[发明专利]单边自冲摩擦螺柱铆焊装置及其连接方法

权利要求书

1.一种单边自冲摩擦螺柱铆焊装置，包括：驱动套杆、定位导套、定位机构和半空心自冲螺柱铆钉，其特征在于：定位导套内由上而下依次竖直套接驱动套杆和半空心自冲螺柱铆钉，定位机构沿周向水平分布于定位导套内并与驱动套杆相接触，半空心自冲螺柱铆钉正对驱动套杆，待连接工件通过远端夹持机构固定于半空心自冲螺柱铆钉下方。

2.根据权利要求1所述的单边自冲摩擦螺柱铆焊装置，其特征是，所述的半空心自冲螺柱铆钉为以下两种结构中的任意一种：

a)所述的半空心自冲螺柱铆钉由螺柱杆、法兰和螺钉腿构成，其中：法兰的上端和下端分别与螺柱杆和螺钉腿固定连接；

b)所述的半空心自冲螺柱铆钉由法兰和螺钉腿构成，其中：法兰的上端与驱动套杆相接触，下端则与螺钉腿固定连接。

3.根据权利要求2所述的单边自冲摩擦螺柱铆焊装置，其特征是，所述的法兰上表面边缘沿周向均布有方形半开口凹槽，所述的驱动套杆的底部端面设有对应法兰的方形半开口凹槽相啮合的凸台。

4.根据权利要求2或3所述的单边自冲摩擦螺柱铆焊装置，其特征是，所述的法兰下表面与螺钉腿相连设有与螺钉腿外壁成小于等于90°的夹角。

5.根据权利要求2或3所述的单边自冲摩擦螺柱铆焊装置，其特征是，所述的铆钉腿下端是光滑过度的楔形，楔形角度为30～60度。

6.根据权利要求2或3所述的单边自冲摩擦螺柱铆焊装置，其特征是，所述的半空心自冲螺柱铆钉的法兰和螺钉腿的表面设有一层以锌、锡、铜或铝为基体的合金镀层。

7.根据权利要求1所述的单边自冲摩擦螺柱铆焊装置，其特征是，所述的驱动套杆的底部端面设有圆柱状沉孔，该沉孔的深度大于螺柱杆的高度，直径大于螺柱杆的公称直径。

8.根据权利要求1所述的单边自冲摩擦螺柱铆焊装置，其特征是，所述的定位机构包括：内六角沉孔、弹簧和定位珠，其中：弹簧的两端分别与内六角沉孔和定位珠相连接。

9.一种根据权利要求1所述的单边自冲摩擦螺柱铆焊装置的连接方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、将半空心自冲螺柱铆钉放置于定位导套内定位机构之上，同时驱动定位导套接触工件，导套与工件之间的接触力小于100N；

第二步、启动驱动套杆旋转进给，引导驱动套杆末端凸台与法兰半开口凹槽相互啮合，并进一步推动自冲螺柱旋转进给直至其螺钉腿接触工件上表面；

第三步、增加驱动套杆的旋转与进给速度使得工件在摩擦热的作用下与螺钉腿接触的局部材料升温并软化，同时在螺钉腿旋转切削的作用下刺穿上层工件；

第四步、降低自冲螺柱铆钉的旋转速度，增加受热软化的螺钉腿受周围材料的径向挤压力，使其向外扩张并最终与下层工件形成机械互锁连接；

第五步、轴向进给行程完成后，驱动套杆将继续驱动自冲螺柱在原位旋转于1000ms以下速度，使半空心自冲螺柱的螺钉腿与工件各接触界面间形成固相连接；

第六步、驱动套杆停止旋转并与定位导套退回初始工位，接头冷却，最终形成自冲螺柱的机械-固相单边双重连接接头。