[发明专利]用于自冲摩擦铆焊工艺的铆接装置及其方法

说明书

一种用于自冲摩擦铆焊工艺铆接的铆接装置及方法，包括：同轴设置并位于待连接件的上方的沉头通孔铆钉、驱动组件和压边圈，其中：沉头通孔铆钉位于压边圈内；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。本发明通过设计沉头通孔铆钉，将驱动孔置于铆钉体内部，并设置驱动齿可收缩，使工艺结束后铆钉头部与工件表面平齐，方便继续在表面覆盖加工；通过设计自锁凸台，使截留金属进入铆钉盖形成机械自锁，铆钉腿与下层待连接件的机械自锁和接头中铆钉‑工件、工件‑工件等界面的固相连接，进一步强化接头性能。

技术领域

本发明涉及的是一种材料连接领域的技术，具体是一种用于自冲摩擦铆焊工艺的铆接装置及其方法。

背景技术

自冲摩擦铆焊(Friction Self-Piercing Riveting , F-SPR)工艺是结合了传统自冲铆接和搅拌摩擦原理形成的新型点连接方法。F-SPR结合半空心铆钉的进给与旋转运动，通过铆钉高速旋转产生的摩擦热软化低延展性材料、降低铆接力，实现机械-固相复合连接。现有F-SPR工艺为了实现铆钉旋转，均采用盘头或螺杆铆钉设计，工艺结束后铆钉头部凸出板材表面，影响被连接零件表面平整性，不利于后续制造工艺，限制了F-SPR工艺的规模应用。此外，半空心铆钉高速旋转钻入板材过程中，会产生切屑、毛刺等金属多余物，影响被连接零件表面质量。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于自冲摩擦铆焊工艺的铆接装置及其方法，能够在工艺结束后铆钉头部与板材表面平齐，便于后续在表面覆盖加工，拓宽了工艺的应用范围；通过在铆钉体内设计凸台，使截留金属进入铆钉盖形成机械自锁，强化接头性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种用于自冲摩擦铆焊工艺铆接的沉头通孔铆钉，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，防止接头发生旋转松动。

本发明涉及一种铆接装置，包括：同轴设置的上述沉头通孔铆钉、驱动组件和压边圈，其中：沉头通孔铆钉位于压边圈内并通过驱动孔与驱动组件啮合，通过驱动组件的轴向直线运动和周向旋转运动实现沉头通孔铆钉的铆接。

所述的驱动组件包括：装卡件和驱动齿，其中：驱动齿相对于装卡件能够轴向运动。

优选地，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。

本发明涉及一种利用上述装置完成自冲摩擦铆焊工艺的铆接方法，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；

所述的压边圈通过但不限于气动、液压、伺服或机械弹簧等方式驱动。

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；

所述的刺入的深度，至少达到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；