[发明专利]用于自冲摩擦铆焊工艺的铆接装置及其方法

权利要求书

1.一种铆接装置，其特征在于，包括：沉头通孔铆钉、驱动组件和压边圈，其中：沉头通孔铆钉、驱动组件和压边圈同轴设置并位于待连接件的上方，沉头通孔铆钉位于压边圈内；

所述的沉头通孔铆钉，包括：一体连接的铆钉盖和内部带有自锁凸台的铆钉体，其中：铆钉盖上端设有用于驱动铆钉旋转的驱动孔；

所述的铆钉体的下端为带有楔形锥角的铆钉腿，该铆钉腿的表面设有用于与被连接材料嵌合的凹槽结构，该楔形锥角位于铆钉腿的内外壁中心线或靠近外壁一侧；

所述的自锁凸台为楔状、圆台状或阶梯状；

所述的驱动组件能够轴向直线运动和周向旋转运动，包括：装卡件和驱动齿，其中：驱动齿与驱动孔相啮合，驱动齿位于装卡件中间并能够相对于装卡件轴向运动；

所述的待连接件至少为两层，上层待连接件的材料为钢、轻合金、热塑性材料或碳纤维复合材料，下层待连接件的材料为轻合金或钢；

当待连接的下层待连接件的厚度小于1mm和/或强度小于100MPa时，在待连接件的下方设有用于支撑的靠模，该靠模为凹模、平底模或平板。

2.一种根据权利要求1所述的装置完成自冲摩擦铆焊工艺的铆接方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)工艺准备：将铆接装置置于待连接件的上方，通过驱动压边圈将待连接件压紧，驱动齿与驱动孔啮合；

2)第一阶段：驱动组件采取轴向直线运动，驱动沉头通孔铆钉以高速进给的方式刺入上层待连接件至少至沉头通孔铆钉的楔形锥角进入上层待连接件以避免毛刺；

3)第二阶段：驱动组件采取轴向直线运动和周向旋转运动，通过沉头通孔铆钉旋转产生摩擦热，提升待连接件温度以降低铆接阻力并为形成固相连接创造条件；

4)第三阶段：驱动组件停止周向旋转运动，继续驱动沉头通孔铆钉以高速进给的方式刺入下层待连接件，受热软化的待连接件的材料被挤入沉头通孔铆钉的自锁凸台与铆钉盖形成机械自锁，并且铆钉腿在镦铆力的作用下张开与下层待连接件形成机械自锁，同时接头的各界面在压紧力的作用下扩散形成固相连接；

5)第四阶段：驱动组件反向退出并回至初始位置，待连接件冷却后形成无毛刺无多余物机械-固相复合连接，同时铆钉盖与其外侧待连接件表面平齐，铆钉内侧材料低于铆钉盖表面；或者是，驱动齿运动至与装卡件表面齐平的位置，驱动组件与沉头通孔铆钉的接触面为平面，将沉头通孔铆钉压入待连接件的过程中，受热软化的待连接件的材料也被挤入驱动孔，使铆钉盖的内、外侧均与待连接件的表面齐平；

所述的上层待连接件的材料为钢且其强度超过500Mpa和/或厚度超过1.5mm，则对其设置预制孔以避免沉头通孔铆钉在进入第二阶段前因穿刺阻力过大发生镦粗失效；

所述的预制孔的直径大于沉头通孔铆钉的外径且小于铆钉盖的直径，形状为圆形孔、圆台孔或台阶孔；

所述的下层待连接件的材料为钢，则第三阶段中的铆钉腿在镦铆力和摩擦热的共同作用下镦粗变形并与下层待连接件形成固相连接。