超高強(qiáng)鋼板與鋁合金板的自沖鉚接裝置的制造方法
【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(shuō)，本實(shí)用新型涉及一種超高強(qiáng)鋼板與鋁合金板的自沖鉚接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)能源、環(huán)境問(wèn)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(guò)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(shí)隨著鋼強(qiáng)度級(jí)別的提高，會(huì)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先進(jìn)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(shí)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(shí)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(wú)法較好的實(shí)現(xiàn)先進(jìn)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(guò)程中無(wú)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(shí)不需要鉆孔，工藝步驟簡(jiǎn)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(gè)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(shí)，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(duì)超高強(qiáng)度鋼板鉚接時(shí)，由于材料強(qiáng)度極限過(guò)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(duì)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(duì)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(guò)910°C時(shí)會(huì)完全相變轉(zhuǎn)化成奧氏體，奧氏體有良好的延展性，此時(shí)板件的成型性會(huì)大大加強(qiáng)。同時(shí)鉚接時(shí)板料的溫度在600°C?800°C之間，這時(shí)板件的強(qiáng)度在應(yīng)變率10/s時(shí)會(huì)從1500Mpa以上降低到300Mpa左右。
[0007]利用超高強(qiáng)鋼的這個(gè)性質(zhì)在鉚接的過(guò)程中對(duì)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(shí)降低了鉚接高強(qiáng)材料對(duì)自沖鉚接設(shè)備鉚接力、框架剛度的要求。
[0008]淬冷速率對(duì)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(shí)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(wèn)題是克服了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)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)鋼和鋁合金的連接的問(wèn)題，提供了一種超高強(qiáng)鋼板與鋁合金板自沖鉚接裝置。
[0010]為解決上述技術(shù)問(wèn)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)合壓邊圈與復(fù)合凹模。
[0011]復(fù)合壓邊圈和復(fù)合凹模上下相對(duì)疊置，復(fù)合壓邊圈中的壓邊圈主體的底面和復(fù)合凹模中的凹模主體的頂端面之間為接觸連接，復(fù)合沖頭置于復(fù)合壓邊圈中的壓邊圈主體的中心孔內(nèi)為滑動(dòng)連接，復(fù)合壓邊圈、復(fù)合沖頭和復(fù)合凹模的回轉(zhuǎn)軸線共線。
[0012]技術(shù)方案中所述的復(fù)合沖頭包括第一冷卻氣體管道與沖頭主體。所述的沖頭主體為空心的圓柱形結(jié)構(gòu)件，外徑為4?8mm，底部圓角半徑范圍為0.5mm?1mm，沖頭主體的中心處沿軸向開(kāi)設(shè)有階梯孔，上段為第一空心圓孔，第一空心圓孔直徑為Imm?3mm，下段孔的孔徑小于第一空心圓孔的孔徑，下段孔的長(zhǎng)度為0.5mm?3mm，下段孔的孔徑小于第一空心圓孔的直徑大于第一冷卻氣體管道的內(nèi)孔直徑；第一冷卻氣體管道安裝在沖頭主體的第一空心圓孔內(nèi)為過(guò)盈配合，第一冷卻氣體管道底端面和第一空心圓孔與下段孔所形成的環(huán)形端面接觸連接，第一冷卻氣體管道下端面距沖頭主體底面的距離范圍為Imm?3mm。
[0013]技術(shù)方案中所述的復(fù)合壓邊圈還包括4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的噴火管和4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的熱敏電阻。4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的噴火管裝入壓邊圈主體上的4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的第三空心圓孔內(nèi)，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的噴火管中的噴火頭與4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的第三空心圓孔之間為螺紋連接，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的噴火管的軸線相交于壓邊圈主體的底面中心處，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的熱敏電阻布置在壓邊圈主體上的4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端方形凹槽中，與4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的熱敏電阻連接的4根結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端導(dǎo)線布置在4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端矩形凹槽中，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的熱敏電阻凸出于壓邊圈主體的底面，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的熱敏電阻與被連接的上板料(17)接觸連接。
[0014]技術(shù)方案中所述的壓邊圈主體為圓環(huán)體形結(jié)構(gòu)件，壓邊圈主體的中心處加工有中心通孔，壓邊圈主體上均勻地設(shè)置有4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的斜孔即第三空心圓孔，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的第三空心圓孔的回轉(zhuǎn)軸線相交于壓邊圈主體的底面中心處，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的第三空心圓孔的孔壁上加工螺紋；壓邊圈主體的底環(huán)面上均勻地設(shè)置有4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端方形凹槽，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端方形凹槽的外側(cè)沿著直徑方向設(shè)置4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端矩形凹槽。
[0015]技術(shù)方案中所述的4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的第三空心圓孔的直徑為8?15mm，與水平面的夾角為35°?55°，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端方形凹槽與壓邊圈主體的中心孔不連通，4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端方形凹槽與4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓邊圈下端矩形凹槽相連通。
[0016]技術(shù)方案中所述的復(fù)合凹模包括第二冷卻氣體管道與凹模主體。所述的凹模主體為圓盤(pán)類結(jié)構(gòu)件，凹模主體頂端的中心處設(shè)置一個(gè)環(huán)形型腔即凹模型腔，凹模型腔是由圓柱孔側(cè)壁、底部平面和中心處的形成凸臺(tái)的圓錐面與圓球形頂面組成，底部平面與圓柱孔側(cè)壁的底部之間采用橫截面為圓弧線的I號(hào)圓環(huán)曲面連接，底部平面與圓錐面的底部之間采用橫截面為圓弧線的2號(hào)圓環(huán)曲面連接，凸臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線與環(huán)形型腔的回轉(zhuǎn)軸線共線，在凸臺(tái)的中心處加工有與凹模主體底面垂直的第二空心圓孔。第二冷卻氣體管道安裝在第二空心圓孔內(nèi)，兩者為過(guò)盈配合，第二冷卻氣體管道的頂端面低于凹模凸臺(tái)頂面。
[0017]技術(shù)方案中所述的凹模型腔的圓柱孔側(cè)壁直徑為8mm?12mm，底部平面距凹模主體的頂端面距離范圍為1.2mm?2mm，底部圓角半徑即連接圓柱孔側(cè)壁與底部平面、底部平面與圓錐面的底部圓角半徑為0.5mm?2_，形成凸臺(tái)的圓錐面與垂直方向的角度為40°?60°，凸臺(tái)的圓球形頂面直徑為2mm?3_，凸臺(tái)頂面可高出或低于凹模主體的頂端面的距離范圍為0_?2_，第二空心圓孔直徑為1_?3_。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果是:
[0019]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(shí)由于熔點(diǎn)和熱膨脹系數(shù)差異較大，焊接時(shí)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)用新型所述的超高強(qiáng)鋼板與鋁合金板的自沖鉚接裝置采用機(jī)械連接的自沖鉚接有