[发明专利]一种轻量化板材的复合加热平底无铆连接成形装置及工艺

说明书

技术领域

本发明属于板材连接技术领域，具体涉及一种轻量化板材的复合加热平底无铆连接成形装置及工艺。

背景技术

近些年，随着轻量化板材在汽车、飞机等交通工具中的大范围使用，适用于连接汽车轻量化板材的无铆连接工艺得到了迅速的发展。无铆连接工艺是指利用板材的塑性变形能力，采用专用的凸凹模具对被连接的板材进行冲压，使板材之间内嵌实现板材之间的连接。与传统的板材连接方式相比，无铆连接工艺不仅在经济、能耗、工作环境方面具有很大的优势，而且非常适用于异种材质、表面有镀层或油漆等板材的连接。该工艺在连接的过程中不需铆钉等任何辅助材料，是实现铝合金等轻量化板材连接的重要方法之一，对于汽车的轻量化具有重要的意义，但其又不可避免地存在以下缺点：无铆连接所形成的连接点静态强度较低；连接点的一侧为凸起，另一侧为凹坑，严重影响了板材连接的外观，目前汽车板材连接的一个重要指标就是其美观程度，而无铆连接由于存在凸起和凹孔，一定程度上限制了该技术的应用，尤其是板材表面有相对运动的场合；传统无铆连接的凸模和凹模要求严格对中，一旦产生偏移将会严重影响连接点的强度。

为了克服上述传统无铆连接的缺点，有学者提出了平底无铆连接工艺，但该连接方式又存在以下不足：传统的平底无铆连接过程中可调节的参数少，可调节性差；传统平底无铆连接过程中材料沿凸模向上流动，凸模对它的摩擦阻力大，容易形成内部材料的损伤甚至裂纹；传统平底无铆连接的流动是单向的反挤压方式，流动时阻力大，成形时需要的外界载荷大，成形难度大；

感应加热技术具有加热速率快、效率高、工作环境好等优点，但是在加热不同的板材时对感应器的要求不同，为了扩大感应器和被加热板材的匹配范围，可在对板材进行感应加热的同时进行激光加热，将板材的局部区域加热到一定的温度，以提高成形质量、改善工艺效果的工艺过程。与传统金属塑性成形工艺相比，感应加热和激光加热技术的复合辅助金属塑性成形工艺具有金属塑性成形能力高、成形力小、金属材料流动性好、产品质量高等优点。

目前还没有发现将感应加热、激光加热和平底无铆连接相结合的文献报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种轻量化板材的复合加热平底无铆连接成形装置及工艺，将感应加热、激光加热和平底无铆连接相结合，能有效提高连接点的强度，降低成形力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种轻量化板材的复合加热平底无铆连接成形装置，包括下模具6，下模具6固定不动，下模具6的上表面平整光滑，下模具6外侧绕有感应线圈5，感应线圈5的两端与交流电源8相连接，在下模具6上表面叠放上板材3和下板材4，下模具6的外侧布置有激光加热器7，激光加热器7能够在下模具6的正上方和侧面之间移动，上板材3正上方设置有压边圈2，压边圈2的中心设置有冲头1，冲头1的中心轴与压边圈2的中心轴重合。

一种轻量化板材的复合加热平底无铆连接成形工艺，包括以下步骤：

连接开始前，下模具6固定不动，下模具6的上表面平整光滑，上板材3和下板材4叠放在下模具6上表面，激光加热器7布置在下模具6的外侧，将激光加热器7移动到下模具6的正上方，对上板材3和下板材4被连接的区域进行局部加热，下模具6外侧绕有感应线圈5，感应线圈5的两端与交流电源8相连接，激光加热的同时接通交流电源8，对模具6进行加热，模具6通过热传递将产生的热量传递到下板材4和上板材3，当被加热区域温度达到材料的塑性变形温度时，断开交流电源8，同时将激光加热器7移动到下模具6的侧面，压边圈2和冲头1向下运动，压边圈2压住上板材3和下板材4，冲头1的中心轴与压边圈2的中心轴重合；

连接过程开始，冲头1向下运动，接触上板材3，冲头1继续向下运动，冲头1挤压上板材3和下板材4，使上板材3和下板材4发生变形，压边圈2限制了上板材3和下板材4的材料向外流动，上板材3和下板材4的材料只能向冲头1和压边圈2之间的间隙流动，从而使上板材3嵌入下板材4中，在上板材3和下板材4之间形成一个机械锁，实现上板材3和下板材4之间的连接，由于下模具6的上表面平整光滑，所以下板材4的下表面始终是平整的，上板材3和下板材4完全成形之后，冲头1和压边圈2向上运动，将上板材3和下板材4取出，成形结束。

所述的激光加热器7的功率大小和交流电源8的功率及频率大小根据被连接板材的材质和连接点的成形质量能够进行调节。

所述的压边圈2的位置和压边力根据被连接板材的连接点的成形质量能够进行调节。