超高強鋼板與鋁合金板的自沖鉚接裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種汽車制造領域中的加工裝置，更確切地說，本實用新型涉及一種超高強鋼板與鋁合金板的自沖鉚接裝置。
【背景技術】
[0002]近年來能源、環境問題日益凸顯，促使汽車行業在輕量化技術高速發展。通過大量使用輕質、高強材料(如高強度鋼板、鋁合金以及鎂合金等)實現車身大幅減重已經成為車身輕量化最為主要的手段。
[0003]焊接鋼板時隨著鋼強度級別的提高，會產生焊接穩定性下降、塑韌性變差、裂紋敏感性上升、熱影響區性能變化的情況，降低構件的使用性能，因此傳統的點焊連接工藝很難在保證不破壞先進高強度鋼板的力學性能的前提下實現超高強度鋼板之間的連接。同時由于鋁、鎂等輕質合金和高強鋼在熱導率以及熱膨脹系數等物理屬性上的較大差異，同時接觸表面易與銅電極發生合金化反應形成氧化膜等特點，傳統的電阻點焊技術、膠接技術、固相連接技術等都存在著種種缺陷無法較好的實現先進高強鋼和鋁合金的連接。
[0004]自沖鉚接技術是近些年發展較快的一種新的薄板材料機械連接技術。自沖鉚工藝能夠滿足鋼材或鋁等輕型材料的連接要求，鉚接過程中無化學反應，其抗靜拉力和抗疲勞性都要優于點焊工藝，且板材在鉚接時不需要鉆孔，工藝步驟簡化，節省成本，并能適合汽車車身高效率的生產，有效地攻破了點焊產生的各個難題。
[0005]現有的自沖鉚接技術在鉚接鋁、鎂合金等塑性差的輕合金工件時，容易使底部材料產生徑向裂紋降低接頭疲勞性能，有的發生脆裂，甚至直接導致接頭失效。對超高強度鋼板鉚接時，由于材料強度極限過高(超高強度鋼板的強度極限一般在1500Mpa以上)，變形抗力較大，相應的延展性、塑性變形以及與其他強度較低的有色金屬材料(例如鋁合金、普通低強度鋼板)的連接性就比較差。因此對超高強度鋼板和鋁合金之間進行自沖鉚接:一方面增加了對設備沖鉚能力、鉚釘強度的要求；另一方面，變形困難的超高強度鋼板使得接頭的成形性能較差，連接質量不高。
[0006]鋼板在溫度超過910°C時會完全相變轉化成奧氏體，奧氏體有良好的延展性，此時板件的成型性會大大加強。同時鉚接時板料的溫度在600°C?800°C之間，這時板件的強度在應變率10/s時會從1500Mpa以上降低到300Mpa左右。
[0007]利用超高強鋼的這個性質在鉚接的過程中對鋼板進行預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，同時降低了鉚接高強材料對自沖鉚接設備鉚接力、框架剛度的要求。
[0008]淬冷速率對鋼板成形后的力學性能有著重要的影響，只有在冷卻速率高于27°C /s的時候，鋼板熱成形后才能完全轉化為強度高的馬氏體，從而得到超高強度鋼板。
【發明內容】
[0009]本實用新型所要解決的技術問題是克服了現有技術無法在保證超高強度鋼板的力學性能不受影響的前提下實現超高強鋼和鋁合金的連接的問題，提供了一種超高強鋼板與鋁合金板自沖鉚接裝置。
[0010]為解決上述技術問題，本實用新型是采用如下技術方案實現的:所述的超高強鋼板與鋁合金板的自沖鉚接裝置包括復合沖頭、復合壓邊圈與復合凹模。
[0011]復合壓邊圈和復合凹模上下相對疊置，復合壓邊圈中的壓邊圈主體的底面和復合凹模中的凹模主體的頂端面之間為接觸連接，復合沖頭置于復合壓邊圈中的壓邊圈主體的中心孔內為滑動連接，復合壓邊圈、復合沖頭和復合凹模的回轉軸線共線。
[0012]技術方案中所述的復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構件，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設有階梯孔，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為過盈配合，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]技術方案中所述的復合壓邊圈還包括4個結構相同的噴火管和4個結構相同的熱敏電阻。4個結構相同的噴火管裝入壓邊圈主體上的4個結構相同的第三空心圓孔內，4個結構相同的噴火管中的噴火頭與4個結構相同的第三空心圓孔之間為螺紋連接，4個結構相同的噴火管的軸線相交于壓邊圈主體的底面中心處，4個結構相同的熱敏電阻布置在壓邊圈主體上的4個結構相同的壓邊圈下端方形凹槽中，與4個結構相同的熱敏電阻連接的4根結構相同的壓邊圈下端導線布置在4個結構相同的壓邊圈下端矩形凹槽中，4個結構相同的熱敏電阻凸出于壓邊圈主體的底面，4個結構相同的熱敏電阻與被連接的上板料(17)接觸連接。
[0014]技術方案中所述的壓邊圈主體為圓環體形結構件，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置有4個結構相同的斜孔即第三空心圓孔，4個結構相同的第三空心圓孔的回轉軸線相交于壓邊圈主體的底面中心處，4個結構相同的第三空心圓孔的孔壁上加工螺紋；壓邊圈主體的底環面上均勻地設置有4個結構相同的壓邊圈下端方形凹槽，4個結構相同的壓邊圈下端方形凹槽的外側沿著直徑方向設置4個結構相同的壓邊圈下端矩形凹槽。
[0015]技術方案中所述的4個結構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個結構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個結構相同的壓邊圈下端方形凹槽與4個結構相同的壓邊圈下端矩形凹槽相連通。
[0016]技術方案中所述的復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類結構件，凹模主體頂端的中心處設置一個環形型腔即凹模型腔，凹模型腔是由圓柱孔側壁、底部平面和中心處的形成凸臺的圓錐面與圓球形頂面組成，底部平面與圓柱孔側壁的底部之間采用橫截面為圓弧線的I號圓環曲面連接，底部平面與圓錐面的底部之間采用橫截面為圓弧線的2號圓環曲面連接，凸臺的回轉軸線與環形型腔的回轉軸線共線，在凸臺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，兩者為過盈配合，第二冷卻氣體管道的頂端面低于凹模凸臺頂面。
[0017]技術方案中所述的凹模型腔的圓柱孔側壁直徑為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_，形成凸臺的圓錐面與垂直方向的角度為40°?60°，凸臺的圓球形頂面直徑為2mm?3_，凸臺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]與現有技術相比本實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熱性、表面易氧化，因此傳統的點焊連接工藝很難實現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焊連接時由于熔點和熱膨脹系數差異較大，焊接時焊點出現硬而脆的金屬化合物，難以實現有效地焊接接頭。本實用新型所述的超高強鋼板與鋁合金板的自沖鉚接裝置采用機械連接的自沖鉚接有