超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置，為克服超高強(qiáng)度鋼板的高強(qiáng)度無法沖鉚的問題。其包括復(fù)合沖頭（1）、復(fù)合壓邊圈（6）、復(fù)合凹模（15）與激光加熱控制部分。復(fù)合壓邊圈（6）疊置在復(fù)合凹模（15）的上面為接觸連接，復(fù)合沖頭（1）置于復(fù)合壓邊圈（6）的中心孔內(nèi)為滑動連接，第一光纖管（2）裝入復(fù)合沖頭（1）的第一空心圓孔（4）內(nèi)為螺紋連接，第一凹透鏡（3）安裝在第一光纖管（2）下面的第一空心圓孔（4）內(nèi)，第一凹透鏡（3）的底面到復(fù)合沖頭（1）底面的距離為1～2mm，第一凹透鏡（3）與第一光纖管（2）之間為螺紋連接，復(fù)合沖頭（1）、復(fù)合壓邊圈（6）與復(fù)合凹模（15）的回轉(zhuǎn)軸線共線。
【專利說明】超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種汽車制造領(lǐng)域中的加工裝置，更確切地說，本實(shí)用新型涉及一種超高強(qiáng)鋼板之間或超高強(qiáng)鋼板與鋁合金板的自沖鉚接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來能源、環(huán)境問題日益凸顯，促使汽車行業(yè)在輕量化技術(shù)高速發(fā)展。通過大量使用輕質(zhì)、高強(qiáng)材料(如高強(qiáng)度鋼板、鋁合金以及鎂合金等)實(shí)現(xiàn)車身大幅減重已經(jīng)成為車身輕量化最為主要的手段。
[0003]焊接鋼板時隨著鋼強(qiáng)度級別的提高，會產(chǎn)生焊接穩(wěn)定性下降、塑韌性變差、裂紋敏感性上升、熱影響區(qū)性能變化的情況，降低構(gòu)件的使用性能，因此傳統(tǒng)的點(diǎn)焊連接工藝很難在保證不破壞超高強(qiáng)度鋼板的力學(xué)性能的前提下實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度鋼板之間的連接。同時由于鋁、鎂等輕質(zhì)合金和高強(qiáng)鋼在熱導(dǎo)率以及熱膨脹系數(shù)等物理屬性上的較大差異，同時接觸表面易與銅電極發(fā)生合金化反應(yīng)形成氧化膜等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊技術(shù)、膠接技術(shù)、固相連接技術(shù)等都存在著種種缺陷無法較好的實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)鋼和鋁合金的連接。
[0004]自沖鉚接技術(shù)是近些年發(fā)展較快的一種新的薄板材料機(jī)械連接技術(shù)。自沖鉚工藝能夠滿足鋼材或鋁等輕型材料的連接要求，鉚接過程中無化學(xué)反應(yīng)，其抗靜拉力和抗疲勞性都要優(yōu)于點(diǎn)焊工藝，且板材在鉚接時不需要鉆孔，工藝步驟簡化，節(jié)省成本，并能適合汽車車身高效率的生產(chǎn)，有效地攻破了點(diǎn)焊產(chǎn)生的各個難題。
[0005]現(xiàn)有的自沖鉚接技術(shù)在鉚接鋁、鎂合金等塑性差的輕合金工件時，容易使底部材料產(chǎn)生徑向裂紋降低接頭疲勞性能，有的發(fā)生脆裂，甚至直接導(dǎo)致接頭失效。對超高強(qiáng)度鋼板鉚接時，由于材料強(qiáng)度極限過高(超高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度極限一般在1500Mpa以上)，變形抗力較大，相應(yīng)的延展性、塑性變形以及與其他強(qiáng)度較低的有色金屬材料(例如鋁合金、普通低強(qiáng)度鋼板)的連接性就比較差。因此對超高強(qiáng)度鋼板之間以及超高強(qiáng)度鋼板和鋁合金之間進(jìn)行自沖鉚接:一方面增加了對設(shè)備沖鉚能力、鉚釘強(qiáng)度的要求；另一方面，變形困難的超高強(qiáng)度鋼板使得接頭的成形性能較差，連接質(zhì)量不高。
[0006]鋼板在溫度超過950°C時會完全相變轉(zhuǎn)化成奧氏體，奧氏體有良好的延展性，此時板件的成型性會大大加強(qiáng)。同時鉚接時板料的溫度在600°C?800°C之間，這時板件的強(qiáng)度在應(yīng)變率10/s時會降低到300Mpa左右。
[0007]利用超高強(qiáng)鋼的這個性質(zhì)在鉚接的過程中對鋼板進(jìn)行預(yù)先加熱有利于板件成形，從而得到性能良好、形狀完好的鉚接件，同時降低了鉚接高強(qiáng)材料對自沖鉚接設(shè)備鉚接力、框架剛度的要求。
[0008]淬冷速率對鋼板成形后的力學(xué)性能有著重要的影響，只有在冷卻速率高于27°C /s的時候，鋼板熱成形后才能完全轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度高的馬氏體，從而得到超高強(qiáng)度鋼板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)無法在保證超高強(qiáng)度鋼板的力學(xué)性能不受影響的前提下實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)鋼之間以及超高強(qiáng)鋼和鋁合金的連接的問題，提供了一種超高強(qiáng)鋼板之間或超高強(qiáng)鋼板與鋁合金板自沖鉚接裝置。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置包括復(fù)合沖頭、復(fù)合壓邊圈、復(fù)合凹模與激光加熱控制部分。
[0011]所述的復(fù)合沖頭包括第一光纖管與第一凹透鏡；
[0012]復(fù)合壓邊圈疊置在復(fù)合凹模的上面為接觸連接，復(fù)合沖頭置于復(fù)合壓邊圈的中心孔內(nèi)為滑動連接，第一光纖管裝入復(fù)合沖頭的第一空心圓孔內(nèi)為螺紋連接，第一凹透鏡安裝在第一光纖管下面的第一空心圓孔內(nèi)，第一凹透鏡與第一光纖管之間為螺紋連接。
[0013]所述的復(fù)合凹模中的環(huán)形型腔即凹模型腔和一個凹模凸臺的下方Imm處鋪設(shè)左右對稱的8條圓柱形的冷卻水道，圓柱形的冷卻水道的半徑為0.5?2mm。
[0014]技術(shù)方案中所述的第一凹透鏡的底面到復(fù)合沖頭底面的距離為I?2mm，所述的復(fù)合沖頭、復(fù)合壓邊圈與復(fù)合凹模的回轉(zhuǎn)軸線共線。
[0015]技術(shù)方案中所述的復(fù)合壓邊圈包括4個結(jié)構(gòu)相同的I號熱敏電阻。所述的復(fù)合壓邊圈為圓環(huán)體結(jié)構(gòu)件，復(fù)合壓邊圈的中心處加工有中心通孔，復(fù)合壓邊圈的底環(huán)面上環(huán)向至少設(shè)置有4個壓邊圈下端矩形凹槽，4個壓邊圈下端矩形凹槽與復(fù)合壓邊圈的中心通孔不連通，而與其外側(cè)的沿著直徑方向設(shè)置的壓邊圈下端方形凹槽相連通。4個結(jié)構(gòu)相同的I號熱敏電阻布置在壓邊圈下端矩形凹槽中，與4個結(jié)構(gòu)相同的I號熱敏電阻連接的壓邊圈下端導(dǎo)線分別布置在4個結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端方形凹槽中，4個結(jié)構(gòu)相同的I號熱敏電阻凸出于復(fù)合壓邊圈的底面。
[0016]技術(shù)方案中所述的復(fù)合凹模包括有第二光纖管、第二凹透鏡、4個結(jié)構(gòu)相同的2號熱敏電阻。第二光纖管插入復(fù)合凹模中心處的第二空心圓孔內(nèi)，第二光纖管與第二空心圓孔之間為螺紋連接，第二凹透鏡安裝在第二光纖管頂端的第二空心圓孔內(nèi)，第二凹透鏡與第二光纖管之間為螺紋連接，4個結(jié)構(gòu)相同的2號熱敏電阻布置在復(fù)合凹模頂端面上的凹模上端矩形凹槽中，與4個結(jié)構(gòu)相同的2號熱敏電阻連接的凹模上端導(dǎo)線分別布置在4個結(jié)構(gòu)相同的凹模上端方形凹槽中，4個結(jié)構(gòu)相同的2號熱敏電阻凸出于復(fù)合凹模(15)的上表面。
[0017]技術(shù)方案中所述的第二凹透鏡(18)的頂端面到復(fù)合凹模(15)上表面的距離為I ?2mm，
[0018]技術(shù)方案中所述的復(fù)合凹模為圓盤類結(jié)構(gòu)件，復(fù)合凹模頂端的中心處設(shè)置一個環(huán)形型腔即凹模型腔和一個凹模凸臺，復(fù)合凹模的環(huán)形型腔是由內(nèi)圓柱面、底部的環(huán)形曲面與中心處的凹模凸臺的圓錐面組成，凹模凸臺位于環(huán)形型腔的中心位置，凹模凸臺的回轉(zhuǎn)軸線與環(huán)形型腔的回轉(zhuǎn)軸線共線，凹模凸臺的頂面與復(fù)合凹模的頂端面共面，在凹模凸臺的中心處加工有垂直的第二空心圓孔，在復(fù)合凹模(15)的頂端面上至少設(shè)置一對凹模上端矩形凹槽(8)，凹模上端矩形凹槽與凹模型腔不連通，而與凹模上端矩形凹槽外側(cè)的沿著同一直徑設(shè)置的凹模上端方形凹槽相連通。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果是:
[0020]1.鎂鋁合金等有色金屬由于具有較高的導(dǎo)熱性、表面易氧化，因此傳統(tǒng)的點(diǎn)焊連接工藝很難實(shí)現(xiàn)鋁鎂合金板料之間的連接。特別是鋼和鋁鎂合金等異種金屬點(diǎn)焊連接時由于熔點(diǎn)和熱膨脹系數(shù)差異較大，焊接時焊點(diǎn)出現(xiàn)硬而脆的金屬化合物，難以實(shí)現(xiàn)有效地焊接接頭。本實(shí)用新型采用機(jī)械連接的自沖鉚接有效的解決了這個問題，避免了脆性材料在鉚接成形過程中裂紋的產(chǎn)生。實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)鋼之間以及超高強(qiáng)鋼和鋁合金之間的連接。
[0021]2.隨著高強(qiáng)鋼強(qiáng)度級別的提高，鋼板焊接區(qū)會產(chǎn)生焊接穩(wěn)定性下降、塑韌性變差、裂紋敏感性上升、熱影響區(qū)性能變化，降低構(gòu)件的使用性能。超高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度很高(1500Mpa以上)，現(xiàn)有的點(diǎn)焊技術(shù)很難在不影響超高強(qiáng)鋼的力學(xué)性能的前提下對超高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行焊接。同時由于超高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度極限過高，現(xiàn)有的自沖鉚裝置也無法對超高強(qiáng)鋼之間以及超高強(qiáng)鋼和鋁合金之間進(jìn)行連接。本實(shí)用新型針對這種情況，在傳統(tǒng)的自沖鉚裝置的基礎(chǔ)上添加激光加熱器對鉚接件的鉚接區(qū)域進(jìn)行局部加熱，使之完全奧氏體化，由于奧氏體的良好延展性，降低了材料的強(qiáng)度極限，增加了材料的延展性和流動性。這樣就降低了對沖鉚模具的要求以及鉚接超高強(qiáng)鋼時需要的鉚接力，使超高強(qiáng)鋼的自沖鉚連接變得可行，同時使得板件之間更易形成牢固的機(jī)械互鎖，提高了接頭的綜合連接質(zhì)量。
[0022]3.激光加熱超高強(qiáng)度鋼板后自沖鉚，如果在鉚接完成后鉚接區(qū)域鋼板的淬冷速度低于27°C /s，則奧氏體無法完全相變成馬氏體，強(qiáng)度極限會下降到600Mpa (1/3超高強(qiáng)鋼板原有強(qiáng)度極限)，超高強(qiáng)鋼力學(xué)性能無法保證。本實(shí)用新型針對這種情況采取事先在液氮冷卻室中對鉚釘進(jìn)行冷卻處理的方法，使鉚釘?shù)臏囟冉档偷?°C以下，同時在凹?？拷T接區(qū)域處鋪設(shè)冷卻水道然后在冷卻水道中通入冷卻水的方法，從而控制鉚接過程中的淬冷速度超過27°C /s，得到完全馬氏體化的超高強(qiáng)度鋼板，保證超高強(qiáng)鋼力學(xué)性能不受影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明:
[0024]圖1為本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置結(jié)構(gòu)組成主視圖上的全剖視圖；
[0025]圖2為本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置所采用的復(fù)合壓邊圈結(jié)構(gòu)組成主視圖上的全剖視圖；
[0026]圖3為本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置所采用的復(fù)合壓邊圈結(jié)構(gòu)組成的仰視圖；
[0027]圖4為本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置所采用的復(fù)合凹模結(jié)構(gòu)組成主視圖上的全剖視圖；
[0028]圖5為本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置所采用的復(fù)合凹模結(jié)構(gòu)組成的俯視圖；
[0029]圖6_a為采用本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置進(jìn)行鉚接工作的激光加熱工序；
[0030]圖6_b為采用本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置進(jìn)行鉚接工作的停止加熱送入鉚釘?shù)墓ば颍?br> [0031]圖6-c為采用本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置進(jìn)行鉚接工作的鉚釘接觸到板料的工序；
[0032]圖6_d為采用本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置進(jìn)行鉚接工作的沖頭運(yùn)動到下止點(diǎn)，鉚釘完全和板件鉚合，鉚接結(jié)束的工序；[0033]圖6_e為采用本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置進(jìn)行鉚接工作的沖頭的復(fù)位工序；
[0034]圖中:1.復(fù)合沖頭，2.第一光纖管，3.第一凹透鏡，4.第一空心圓孔，5.鉚釘，
6.復(fù)合壓邊圈，7.壓邊圈下端矩形凹槽，8.凹模上端矩形凹槽，9.壓邊圈下端導(dǎo)線，10.凹模上端導(dǎo)線，11.壓邊圈下端方形凹槽，12.凹模上端方形凹槽，13.上板料，14.下板料，15.復(fù)合凹模，16.凹模型腔，17.第二光纖管，18.第二凹透鏡，19.第二空心圓孔，20.冷卻水道。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述:
[0036]參閱圖1，本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置包括復(fù)合沖頭I (包括第一光纖管2、第一凹透鏡3)、復(fù)合壓邊圈6 (包括4個結(jié)構(gòu)相同的I號熱敏電阻)、復(fù)合凹模15 (包括第二光纖管17、第二凹透鏡18、4個結(jié)構(gòu)相同的2號熱敏電阻)與激光加熱控制部分。復(fù)合壓邊圈6和復(fù)合凹模15上下相疊置，復(fù)合沖頭I置于復(fù)合壓邊圈6的中心孔內(nèi)為滑動連接，復(fù)合壓邊圈6、復(fù)合沖頭I和復(fù)合凹模15的回轉(zhuǎn)軸線共線即所述的同軸布置。
[0037]所述的復(fù)合沖頭I為空心的圓柱形結(jié)構(gòu)件，復(fù)合沖頭I的中心處沿軸向設(shè)置有第一空心圓孔4，第一空心圓孔4的內(nèi)壁設(shè)置有螺紋，復(fù)合沖頭I的第一空心圓孔4內(nèi)布置有第一光纖管2和第一凹透鏡3。
[0038]第一光纖管2在復(fù)合沖頭I的第一空心圓孔4內(nèi)通過螺紋固定連接，第一光纖管2的底端設(shè)置有第一凹透鏡3，第一凹透鏡3與第一光纖管2之間為螺紋連接，第一凹透鏡3距復(fù)合沖頭I的底面有I?2mm的距離，第一光纖管2輸出的點(diǎn)光源通過第一凹透鏡3的透射作用以一定的角度發(fā)散照射到要加熱的待鉚接的上板料13的上表面。
[0039]選取適當(dāng)曲率的第一凹透鏡3，使照射的上板料13上表面的激光圓形區(qū)域?yàn)榘辶香T接成形區(qū)域。
[0040]參閱圖1與圖2，所述的復(fù)合壓邊圈6為圓環(huán)體形結(jié)構(gòu)件，復(fù)合壓邊圈6的中心處加工有中心通孔，復(fù)合壓邊圈6的底環(huán)面上環(huán)向至少均勻地設(shè)置有一對壓邊圈下端矩形凹槽7，壓邊圈下端矩形凹槽7與復(fù)合壓邊圈6的中心孔不連通，而與外側(cè)的沿著直徑方向設(shè)置的壓邊圈下端方形凹槽11相連通。壓邊圈下端矩形凹槽7中布置熱敏電阻，與熱敏電阻連接的壓邊圈下端導(dǎo)線9布置在壓邊圈下端方形凹槽11中。熱敏電阻凸出于復(fù)合壓邊圈6的底面，以確保熱敏電阻與上板料13接觸良好。
[0041]參閱圖4與圖5，所述的復(fù)合凹模15為圓盤類結(jié)構(gòu)件，復(fù)合凹模15頂端面的中心處設(shè)置一個環(huán)形型腔即凹模型腔16和一個凹模凸臺。環(huán)形型腔的結(jié)構(gòu)形狀與鉚釘5的結(jié)構(gòu)形狀相適應(yīng)，使鉚釘5在侵入板料時能夠更好的張開進(jìn)入凹模型腔16從而能夠和上板料13與下板料14形成機(jī)械互鎖。凹模凸臺位于環(huán)形型腔的中心位置，凹模凸臺的回轉(zhuǎn)軸線與環(huán)形型腔的回轉(zhuǎn)軸線共線，凹模凸臺的頂面與復(fù)合凹模15的頂端面共面即高度相等，在凹模凸臺的中心處加工有垂直的第二空心圓孔19，第二空心圓孔19內(nèi)安裝有第二光纖管17和第二凹透鏡18。第二空心圓孔19的內(nèi)壁設(shè)有螺紋，第二光纖管17與第二空心圓孔19之間為螺紋連接，第二光纖管17和第二凹透鏡18之間為螺紋固定連接，第二凹透鏡18的頂端面距復(fù)合凹模15上表面有I?2mm距離，第二光纖管17輸出的點(diǎn)光源通過第二凹透鏡18的透射作用以一定的角度發(fā)散照射到要加熱的待鉚接的下板料14的下表面。
[0042]選取適當(dāng)曲率的第二凹透鏡18，使照射的下板料14下表面的激光圓形區(qū)域?yàn)榘辶香T接成形區(qū)域。
[0043]在復(fù)合凹模15中的凹模型腔16的下方Imm處鋪設(shè)左右對稱的8個圓柱形冷卻水道20，冷卻水道20的半徑范圍0.5?2mm，在鉚接完成以后，通入冷卻水，使板料鉚接成形區(qū)域迅速降溫，達(dá)到快速淬冷鉚接上板料13與下板料14的目的。
[0044]在復(fù)合凹模15的頂端面上環(huán)向至少均勻地設(shè)置一對凹模上端矩形凹槽8，凹模上端矩形凹槽8與凹模型腔16不連通，而與外側(cè)的沿著同一直徑設(shè)置的凹模上端方形凹槽12相連通。凹模上端矩形凹槽8中布置熱敏電阻，與熱敏電阻連接的凹模上端導(dǎo)線10布置在凹模上端方形凹槽12中。熱敏電阻凸出于復(fù)合凹模15的頂端面，以確保熱敏電阻與下板料14接觸良好。
[0045]所述鉚釘5選用半空心沉頭鉚釘并采用高強(qiáng)鋼材質(zhì)制造以滿足鉚接要求。頭部直徑范圍5?8皿1，腿部外徑為4?6皿1，鉚釘長度為6?8mm。
[0046]復(fù)合沖頭1、復(fù)合壓邊圈6、復(fù)合凹模15均采用硬度很高的模具鋼制成，如Cr 12MoV
坐寸ο
[0047]所述的激光加熱控制部分由電源、主板、激光驅(qū)動板、溫度控制板、系統(tǒng)控制板、光纖激光輸出模塊、散熱制冷模塊、光纖連接器、光纖管組成，其中激光控制模塊等可由市場選購。
[0048]光纖激光輸出模塊安裝在散熱制冷模塊中，以確保光纖激光輸出模塊連續(xù)工作時溫度正常。光纖激光輸出模塊輸出激光通過光纖連接器與光纖連接，并通過復(fù)合沖頭I中的第一光纖管2與第一凹透鏡3和復(fù)合凹模15中的第二光纖管17與第二凹透鏡18入射到待鉚接的上板料13與下板料14上。
[0049]復(fù)合壓邊圈6和復(fù)合凹模15上的熱敏電阻能及時地監(jiān)測加熱上板料13與下板料14的溫度，當(dāng)上板料13與下板料14的溫度達(dá)到目標(biāo)溫度時通過與之相連的控制系統(tǒng)終止激光加熱，并啟動復(fù)合沖頭I進(jìn)行鉚接成形。
[0050]本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置工作時，先將待鉚接的上板料13與下板料14疊置于復(fù)合凹模15上，然后驅(qū)動復(fù)合壓邊圈6壓緊上板料13與下板料14，此時控制光纖激光輸出模塊輸出激光，激光通過第一光纖管2、第一凹透鏡3和第二光纖管17、第二凹透鏡18依次照射在上板料13與下板料14的成形區(qū)域上。上板料13與下板料14的成形區(qū)域在激光照射下瞬間升溫，通過復(fù)合壓邊圈6和復(fù)合凹模15上的熱敏電阻即時探測出待鉚接的上板料13與下板料14的溫度達(dá)到最佳鉚接溫度時停止加熱，通過送料裝置送入鉚釘5，然后啟動復(fù)合沖頭I (快速)下行進(jìn)行鉚接。首先復(fù)合沖頭I向下推動鉚釘5逐漸壓入上板料13，并順利刺穿上板料13，同時鉚釘5的環(huán)形部分(圈足)也開始向外擴(kuò)張，凹模形狀迫使鉚釘5的環(huán)形部分(圈足)進(jìn)入下板料14內(nèi)。鉚釘5在復(fù)合沖頭I和復(fù)合凹模15的共同作用下環(huán)形部分(圈足)向周邊翻開形成鉚扣，從而在上板料13與下板料14間形成一個牢固的機(jī)械內(nèi)鎖結(jié)構(gòu)。處于高溫下的上板料13與下板料14具有較好的延展性，因此在鉚接過程中避免了上板料13與下板料14鉚接時裂紋的產(chǎn)生，同時還減小了鉚接高強(qiáng)鋼的上板料13與下板料14的鉚接力。鉚接過程中低溫的鉚釘5和高溫的上板料13與下板料14之間發(fā)生熱交換，同時冷卻水道20通入冷卻水對高強(qiáng)度鋼的上板料13與下板料14進(jìn)行淬冷，保證得到力學(xué)性能完好的鉚接件。鉚接完成后，提升復(fù)合沖頭I恢復(fù)到最初工位，激光加熱超高強(qiáng)度鋼的上板料13與下板料14的鉚接工藝完成。
[0051]實(shí)施例
[0052]參閱圖1，本實(shí)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置包括復(fù)合沖頭I (包括第一光纖管2、第一凹透鏡3)、復(fù)合壓邊圈6 (包括2?4個結(jié)構(gòu)相同的熱敏電阻)、復(fù)合凹模15 (第二光纖管17、第二凹透鏡18、熱敏電阻)。
[0053]復(fù)合壓邊圈6及復(fù)合凹模15上下相疊置，復(fù)合沖頭I裝入復(fù)合壓邊圈6的中心孔內(nèi)，復(fù)合壓邊圈6、復(fù)合沖頭I與復(fù)合凹模15的回轉(zhuǎn)軸線共線即同軸布置。
[0054]第一光纖管2與復(fù)合沖頭I上的第一空心圓孔4通過螺紋進(jìn)行連接，第一光纖管2的底端布置有第一凹透鏡3，第一凹透鏡3的底面距復(fù)合沖頭I底面的距離為1mm。
[0055]復(fù)合沖頭I為空心圓柱形結(jié)構(gòu)件，復(fù)合沖頭I底部直徑為5皿1，第一空心圓孔4與第一光纖管2直徑相同為3皿1，復(fù)合沖頭I底部邊緣圓角半徑為0.5mm。
[0056]復(fù)合沖頭I底面的初始位置距上板料13為9皿1，選用的第一凹透鏡3的焦距f=6mm0
[0057]參閱圖2，復(fù)合壓邊圈6在底面上沿著兩條互相垂直的直徑方向上設(shè)置有4條寬度為2mm壓邊圈下端方形凹槽11，并在靠近中心孔內(nèi)圓柱表面處分別設(shè)有寬度和高度為4mm，長度為6mm的壓邊圈下端矩形凹槽7。壓邊圈下端矩形凹槽7內(nèi)布置熱敏電阻，為確保熱敏電阻能夠充分接觸到上板料13，熱敏電阻下表面超出復(fù)合壓邊圈6的底面1mm，與熱敏電阻連接的壓邊圈下端導(dǎo)線9布置在壓邊圈下端方形凹槽11中。
[0058]參閱圖4，復(fù)合凹模15中心處的凹模型腔16是由周圍的內(nèi)圓柱面、底部的環(huán)形曲面與中心處的凹模凸臺的圓錐面組成，內(nèi)圓柱面的直徑為10mm，凹模型腔16底部距凹模上表面距離為1.5mm，凹模凸臺頂端面和復(fù)合凹模15的上表面共面。
[0059]復(fù)合凹模12的凹模型腔16的中心處即在凹模凸臺的中心處加工有第二空心圓孔19，第二空心圓孔19直徑與第二光纖管17直徑相同，為2mm，并通過螺紋將第二光纖管17固定在第二空心圓孔19中，第二光纖管17的頂端布置有第二凹透鏡18，第二凹透鏡18的上表面距凹模凸臺頂端面的距離為1mm。
[0060]選用的第二凹透鏡18的焦距f=l.44mm。
[0061]參閱圖5，在復(fù)合凹模15上表面上沿著兩條互相垂直的直徑方向上設(shè)有4條寬度為2mm的凹模上端方形凹槽12，并在靠近凹模型腔13的內(nèi)圓柱面處分別設(shè)有寬度和高度為4mm，長度為6mm的凹模上端矩形凹槽8。凹模上端矩形凹槽8內(nèi)布置熱敏電阻，為確保熱敏電阻能夠充分接觸到待鉚接的下板料14，熱敏電阻上表面高出復(fù)合凹模15上表面1mm，與熱敏電阻連接的凹模上端導(dǎo)線10布置在凹模上端方形凹槽12中。
[0062]本實(shí)施例所鉚接的上板料13為5083鋁合金材料，下板料11為雙相高強(qiáng)度鋼板，上板料10與下板料11的厚度均為1mm。
[0063]在鉚接過程中復(fù)合沖頭I沖壓速度為lOOmm/min，復(fù)合沖頭I行程距離為復(fù)合沖頭I的底面距上板料13的距離與復(fù)合沖頭I侵入上板料13的深度兩個距離總和，本實(shí)施例中復(fù)合沖頭I行程為12.5mm。
[0064]本實(shí)施例中調(diào)節(jié)光纖激光輸出模塊激光輸出功率為0.1Kw加熱上板料13，調(diào)節(jié)光纖激光輸出模塊激光輸出功率為IKw加熱下板件14。
[0065]采用激光局部加熱自沖鉚接裝置實(shí)施鉚接工作的過程:
[0066]圖6_a至圖6_e所示:
[0067]1.參閱圖6_a，在自沖鉚接進(jìn)行之前，首先對鉚釘5進(jìn)行冷卻處理，在液氮冷卻室中使鉚釘5的溫度達(dá)到OV，保溫5分鐘，從而可以在鉚接的過程中對上板料13與下板料14的鉚接位置進(jìn)行快速淬冷。在上板料13與下板料14自沖鉚接之前，對上板料13的上表面和下板料14的下表面的鉚接位置進(jìn)行加熱，上板料13是鋁合金加熱到300°C，下板料14是超高強(qiáng)度鋼板加熱到910°C。通過布設(shè)在復(fù)合壓邊圈6底面與復(fù)合凹模15上表面的熱敏電阻即時測量上板料13與下板料14的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到要求時，通過激光加熱控制部分終止加熱。
[0068]2.參閱圖6_b，用棘輪驅(qū)動帶式送釘機(jī)構(gòu)將在冷卻室中處理過的低溫鉚釘5送入模具后，復(fù)合壓邊圈6與復(fù)合凹模15通過設(shè)備中的導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向保證同軸度，即保證復(fù)合沖頭1、鉚釘5和復(fù)合凹模15的同軸度，然后對上板料13與下板料14進(jìn)行自沖鉚接。在鉚接的過程中，低溫鉚釘5和高溫的上板料13與下板料14接觸進(jìn)行熱交換，上板料13與下板料14的溫度下降速度達(dá)到27°C /s，實(shí)現(xiàn)對上板料13與下板料14的快速淬冷。
[0069]3.參閱圖6-c，復(fù)合沖頭I向下帶動鉚釘5接觸到上板料13的上表面。
[0070]4.參閱圖6-d，隨著下板料14流入復(fù)合凹模15的凹模型腔16內(nèi)，鉚釘5的環(huán)形部分(圈足)也開始向外擴(kuò)張。凹模型腔16迫使鉚釘5的環(huán)形部分(圈足)進(jìn)入下板料14內(nèi)。鉚釘5在復(fù)合沖頭I和復(fù)合凹模15的共同作用下向周邊翻開形成鉚扣，從而在上板料13與下板料14間形成一個牢固的機(jī)械內(nèi)鎖結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置，包括激光加熱控制部分，其特征在于，所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置還包括復(fù)合沖頭(I )、復(fù)合壓邊圈(6)與復(fù)合凹模(15)； 所述的復(fù)合沖頭(I)包括第一光纖管(2 )與第一凹透鏡(3 ); 復(fù)合壓邊圈(6)疊置在復(fù)合凹模(15)的上面為接觸連接，復(fù)合沖頭(I)置于復(fù)合壓邊圈(6 )的中心孔內(nèi)為滑動連接，第一光纖管(2 )裝入復(fù)合沖頭(I)的第一空心圓孔(4)內(nèi)為螺紋連接，第一凹透鏡(3)安裝在第一光纖管(2)下面的第一空心圓孔(4)內(nèi)，第一凹透鏡(3)與第一光纖管(2)之間為螺紋連接； 所述的復(fù)合凹模(15)中的環(huán)形型腔即凹模型腔(16)和一個凹模凸臺的下方Imm處鋪設(shè)左右對稱的8條圓柱形的冷卻水道(20)，圓柱形的冷卻水道(20)的半徑為0.5~2mm。
2.按照權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置，其特征在于，所述的第一凹透鏡(3)的底面到復(fù)合沖頭(I)底面的距離為I~2mm，所述的復(fù)合沖頭(I)、復(fù)合壓邊圈(6)與復(fù)合凹模(12)的回轉(zhuǎn)軸線共線。
3.按照權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置，其特征在于，所述的復(fù)合壓邊圈(6)包括4個結(jié)構(gòu)相同的I號熱敏電阻； 所述的復(fù)合壓邊圈(6)為圓環(huán)體結(jié)構(gòu)件，復(fù)合壓邊圈(6)的中心處加工有中心通孔，復(fù)合壓邊圈(6)的底環(huán) 面上環(huán)向至少設(shè)置有4個壓邊圈下端矩形凹槽(7)，4個壓邊圈下端矩形凹槽(7)與復(fù)合壓邊圈(6)的中心通孔不連通，而與其外側(cè)的沿著直徑方向設(shè)置的壓邊圈下端方形凹槽(11)相連通； 4個結(jié)構(gòu)相同的I號熱敏電阻布置在壓邊圈下端矩形凹槽(7)中，與4個結(jié)構(gòu)相同的I號熱敏電阻連接的壓邊圈下端導(dǎo)線(9)分別布置在4個結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端方形凹槽(II)中，4個結(jié)構(gòu)相同的I號熱敏電阻凸出于復(fù)合壓邊圈(6)的底面。
4.按照權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置，其特征在于，所述的復(fù)合凹模(12)包括有第二光纖管(17)、第二凹透鏡(18)、4個結(jié)構(gòu)相同的2號熱敏電阻； 第二光纖管(17)插入復(fù)合凹模(15)中心處的第二空心圓孔(19)內(nèi)，第二光纖管(17)與第二空心圓孔(19)之間為螺紋連接，第二凹透鏡(18)安裝在第二光纖管(17)頂端的第二空心圓孔(19)內(nèi)，第二凹透鏡(18)與第二光纖管(17)之間為螺紋連接，4個結(jié)構(gòu)相同的2號熱敏電阻布置在復(fù)合凹模(15)頂端面上的凹模上端矩形凹槽(8)中，與4個結(jié)構(gòu)相同的2號熱敏電阻連接的凹模上端導(dǎo)線(10)分別布置在4個結(jié)構(gòu)相同的凹模上端方形凹槽(12)中，4個結(jié)構(gòu)相同的2號熱敏電阻凸出于復(fù)合凹模(15)的上表面。
5.按照權(quán)利要求4所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置，其特征在于，所述的第二凹透鏡的頂端面到復(fù)合凹模上表面的距離為I~2mm。
6.按照權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)鋼板之間或與鋁合金板的自沖鉚接裝置，其特征在于，所述的復(fù)合凹模(15)為圓盤類結(jié)構(gòu)件，復(fù)合凹模(15)頂端的中心處設(shè)置一個環(huán)形型腔即凹模型腔(16)和一個凹模凸臺，復(fù)合凹模(15)的環(huán)形型腔是由內(nèi)圓柱面、底部的環(huán)形曲面與中心處的凹模凸臺的圓錐面組成，凹模凸臺位于環(huán)形型腔的中心位置，凹模凸臺的回轉(zhuǎn)軸線與環(huán)形型腔的回轉(zhuǎn)軸線共線，凹模凸臺的頂面與復(fù)合凹模(15)的頂端面共面，在凹模凸臺的中心處加工有垂直的第二空心圓孔(19)，在復(fù)合凹模(15)的頂端面上至少設(shè)置一對凹模上端矩形凹槽(8)，凹模上端矩形凹槽(8)與凹模型腔(16)不連通，而與凹模上端矩形凹槽(8)外側(cè)的 沿著同一直徑設(shè)置的凹模上端方形凹槽(12)相連通。
【文檔編號】B21J15/10GK203599461SQ201320754295
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】莊蔚敏, 李兵, 趙文增, 張夢溪, 許欽華, 李永強(qiáng), 路大鵬 申請人:吉林大學(xué)