[发明专利]超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊装置及方法

说明书

本发明提供了一种超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊装置及方法，包括：固定结构，所述固定结构用于产生超声波振动，所述固定结构的顶部设置有第一金属板材和第二金属板材。本发明通过设置在环形填充物的内环和外环的侧壁上的搅拌摩擦螺纹在高速旋转下与第二金属板材接触且相互摩擦产生热量，使第二金属板材和第一金属板材局部进入热塑性状态，搅拌摩擦螺纹四周的两个金属板材的材料相互扩散和动态再结晶，在超声振动的辅助下，环形填充物挤压第一金属板材和第二金属板材，使其塑性变形不断加大，最终形成了具有搅拌摩擦焊环的内环机械锁和外环机械锁，板材连接强度更高，利用搅拌摩擦焊，提升了接头的强度，腐蚀性低，效率高，操作简单。

技术领域

本发明涉及板材连接技术领域，特别涉及一种超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊装置及方法。

背景技术

近年来，新能源汽车产业逐渐兴起，“轻量化”成为发展趋势，车身变轻对于整车的能耗、车辆控制稳定性与碰撞安全性等方面颇有益处。而轻量化的关键点在于“多材料结构”的设计，在车身不同位置使用不同材料。SPR自冲铆接作为一种可以连接多种不同材质以及难于铆接的板材的技术，得到广大汽车制造商的青睐，并在车身设计制造中得到充分的应用。

自冲铆接是一种用于连接两种或两种以上金属板材的冷连接技术，特制铆钉穿透顶层板材之后，在铆模的作用下铆钉尾部的中空结构扩张刺入而并不穿刺底层板材，从而形成牢固的铆接点。此技术实现冲、铆一次性完成，且连接过程不破坏板材的镀层，为汽车车身的连接开辟了新途径。然而，由于自冲铆接技术的特制铆钉需要穿透顶层板材，所施加的冲压力较大，耗能大，也存在更高的腐蚀性风险；并且自冲铆接对负面的生产影响(例如：板材之间的间隙，模具制造误差)敏感度较高；除此之外，也不适合连接如高强度钢、钛合金等强度较大的板材。

发明内容

本发明提供了一种超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊装置及方法，其目的是为了解决自冲铆接技术的特制铆钉需要穿透顶层板材，所施加的冲压力较大，耗能大，腐蚀性风险较高，敏感度较高，不适合连接高强度钢、钛合金等强度较大的板材的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种超声振动辅助的搅拌摩擦压环锁铆焊装置，包括：

固定结构，所述固定结构用于产生超声波振动，所述固定结构的顶部设置有第一金属板材和第二金属板材；

压边圈，所述压边圈呈环状设置在所述第二金属板材上，所述压边圈用于压紧所述第一金属板材和所述第二金属板材；

夹紧结构，所述夹紧结构设置在所述固定结构的上方，所述夹紧结构竖直方向移动，所述夹紧结构用于夹紧环形填充物。

其中，所述固定结构包括：

凹模，所述凹模内设置有环状的型腔，所述型腔的外环和内环设置有凹槽；

超声振动系统，所述超声振动系统设置在所述凹模的下方。

其中，所述夹紧结构包括：

夹持器，所述夹持器设置在所述凹模的上方，所述夹持器竖直方向移动，所述夹持器的底部设置有三个三瓣爪；

控制器，所述控制器设置在所述夹持器的顶部，所述控制器控制所述三瓣爪沿径向移动；

环形填充物，所述环形填充物安装在三个所述三瓣爪内，所述环形填充物设置为环状。

其中，所述超声振动系统包括：

超声波发生器，所述超声波发生器的第一端与所述控制器电连接，所述超声波发生器用于将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡；

换能器，所述换能器呈环形嵌设在所述凹槽的下方，所述换能器与所述超声波发生器的第二端电连接，所述换能器用于将超声频电振荡转变为超声机械振动；