[发明专利]无铆钉电阻铆焊连接装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属板件的加工装置及方法，具体是一种无铆钉电阻铆焊连接装置及方法，属于金属连接加工技术领域。

背景技术

面对节能减排的社会发展趋势，铝、镁等有色轻合金以及先进高强钢等轻量化的金属材料受到世界各大汽车生产厂商的青睐。综合考虑车身刚度、耐撞性和制造成本等各项因素，构建上述有色轻合金与先进高强钢的多材料车身将是未来车身装配制造的大势所趋。然而，由于上述有色轻合金电导率高、导热性好，同时有色轻合金与高强钢的热物理属性差异巨大以及熔钎焊时易形成硬而脆的金属间化合物，使得传统车身制造中所广泛采用的电阻点焊方法不适合用于连接有色轻合金及其与高强钢的混合板件。

针对上述问题，国外提出了一种使铆钉与底层板料之间形成牢固互锁的机械冷成形工艺——半空心铆钉自冲铆接(Self-piercing riveting，简称SPR)来代替电阻点焊技术以实现有色合金与先进高强钢板的连接，该方法有效地避免了异种材料熔化焊时所存在的问题。然而在铆接高强钢时，由于高强钢强度高、变形困难，铆接时需要较大的冲铆力，这对铆钉的机械性能提出了更高的要求，从而使得SPR工艺的运行成本急剧增加；同时，与铆钉的使用相配套的送钉机构等也增加了设备体积与成本；另一方面，铆钉的大量使用也相应增加了车体总重量，降低了汽车轻量化的效果。

经过对现有技术检索发现，德国TOX公司于八十年代末研发的专利技术——无铆钉铆接工艺(Clinching)是一种无需铆钉，仅通过可重复使用的冲头对板件进行压力加工，使得板件产生局部大变形而形成机械互锁，最终将其连接在一起的一种板件连接技术。这种技术由于无需铆钉，既降低了设备和生产成本，又不增加车身重量。然而，相较半空心铆钉自冲铆接工艺而言，该技术形成的接头静动态强度较低，往往只适用于发动机罩和行李箱盖内外板等对强度要求较低的构件的连接，大大限制了其在车身制造中的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无铆钉电阻铆焊连接装置，其能够实现有色轻合金之间以及其与高强度钢板之间的机械-熔钎焊复合连接，从而大大提高连接部的韧性及连接强度。

为实现以上目的，本发明通过如下技术方案解决其技术问题：

一种无铆钉电阻铆焊连接装置，其包括同轴设置的冲击电极、压边圈和模具电极，所述冲击电极和模具电极分别连接焊接电源，所述压边圈为圆筒状，其套置于冲击电极的外周且与之形成滑动配合，所述模具电极的中央设置有容许冲击电极伸入的凹模空腔。

本发明所述的无铆钉电阻铆焊连接装置，其冲击电极由冲击杆、上电极头和绝缘套组成，所述冲击杆的头部中心设有圆柱沉孔，所述上电极头通过螺纹旋固于该圆柱沉孔中，所述绝缘套套置于该上电极头的头部且通过螺纹连接冲击杆；所述模具电极由绝缘模具体和下电极头组成，所述凹模空腔位于该绝缘模具体上端面的中心，其四周上沿设有圆弧倒角，该凹模空腔的底部中央设有圆柱形凸台，该圆柱形凸台的中心设有轴向的“T”字形通孔，所述下电极头固定于该圆柱形凸台的中心且端面高于该圆柱形凸台的上端面，该下电极头穿置于所述“T”字形通孔中并通过螺母锁固；所述冲击杆、上电极头和下电极头由锆铜合金、铬铜合金或镍硅铜合金制成；所述压边圈由绝缘材料或表面涂有绝缘涂料的钢材制成。

本发明提供的另一技术方案为：

一种无铆钉电阻铆焊方法，在上述的无铆钉电阻铆焊连接装置上实施，其包括如下步骤：

1)被铆焊金属板件放置于所述铆焊连接装置的冲击电极与模具电极之间，并驱动所述压边圈将板件压紧在模具电极之上；

2)启动冲击电极向下进行冲铆运动并将板件逐渐压入模具电极的凹模空腔中，以使板件发生塑性变形互锁达到机械压合；

3)对冲击电极与模具电极之间的板件保持冲铆压力，同时通以一定时间和大小的焊接电流，使板件接触界面形成熔钎焊接头；

4)通电结束后，冲击电极与压边圈持续保持压力一定时间，之后退回初始工位，无铆钉电阻铆焊连接工序完成。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明将无铆钉铆接与电阻点焊工艺有效结合成为一体化的完整工艺，通过对无铆钉铆接所形成的机械连接接头通以焊接电流进行熔钎焊，最终在金属板与板之间形成机械-熔钎焊复合连接接头；从而一方面利用机械连接提高了接头的韧性，避免了有色轻合金之间以及其与高强钢之间的熔钎焊接头的脆性，另一方面利用熔钎焊连接提高了接头的静动态力学性能，克服了原无铆钉铆接接头强度较低的缺陷。本发明不仅可以应用于有色合金和高强钢的连接，也可以应用于各种有色合金之间以及各种高强钢之间的连接。