[发明专利]超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种属于金属加工领域的金属板件的加工方法，更具体地说，本发明涉及一种超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法。

背景技术

近年来能源、环境问题日益凸显，促使汽车行业轻量化技术的高速发展。通过大量使用轻质、高强材料（如高强度钢板、铝合金以及镁合金板等）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保证在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、镁等轻质合金和超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。

针对上述钢和轻量化材料连接时存在的问题，国外提出了半空心自冲铆接（Self-pierceing riveting，简称SPR）和无铆钉铆接（Clinching）技术。自冲铆接和无铆钉铆接技术是近些年发展较快的新的薄板材料机械连接技术。自冲铆和无铆钉铆接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。

现有的自冲铆接和无铆钉铆接技术对于铝、镁合金等塑性差的轻合金工件，铆接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，由于材料屈服极限较高（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。

超高强钢板在温度超过950℃时会完全相变转化成奥氏体，奥氏体有良好的延展性，此时超高强钢板的成型性会大大加强。同时铆接时超高强钢板的温度在600℃～800℃之间，这时超高强钢板的强度在应变率10/s时会降低到300Mpa左右（各个温度下高强度钢板的应力应变曲线见附图1）。

利用超高强钢的这个性质在铆接的过程中对超高强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铆接设备铆接力、框架刚度的要求。

淬冷速率对超高强钢板的力学性能同样有着重要的影响，只有在冷却速率高于27℃/s的时候，超高强钢板热成形后的连接区域才能完全转化为强度高的马氏体，从而得到超高强度钢板。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术无法在保证高强度钢板铆接后力学性能不受影响的前提下实现高强钢板之间以及高强钢板和铝合金板的连接的问题，提供了一种超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法的步骤如下：

1）铆接之前在冷却室中对铆钉实施液氮冷却并使铆钉的温度降到0℃以下；

2）将待铆接的上板料与下板料放置于第一复合凹模上，驱动第一复合压边圈下移至压紧上板料与下板料；

3）第一光纤加热器对上板料的铆接连接区域加热至阈值，安装在第一复合压边圈底部的热敏电阻及时测量上板料的铆接连接区域的温度，当上板料的铆接连接区域的温度达到阈值时终止加热；

4）第二光纤加热器对下板料的铆接连接区域加热至阈值，安装在第一复合凹模上表面的热敏电阻及时测量下板料的铆接连接区域的温度，当下板料的铆接连接区域的温度达到阈值时终止加热；

5）送钉机构将在冷却室中处理过的铆钉送入第一复合压边圈的中心光通孔中，第一复合冲头下移至与铆钉的顶端面接触，再推压铆钉切入上板料之中实施自冲铆接；

6）随着铆钉下移，下板料流入第一复合凹模的型腔，铆钉的圈足开始向外翻卷，第一复合凹模的型腔迫使铆钉的圈足切入下板料内，铆钉在第一复合冲头和第一复合凹模的共同挤压下铆钉的圈足向周边外翻形成铆扣；

7）第一复合冲头泄压上移回程，进入下一次铆接的准备工序。