明专利技术公开了一种超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置，为克服超高强度钢板的高强度无法冲铆的问题。其包括复合冲头（1）、复合压边圈（6）、复合凹模（15）与激光加热控制部分。复合压边圈（6）叠置在复合凹模（15）的上面为接触连接，复合冲头（1）置于复合压边圈（6）的中心孔内为滑动连接，第一光纤管（2）装入复合冲头（1）的第一空心圆孔（4）内为螺纹连接，第一凹透镜（3）安装在第一光纤管（2）下面的第一空心圆孔（4）内，第一凹透镜（3）的底面到复合冲头（1）底面的距离为1～2mm，第一凹透镜（3）与第一光纤管（2）之间为螺纹连接，复合冲头（1）、复合压边圈（6）与复合凹模（15）的回转轴线共线。
【技术实现步骤摘要】
超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置
本专利技术涉及一种汽车制造领域中的加工装置，更确切地说，本专利技术涉及一种超高强钢板之间或超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置。
技术介绍
近年来能源、环境问题日益凸显，促使汽车行业在轻量化技术高速发展。通过大量使用轻质、高强材料(如高强度钢板、铝合金以及镁合金等)实现车身大幅减重已经成为车身轻量化最为主要的手段。焊接钢板时随着钢强度级别的提高，会产生焊接稳定性下降、塑韧性变差、裂纹敏感性上升、热影响区性能变化的情况，降低构件的使用性能，因此传统的点焊连接工艺很难在保证不破坏超高强度钢板的力学性能的前提下实现超高强度钢板之间的连接。同时由于铝、镁等轻质合金和高强钢在热导率以及热膨胀系数等物理属性上的较大差异，同时接触表面易与铜电极发生合金化反应形成氧化膜等特点，传统的电阻点焊技术、胶接技术、固相连接技术等都存在着种种缺陷无法较好的实现超高强钢和铝合金的连接。自冲铆接技术是近些年发展较快的一种新的薄板材料机械连接技术。自冲铆工艺能够满足钢材或铝等轻型材料的连接要求，铆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，且板材在铆接时不需要钻孔，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。现有的自冲铆接技术在铆接铝、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，有的发生脆裂，甚至直接导致接头失效。对超高强度钢板铆接时，由于材料强度极限过高(超高强度钢板的强度极限一般在1500Mpa以上)，变形抗力较大，相应的延展性、塑性变形以及与其他强度较低的有色金属材料(例如铝合金、普通低强度钢板)的连接性就比较差。因此对超高强度钢板之间以及超高强度钢板和铝合金之间进行自冲铆接:一方面增加了对设备冲铆能力、铆钉强度的要求；另一方面，变形困难的超高强度钢板使得接头的成形性能较差，连接质量不高。钢板在温度超过950°C时会完全相变转化成奥氏体，奥氏体有良好的延展性，此时板件的成型性会大大加强。同时铆接时板料的温度在600°C?800°C之间，这时板件的强度在应变率10/s时会降低到300Mpa左右。利用超高强钢的这个性质在铆接的过程中对钢板进行预先加热有利于板件成形，从而得到性能良好、形状完好的铆接件，同时降低了铆接高强材料对自冲铆接设备铆接力、框架刚度的要求。淬冷速率对钢板成形后的力学性能有着重要的影响，只有在冷却速率高于27°C /s的时候，钢板热成形后才能完全转化为强度高的马氏体，从而得到超高强度钢板。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术无法在保证超高强度钢板的力学性能不受影响的前提下实现超高强钢之间以及超高强钢和铝合金的连接的问题，提供了一种超高强钢板之间或超高强钢板与铝合金板自冲铆接装置。为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的:所述的超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置包括复合冲头、复合压边圈、复合凹模与激光加热控制部分。所述的复合冲头包括第一光纤管与第一凹透镜；复合压边圈叠置在复合凹模的上面为接触连接，复合冲头置于复合压边圈的中心孔内为滑动连接，第一光纤管装入复合冲头的第一空心圆孔内为螺纹连接，第一凹透镜安装在第一光纤管下面的第一空心圆孔内，第一凹透镜与第一光纤管之间为螺纹连接。技术方案中所述的第一凹透镜的底面到复合冲头底面的距离为I?2mm，所述的复合冲头、复合压边圈与复合凹模的回转轴线共线。技术方案中所述的复合压边圈包括4个结构相同的I号热敏电阻。所述的复合压边圈为圆环体结构件，复合压边圈的中心处加工有中心通孔，复合压边圈的底环面上环向至少设置有4个压边圈下端矩形凹槽，4个压边圈下端矩形凹槽与复合压边圈的中心通孔不连通，而与其外侧的沿着直径方向设置的压边圈下端方形凹槽相连通。4个结构相同的I号热敏电阻布置在压边圈下端矩形凹槽中，与4个结构相同的I号热敏电阻连接的压边圈下端导线分别布置在4个结构相同的压边圈下端方形凹槽中，4个结构相同的I号热敏电阻凸出于复合压边圈的底面。技术方案中所述的复合凹模包括有第二光纤管、第二凹透镜、4个结构相同的2号热敏电阻。第二光纤管插入复合凹模中心处的第二空心圆孔内，第二光纤管与第二空心圆孔之间为螺纹连接，第二凹透镜安装在第二光纤管顶端的第二空心圆孔内，第二凹透镜与第二光纤管之间为螺纹连接，4个结构相同的2号热敏电阻布置在复合凹模顶端面上的凹模上端矩形凹槽中，与4个结构相同的2号热敏电阻连接的凹模上端导线分别布置在4个结构相同的凹模上端方形凹槽中，4个结构相同的2号热敏电阻凸出于复合凹模(15)的上表面。技术方案中所述的第二凹透镜(18)的顶端面到复合凹模(15)上表面的距离为I ?2mm，技术方案中所述的复合凹模为圆盘类结构件，复合凹模顶端的中心处设置一个环形型腔即凹模型腔和一个凹模凸台，复合凹模的环形型腔是由内圆柱面、底部的环形曲面与中心处的凹模凸台的圆锥面组成，凹模凸台位于环形型腔的中心位置，凹模凸台的回转轴线与环形型腔的回转轴线共线，凹模凸台的顶面与复合凹模的顶端面共面，在凹模凸台的中心处加工有垂直的第二空心圆孔，在复合凹模(15)的顶端面上至少设置一对凹模上端矩形凹槽(8)，凹模上端矩形凹槽与凹模型腔不连通，而与凹模上端矩形凹槽外侧的沿着同一直径设置的凹模上端方形凹槽相连通。技术方案中所述的复合凹模中的环形型腔即凹模型腔和一个凹模凸台的下方Imm处铺设左右对称的8条圆柱形的冷却水道，圆柱形的冷却水道的半径为0.5?2mm。与现有技术相比本专利技术的有益效果是:1.镁铝合金等有色金属由于具有较高的导热性、表面易氧化，因此传统的点焊连接工艺很难实现铝镁合金板料之间的连接。特别是钢和铝镁合金等异种金属点焊连接时由于熔点和热膨胀系数差异较大，焊接时焊点出现硬而脆的金属化合物，难以实现有效地焊接接头。本专利技术采用机械连接的自冲铆接有效的解决了这个问题，避免了脆性材料在铆接成形过程中裂纹的产生。实现超高强钢之间以及超高强钢和铝合金之间的连接。2.随着高强钢强度级别的提高，钢板焊接区会产生焊接稳定性下降、塑韧性变差、裂纹敏感性上升、热影响区性能变化，降低构件的使用性能。超高强钢的强度很高(1500Mpa以上)，现有的点焊技术很难在不影响超高强钢的力学性能的前提下对超高强度钢板进行焊接。同时由于超高强钢的强度极限过高，现有的自冲铆装置也无法对超高强钢之间以及超高强钢和铝合金之间进行连接。本专利技术针对这种情况，在传统的自冲铆装置的基础上添加激光加热器对铆接件的铆接区域进行局部加热，使之完全奥氏体化，由于奥氏体的良好延展性，降低了材料的强度极限，增加了材料的延展性和流动性。这样就降低了对冲铆模具的要求以及铆接超高强钢时需要的铆接力，使超高强钢的自冲铆连接变得可行，同时使得板件之间更易形成牢固的机械互锁，提高了接头的综合连接质量。3.激光加热超高强度钢板后自冲铆，如果在铆接完成后铆接区域钢板的淬冷速度低于27°C /s，则奥氏体无法完全相变成马氏体，强度极限会下降到600Mpa (1/3超高强钢板原有强度极限)，超高强钢力学性能无法保证。本专利技术针对这种情况采取事先在液氮冷却室中对铆钉进行冷却处理的方法，使铆钉的温度降低到0°C以下，同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置，包括激光加热控制部分，其特征在于，所述的超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置还包括复合冲头（1）、复合压边圈（6）与复合凹模（15）；所述的复合冲头（1）包括第一光纤管（2）与第一凹透镜（3）；复合压边圈（6）叠置在复合凹模（15）的上面为接触连接，复合冲头（1）置于复合压边圈（6）的中心孔内为滑动连接，第一光纤管（2）装入复合冲头（1）的第一空心圆孔（4）内为螺纹连接，第一凹透镜（3）安装在第一光纤管（2）下面的第一空心圆孔（4）内，第一凹透镜（3）与第一光纤管（2）之间为螺纹连接。
【技术特征摘要】
1.一种超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置，包括激光加热控制部分，其特征在于，所述的超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置还包括复合冲头(I)、复合压边圈(6)与复合凹模(15)； 所述的复合冲头(I)包括第一光纤管(2)与第一凹透镜(3); 复合压边圈(6)叠置在复合凹模(15)的上面为接触连接，复合冲头(I)置于复合压边圈(6)的中心孔内为滑动连接，第一光纤管(2)装入复合冲头(I)的第一空心圆孔(4)内为螺纹连接，第一凹透镜(3)安装在第一光纤管(2)下面的第一空心圆孔(4)内，第一凹透镜(3)与第一光纤管(2)之间为螺纹连接。2.按照权利要求1所述的超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的第一凹透镜(3)的底面到复合冲头(I)底面的距离为I~2mm，所述的复合冲头(I)、复合压边圈(6)与复合凹模(12)的回转轴线共线。3.按照权利要求1所述的超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的复合压边圈(6)包括4个结构相同的I号热敏电阻； 所述的复合压边圈(6)为圆环体结构件，复合压边圈(6)的中心处加工有中心通孔，复合压边圈(6)的底环面上环向至少设置有4个压边圈下端矩形凹槽(7)，4个压边圈下端矩形凹槽(7)与复合压边圈(6)的中心通孔不连通，而与其外侧的沿着直径方向设置的压边圈下端方形凹槽(11)相连通； 4个结构相同的I号热敏 电阻布置在压边圈下端矩形凹槽(7)中，与4个结构相同的I号热敏电阻连接的压边圈下端导线(9)分别布置在4个结构相同的压边圈下端方形凹槽(II)中，4个结构相同的I号热敏电阻凸出于复合压边圈(6)的底面。4.按照权利要求1所述的超高强钢板之间或与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的复合凹模(12)包括有第二光纤管(17)、第二凹透镜(18)、4个结...
【专利技术属性】
技术研发人员：庄蔚敏，赵文增，李兵，张梦溪，许钦华，李永强，路大鹏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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