[实用新型]一种轻合金铆接装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种铆接技术，尤其是一种轻合金铆接装置。

背景技术

铆接是一种古老的连接方法，早在千年前就有应用，由于其具有连接可靠、连接过程无冶金变化（与焊接相比）等优点，目前在许多行业仍然具有不可或缺的地位，如飞机、铁道车辆、汽车等。一般而言，铆接实质上是铆钉在铆头（也称铆杆）的作用下产生塑性变形、形成铆接接头，从而实现机械连接。从铆钉产生塑性变形的温度不同，铆接可以分为冷铆和热铆。冷铆在常温下操作，铆钉在常温下产生塑性变形；热铆需要加热，铆钉在热态（高温下）下产生塑性变形。

轻合金作为重要的金属结构材料，具有轻质、比性能高、成形加工性能好、易于回收利用等特点，在汽车、3C产品、航空航天以及兵器等领域具有广阔的应用前景。作为一种结构材料，轻合金采用铆接进行连接是所属领域技术人员惯用的手法，而且经常需要使用同质材料的铆钉。但是实践发现，对于一些常温塑性较差的轻合金铆钉（如镁合金、铸态铝合金等）而言，在常温下使用常规的铆接方法（如锤击、冲/压铆等）难以产生满意的变形，从而难以获得力学性能良好的铆接接头，甚至连可以用于许多难铆材料的碾压铆接在常温下也难以获得满意的铆接接头。以镁合金为例，镁具有密排六方的晶体结构，在室温下通常只有五个滑移系，包括三个几何滑移系和两个独立滑移系，由于滑移系相对较少，其室温塑性较低，塑性变形性能差，所以在常温下实施铆接变形难以成功，易于出现压裂等缺陷。众所周知，当温度升高至200～400°C时，镁的外加滑移系得到增加，塑性变形能力大大增加，可以顺利的实施塑性变形加工。因此，对于镁合金铆钉的铆接，需要对铆钉进行加热后实施，即需要热铆。同样，对于其它室温下塑性较差的轻合金铆钉（如铸态铝合金铆钉）也有类似的情况，需要实施热铆才能获得满意的铆接接头。

传统的热铆工艺，一般是先将铆钉通过加热炉或者其它加热设备整体加热，然后将热态铆钉放至所需位置，再进行铆接变形加工。这种工艺存在以下问题：

1、铆钉整体加热是不必要的。一般而言，铆接时，铆钉的一端或两端产生墩粗变形，使墩粗变形部位的直径大于铆钉所穿过的铆孔并具有一定的承载能力，而铆钉的中间部位并不需要变形，即在热铆时不需要被加热。因此对铆钉进行整体加热其实是不必要的，在一定意义上也是一种能源浪费。

2、铆钉加热和铆接变形加工两个步骤分离，在两个工步之间存在一个铆钉转移和放置工步，这就会导致以下问题：第一、铆钉在转移放置过程中散热降温，而且散热降温程度易于受到环境、操作者等因素的影响，导致在批量生产中铆钉的实际变形温度波动较大，铆接接头质量控制难度增大，尤其是当铆钉尺寸较小的时候，其工艺控制难度更大；第二、同样由于铆钉在转移放置过程中散热降温，要求加热工步的工艺温度会高于铆接变形所需的温度，造成铆钉在高温下存在的时间较长，这对于绝大多数轻合金铆钉而言非常不利，因为会导致铆钉在高温下产生过热、过烧或氧化而使组织和性能恶化，尤其对于镁合金这样化学性质活泼的轻合金铆钉，还易于产生恶性氧化、甚至燃烧；第三、工步多，铆接的生产效率不高。

3、在某些场合无法使用，例如：有许多工件把铆钉和零件做一体化设计，即把铆钉设计成零件上的凸台或凸柱形式，与零件一同成形或加工，对于该类构件，传统热铆工艺就难以胜任了，因为需要变形的只是铆钉部分，即只需对作为铆钉的凸台或凸柱进行加热，而无需或无法为了加热铆钉部分而对整个工件加热。

为了解决上述问题，一种轻合金热铆工艺专利（CN101486065A）采用了如下技术方案：在铆接机的铆头周围加装一个感应线圈，感应线圈能与铆头同步上下移动；所述感应线圈在高频感应电源、红外测温仪和温控器的共同作用下实现铆头加热和保温；将待铆接的零件准确定位和固定在铆接机上，再将轻合金铆钉放置于零件的待铆部位，并使铆钉的中轴线与铆接机主轴的中轴线保持一致；启动感应线圈对铆头加热保温，使铆头的温度保持在高于铆钉塑性变形温度以上；将被加热并保温的铆头与铆钉需要变形的部位接触，使铆钉局部受热至所需要的塑性变形温度；铆接机运转并对铆钉施加外力，使铆钉受热的局部产生变形，形成铆接接头。

该专利实现了难铆轻合金铆钉的热铆；并只需对铆钉局部加热，无需对铆钉整体加热。但该专利的技术方案还存在如下问题：

1）固定投入较大：感应电源及其控制系统的一次性投入大约在5~10万元，相对目前的专用数控旋铆机15万左右的购置价格而言，升级改造的成本偏高。

2）安全隐患：感应加热设备的工作电流为高频大电流，与铆机联机使用中存在一定的用电安全隐患。