CN103600016B - 超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法，旨在克服无法铆接超高强度钢板及对超高强度钢板和铝合金板点焊时焊点出现硬而脆的金属化合物，难以实现有效的焊接接头的问题，其步骤为：1.铆接前在冷却室中对铆钉实施液氮冷却使其温度降到0℃以下；2.下板料与下板料置于第一复合凹模上，第一复合压边圈压紧上板料与下板料；3.第一光纤加热器对上板料的铆接连接区域加热至阈值；4.第二光纤加热器对下板料的铆接连接区域加热至阈值；5.将低温铆钉送入第一复合压边圈的中心光通孔中，第一复合冲头推压铆钉实施铆接；6.铆钉在第一复合冲头和第一复合凹模的共同挤压下铆钉的圈足外翻形成铆扣；7.第一复合冲头泄压上移回程。

Description

超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法

技术领域

本发明涉及一种属于金属加工领域的金属板件的加工方法，更具体地说，本发明涉及一种超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法。

背景技术

近年来能源、环境问题日益凸显，促使汽车行业轻量化技术的高速发展。通过大量使用轻质、高强材料（如高强度钢板、铝合金以及镁合金板等）实现车身大幅减重已经成为车身轻量化最为主要的手段。

焊接钢板时随着钢强度级别的提高，会产生焊接稳定性下降、塑韧性变差、裂纹敏感性上升、热影响区性能变化的情况，降低构件的使用性能，因此传统的点焊连接工艺很难保证在不破坏超高强度钢板的力学性能的前提下实现超高强度钢板之间的连接。同时由于铝、镁等轻质合金和超高强钢在热导率以及热膨胀系数等物理属性上的较大差异，同时接触表面易与铜电极发生合金化反应形成氧化膜等特点，传统的电阻点焊技术、胶接技术、固相连接技术等都存在着种种缺陷无法较好的实现超高强钢和铝合金的连接。

针对上述钢和轻量化材料连接时存在的问题，国外提出了半空心自冲铆接（Self-pierceing riveting，简称SPR）和无铆钉铆接（Clinching）技术。自冲铆接和无铆钉铆接技术是近些年发展较快的新的薄板材料机械连接技术。自冲铆和无铆钉铆接工艺能够满足钢材或铝等轻型材料的连接要求，铆接过程中无化学反应，其抗静拉力和抗疲劳性都要优于点焊工艺，且板材在铆接时不需要钻孔，工艺步骤简化，节省成本，并能适合汽车车身高效率的生产，有效地攻破了点焊产生的各个难题。

现有的自冲铆接和无铆钉铆接技术对于铝、镁合金等塑性差的轻合金工件，铆接容易使底部材料产生径向裂纹降低接头疲劳性能，有的发生脆裂，甚至直接导致接头失效。对超高强度钢板铆接时，由于材料屈服极限较高（超高强度钢板的强度极限一般在1500Mpa以上），变形抗力较大，相应的延展性、塑性变形以及与其他强度较低的有色金属材料（例如铝合金、普通低强度钢板）的连接性就比较差。因此对超高强度钢板之间以及超高强度钢板和铝合金之间进行自冲铆接：一方面增加了对设备冲铆能力、铆钉强度的要求；另一方面，变形困难的超高强度钢板使得接头的成形性能较差，连接质量不高。

超高强钢板在温度超过950℃时会完全相变转化成奥氏体，奥氏体有良好的延展性，此时超高强钢板的成型性会大大加强。同时铆接时超高强钢板的温度在600℃～800℃之间，这时超高强钢板的强度在应变率10/s时会降低到300Mpa左右（各个温度下高强度钢板的应力应变曲线见附图1）。

利用超高强钢的这个性质在铆接的过程中对超高强钢板进行预先加热有利于板件成形，从而得到性能良好、形状完好的铆接件，同时降低了铆接高强材料对自铆接设备铆接力、框架刚度的要求。

淬冷速率对超高强钢板的力学性能同样有着重要的影响，只有在冷却速率高于27℃/s的时候，超高强钢板热成形后的连接区域才能完全转化为强度高的马氏体，从而得到超高强度钢板。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术无法在保证高强度钢板铆接后力学性能不受影响的前提下实现高强钢板之间以及高强钢板和铝合金板的连接的问题，提供了一种超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法的步骤如下：

1）铆接之前在冷却室中对铆钉实施液氮冷却并使铆钉的温度降到0℃以下；

2）将待铆接的上板料与下板料放置于第一复合凹模上，驱动第一复合压边圈下移至压紧上板料与下板料；

3）第一光纤加热器对上板料的铆接连接区域加热至阈值，安装在第一复合压边圈底部的热敏电阻及时测量上板料的铆接连接区域的温度，当上板料的铆接连接区域的温度达到阈值时终止加热；

4）第二光纤加热器对下板料的铆接连接区域加热至阈值，安装在第一复合凹模上表面的热敏电阻及时测量下板料的铆接连接区域的温度，当下板料的铆接连接区域的温度达到阈值时终止加热；

5）送钉机构将在冷却室中处理过的铆钉送入第一复合压边圈的中心光通孔中，第一复合冲头下移至与铆钉的顶端面接触，再推压铆钉切入上板料之中实施自冲铆接；

6）随着铆钉下移，下板料流入第一复合凹模的型腔，铆钉的圈足开始向外翻卷，第一复合凹模的型腔迫使铆钉的圈足切入下板料内，铆钉在第一复合冲头和第一复合凹模的共同挤压下铆钉的圈足向周边外翻形成铆扣；

7）第一复合冲头泄压上移回程，进入下一次铆接的准备工序。

技术方案中所述的第一光纤加热器对上板料的铆接连接区域加热至阈值是指：如果上板料的材质是采用超高强度钢板则调整第一光纤加热器的功率到1KW，上板料的铆接连接区域被到加热到950℃，上板料的材质是采用铝合金板则调整第一光纤加热器的功率到100W，上板料的铆接连接区域被加热到300℃。

技术方案中所述的第二光纤加热器对下板料的铆接连接区域加热至阈值是指：如果下板料的材质是采用铝合金板则调整第二光纤加热器的功率为100W，下板料的铆接连接区域被加热到300℃，下板料的材质是采用超高强度钢板则调整第二光纤加热器的功率到1KW，下板料的铆接连接区域被加热到950℃。

技术方案中所述的铆钉在第一复合冲头和第一复合凹模的共同挤压下铆钉的圈足向周边外翻形成铆扣是指：在铆接的过程中，低温的铆钉和高温的上板料与下板料进行热交换，上板料与下板料温度的下降速度达到27℃/s以上，对上板料与下板料的快速淬冷形成铆扣，并使材质是超高强度钢的上板料和/或下板料的金相组织完全相变为马氏体。

所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法的步骤如下：

1）将待铆接的上板料与下板料放置于第二复合凹模上，驱动第二复合压边圈下移至压紧上板料与下板料；

2）第三光纤加热器对上板料的铆接连接区域加热至阈值，安装在复合压边圈底部的热敏电阻及时测量上板料的铆接连接区域的温度，当上板料的铆接连接区域温度达到阈值时终止加热；

3）第四光纤加热器对下板料的铆接连接区域加热至阈值，安装在第二复合凹模上表面的热敏电阻及时测量下板料的铆接连接区域的温度，当下板料的铆接连接区域的温度达到阈值时终止加热；

4）第二复合冲头以100mm/min的速度向下冲压上板料与下板料，直到第二复合冲头的下止点，上板料与下板料在第二复合冲头压力作用下在第二复合凹模的型腔内形成机械互锁接头；

5）上板料与下板料的铆接连接区域形成机械自锁接头后，在第二复合凹模的冷却水道中通入冷却水，对上板料与下板料的铆接连接区域即机械自锁接头进行淬冷，使其冷却速率达到27℃/s以上，从而使材质是超高强度钢的上板料（2）或/与下板料的铆接连接区域的金相组织完全马氏体化；

6）第二复合冲头上移回程，进入下一次的铆接的准备工序。

技术方案中所述的第三光纤加热器对上板料的铆接连接区域加热至阈值是指：如果上板料的材质是采用超高强度钢则调整第三光纤加热器的功率到1KW，上板料的铆接连接区域被加热到950℃，上板料的材质是采用铝合金则调整第三光纤加热器的功率到100W，上板料的铆接连接区域被加热到300℃。

技术方案中所述的第四光纤加热器对下板料的铆接连接区域加热至阈值是指：如果下板料的材质是超高强钢则调整第四激光加热器的功率到1KW，下板料的铆接连接区域被加热到950℃，下板料的材质采用铝合金则调整第四光纤加热器的功率到100W，下板料的铆接连接区域被加热到300℃。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.镁铝合金等有色金属由于具有较高的导热性、表面易氧化，因此传统的点焊连接工艺很难实现铝镁合金板料之间的连接。特别是钢和铝镁合金等异种金属点焊连接时由于熔点和热膨胀系数差异较大，焊接时焊点出现硬而脆的金属化合物，难以实现有效地焊接接头。本发明采用机械连接的铆接技术有效的解决了这个问题，避免了脆性材料在铆接成形过程中裂纹的产生，实现高强钢之间以及高强钢和铝合金之间的连接。

2.随着高强钢强度级别的提高，高强钢板焊接区会产生焊接稳定性下降、塑韧性变差、裂纹敏感性上升、热影响区性能变化，降低构件的使用性能。超高强钢的强度很高（1500Mpa以上），现有的点焊技术很难在不影响超高强钢的力学性能的前提下对高强度钢板进行焊接。同时由于超高强钢的强度极限过高，现有的自冲铆装置也无法对超高强钢之间以及超高强钢和铝合金之间进行连接。本发明针对这种情况，在传统的铆接装置的基础上添加激光加热器对铆接件的铆接区域进行局部加热，使之完全奥氏体化，由于奥氏体的良好延展性，了降低高强度钢板的强度极限，增加了超高强度钢板的延展性和流动性，这样降低了对冲铆模具的要求以及铆接超高强钢时需要的铆接力，使超高强钢的铆接连接变得可行，同时使板件之间更易形成牢固的机械互锁，提高接头的综合连接质量。

3.激光加热高超强度钢板后铆接，如果铆接完成后铆接区域的淬冷速度低于27℃/s，则奥氏体无法完全相变成马氏体，强度极限会下降到600Mpa左右（1/3高强钢板原有强度极限），超高强度钢板的力学性能无法保证。本发明针对这种情况对铆接后的高强度钢板提供一种控制淬冷速度的方法，可以使奥氏体完全相变为马氏体，高强度钢板的力学性能不受影响。具体对于自冲铆接可以采取事先在冷却室中对铆钉进行液氮冷却处理的方法，使铆钉的温度降低到0℃以下；对于无铆钉铆接则采取在凹模上靠近凹模型腔处铺设冷却水道的方法从而使高强度钢板在铆接过程中的淬冷速度超过27℃/s，得到完全马氏体化的超高强度钢板，保证超高强度钢板的力学性能不受影响。不同淬火温度速率下的高强度钢板相变结果见附图2。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1-a为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中的自冲铆接方法的流程框图;

图1-b为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中无铆钉铆接方法的流程框图;

图2为不同温度下超高强度钢板的应力应变曲线;

图3为不同淬火温度速率下超高强度钢板相变结果曲线;

图4为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中自冲铆接方法采用的自冲铆接设备结构组成示意图；

图5为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板铆接方法中无铆钉铆接方法采用的无铆钉铆接设备结构组成示意图；

图6-a为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中自冲铆接的激光加热工序;

图6-b为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中自冲铆接的停止加热送入铆钉的工序;

图6-c为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中自冲铆接的铆钉接触到板料的工序；

图6-d为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中自冲铆接的冲头运动到下止点铆钉完全和板件铆合铆接结束的工序；

图6-e为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中自冲铆接的冲头复位工序；

图7-a为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中无铆钉铆接的激光加热工序；

图7-b为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中无铆钉铆接的冲头接触板料的工序；

图7-c为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中无铆钉铆接的冲头运动到下止点铆接结束的工序；

图7-d为本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中无铆钉铆接的冲头复位工序；

图中：1.铆钉，2.上板料，3.下板料，4.第一复合压边圈，5.第一复合凹槽，6.第一复合冲头，7.第一光纤加热器，8.第二光纤加热器，9.热敏电阻，10.第二复合压边圈，11.第二复合凹模，12.第二复合冲头，13.第三光纤加热器，14.第四光纤加热器，15.冷却水道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法包括自冲铆接方法与无铆钉铆接方法。

一.所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中的自冲铆接方法所采用的自冲铆接设备：

所述的自冲铆接设备是由激光控制系统与自冲铆接装置组成。

所述的激光控制系统包括电源、总线主板、温度控制板、激光驱动板、系统控制板、光纤输出激光模块、第一光纤管、第二光纤管、第一凹透镜、第二凹透镜。

参阅图4，所述的自冲铆接装置包括铆钉1、第一复合压边圈4、第一复合凹模5、第一复合冲头6、第一光纤加热器7、第二光纤加热器8、4个至8个结构相同的热敏电阻9。

所述的第一复合冲头6为圆柱体形直杆类结构件，第一复合冲头6的中心轴线上设置有第一圆通孔，第一圆通孔的内壁设置有螺纹。第一光纤管安装在第一复合冲头6的第一圆通孔内通过螺纹固定连接，第一光纤管的下方设置有第一凹透镜，第一凹透镜与第一光纤管之间为螺纹连接，第一凹透镜距第一复合冲头6的底面有一很小（1～2mm）距离，第一光纤管输出的点光源通过第一凹透镜的透射作用以一定的角度发散照射到要加热的上板料2的表面上。

所述的第一复合压边圈4为圆环体形结构件，第一复合压边圈4的中心处设置有安装第一复合冲头6的中心光通孔。第一复合压边圈4底面上靠近中心光通孔处环向至少均匀地设置有一对矩形凹槽，并与外侧的沿着直径方向设置的方形凹槽相连通。矩形凹槽中布置热敏电阻9，与热敏电阻连接的导线布置在方形凹槽中。热敏电阻凸出于第一复合压边圈4的底面，以确保热敏电阻与上板料2接触良好，与热敏电阻9相连的导线布置在方形凹槽内，并与激光控制系统相连。

所述第一复合凹模5为圆盘类结构件，第一复合凹模5顶端面的中心处设置一个环形型腔即凹模型腔和一个凹模凸台。环形型腔的结构形状与铆钉1的结构形状相适应，使铆钉1在侵入板料时能够更好的张开进入凹模型腔从而能够与上板料2与下板料3形成机械互锁。凹模凸台位于环形型腔之中，凹模凸台的回转轴线与环形型腔的回转轴线共线，凹模凸台的（顶面）高度与第一复合凹模5的顶端面（共面）高度相等，在凹模凸台的中心处加工有垂直的第二圆通孔，第二圆通孔内安装有第二光纤管和第二凹透镜。第二圆通孔的内壁设有螺纹，第二光纤管与第二圆通孔之间为螺纹连接，第二光纤管和第二凹透镜之间为螺纹固定连接，第二凹透镜的顶端面距第一复合凹模5上表面有1～2mm距离，第二光纤管输出的点光源通过第二凹透镜的透射作用以一定的角度发散照射到要加热的待铆接的下板料3的表面。

所述第一复合凹模5上表面靠近凹模型腔处沿环向均匀地开设有矩形凹槽，每个矩形凹槽与其外侧的沿着直径方向的方形凹槽连接，热敏电阻9布置在第一复合凹模5上的矩形凹槽内，并且热敏电阻9的外表面高于第一复合凹模5的上表面，以确保热敏电阻9能充分接触到待铆接的下板料3上，与热敏电阻9相连的导线布置在方形凹槽内并与激光控制系统相连。

第一复合压边圈4、第一复合凹模5、第一复合冲头6采用的材质均为硬度很高的模具钢，如Cr12MoV等。

第一复合冲头6内置于第一复合压边圈4的光通孔中，安装有第一复合冲头6的第一复合压边圈4叠置于第一复合凹模5的上面，第一复合压边圈4的底面与第一复合凹模5的顶端面接触连接，第一复合冲头6、第一复合压边圈4与第一复合凹模5的回转轴线共线。

所述铆钉1选用半空心沉头铆钉并采用高强钢制造以满足铆接要求。铆钉的头部直径范围为5～8mm，腿部外径为4～6mm，铆钉长度为6～8mm。铆钉通过棘轮驱动带式送钉机构送入自冲铆接设备中的第一复合压边圈4中，自冲铆接设备通过定位装置即模座的导柱导套导向，保证第一复合冲头6、铆钉和第一复合凹模5的同轴度。

二.所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中的无铆钉铆接方法所采用的无铆钉铆接设备：

所述的无铆钉铆接设备是由激光控制系统与无铆钉铆接装置组成。

所述的无铆钉铆接设备中的激光控制系统与自冲铆接设备中的激光控制系统结构组成相同。

所述无铆钉铆接设备中的激光控制系统包括电源、总线主板、温度控制板、激光驱动板、系统控制板、光纤输出激光模块、第三光纤管、第四光纤管、第三凹透镜、第四凹透镜。

参阅图5，所述的无铆钉铆接装置包括第二复合压边圈10、第二复合凹模11、第二复合冲头12、第三光纤加热器13、第四光纤加热器14、4个至8个结构相同的热敏电阻9。

第二复合冲头12为圆台形结构件，第二复合冲头12的中心处设置有用于安装第三光纤管和第三凹透镜的第二冲头圆通孔，第二复合冲头12底面直径小于顶端面直径，即第二复合冲头12设置有一定的拔模斜角，以方便第二复合冲头12退模。第二复合冲头12的第二冲头圆通孔内设置有螺纹。

第三光纤管安装在第二复合冲头12的第二冲头圆通孔内为螺纹固定连接，第三光纤管底面设置有第三凹透镜，第三凹透镜距第二复合冲头12的底面有1～2mm的距离，第三光纤管输出的点光源通过第三凹透镜的透射作用以一定的角度发散照射到要加热铆接的上板料2的铆接连接区域的表面上。

所述的第二复合压边圈10为圆环体形结构件，第二复合压边圈10的中心处设置有安装第二复合冲头12的中心光通孔。第二复合压边圈10底面上靠近中心光通孔处沿环向至少均匀地设置有一对矩形凹槽，并与其外侧的沿着直径方向设置的方形凹槽相连通。矩形凹槽中布置热敏电阻9，与热敏电阻连接的导线布置在方形凹槽中。热敏电阻9凸出于第二复合压边圈10的底面，以确保热敏电阻9与上板料2接触良好，与热敏电阻9相连的导线布置在方形凹槽内，并与激光控制系统相连。

第二复合凹模11顶部的中心处设置有圆柱形的中心型腔，圆柱形的中心型腔的圆形底面的周边处设置有截面为半圆形的圆环形凹槽，在中心型腔的圆形底面的中心处设置有凹模圆通孔，凹模圆通孔内设置有螺纹。

在第二复合凹模11的型腔壁的左侧、右侧与型腔圆形底面的下方即紧挨型腔壁处左右对称地布置10个相互平行的冷却水道15，在铆接工序完成之后，冷却水道15中通入一定温度的冷却水，对铆接后板件的连接区域进行淬冷。

第二复合压边圈10、第二复合凹模11、第二复合冲头12采用的材质均为硬度很高的模具钢，如Cr12MoV等。

第四光纤管和第四凹透镜安装在凹模圆通孔内为螺纹连接，第四光纤管和第四凹透镜之间为螺纹固定，第四凹透镜距第二复合凹模11的中心型腔的圆形底面有1～2mm的距离，第四光纤管输出的点光源通过第四凹透镜的透射作用以一定的角度发散照射到要加热铆接的下板料3的底面上。

选取适当曲率的第三凹透镜与第四凹透镜，使得上板料2、下板料3表面的激光照射的圆形区域为待铆接的板件的连接区域。

三.所述的高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中自冲铆接方法的步骤如下：

1.在自冲铆接进行之前，首先在冷却室中对铆钉1实施液氮冷却并使铆钉1的温度降到0℃以下，从而在铆接时使上板料2与下板料3的加热连接区域快速淬冷。

2.将待铆接的上板料2与下板料3放置于第一复合凹模5上，驱动第一复合压边圈4下移至压紧上板料2与下板料3。

3.上板料2采用第一光纤加热器7进行加热，第一光纤加热器7对准上板料2上表面的铆接连接区域进行局部集中加热。上板料2的材质如果是采用超高强钢板则调整第一光纤加热器7的功率到1KW，加热上板料2的铆接连接区域到910℃，使上板料2的金相组织完全奥氏体化；上板料2如果采用的材质是铝合金板则调整第一光纤加热器7的功率到100W，加热上板料2的铆接连接区域到300℃，并通过安装在第一复合压边圈4底部的热敏电阻9及时测量上板料2铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

4.下板料3加热采用第二光纤加热器8进行加热，第二光纤加热器8垂直地安装在第一复合凹模5的中心位置，第二光纤加热器8的上端对准下板料3的下表面铆接连接区域进行局部集中加热，下板料3如果采用的材质是超高强钢板件则调整第二光纤加热器8的功率到1KW，加热下板料3的铆接连接区域到950℃，下板料3如果采用的材质是铝合金板则调整第二光纤加热器8的功率到100W，加热下板料3的铆接连接区域到300℃，通过安装在第一复合凹模5上表面的热敏电阻9及时测量下板料3铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

5.采用棘轮驱动带式送钉机构将在冷却室中处理过的低温铆钉1送入第一复合压边圈4的中心光通孔中，第一复合冲头6下移至与铆钉1的顶端面接触，再推动铆钉1下移切入上板料2之中实施自冲铆接。因为自冲铆接设备通过模座上的导柱导套的导向，保证铆钉1、第一复合压边圈4、第一复合凹模5和第一复合冲头6的同轴度。

6.随着铆钉1继续下移，下板料3流入第一复合凹模5的型腔，铆钉1的圈足开始向外翻卷，第一复合凹模5的型腔迫使铆钉1的圈足切入下板料3内，铆钉1在第一复合凹模5和第一复合冲头6的共同挤压下向周边外翻形成铆扣，即在上板料2与下板料3之间形成一个牢固的机械内锁结构，实现了上板料2与下板料3的自冲铆接。在铆接的过程中，低温的铆钉1和高温的上板料2与下板料3进行热交换，上板料2与下板料3铆接连接区域的温度下降速度达到27℃/s以上，实现对上板料2与下板料3的快速淬冷并使材质是高强度钢板的上板料2或下板料3完全马氏体化，保证了铆接接头处上板料2或下板料3的力学性能。

7.第一复合冲头6泄压上移回程，进入下一次自冲铆接的准备工序。

四.所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中无铆钉铆接方法的步骤如下：

1.将待铆接的上板料2与下板料3放置于第二复合凹模11上，驱动第二复合压边圈10下移至压紧上板料2与下板料3。

2.所述上板料2采用第三光纤加热器13进行加热，第三光纤加热器13对准上板料的2上表面的铆接连接区域进行局部集中加热。上板料2的材质如果是超高强钢板则调整第三光纤加热器13的功率到1KW，加热上板料2的铆接连接区域到950℃，使上板料2的金相组织完全奥氏体化；上板料2的材质是铝合金则调整第三光纤加热器13功率到100W，加热上板料2的铆接连接区域到300℃，通过安装在第二复合压边圈4底部的热敏电阻9即时测量上板料2铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

3.所述下板料3采用第四光纤加热器14加热，第四光纤加热器14垂直地安装在第二复合凹模11的中心位置，第四光纤加热器14的上端对准下板料3的下表面铆接连接区域进行局部集中加热，下板料3的材质如果采用的是超高强钢板则调整第四光纤加热器14的功率到1KW，加热下板料3的铆接连接区域到950℃，使下板料3的金相组织完全奥氏体化；下板料3的材质如果采用的是铝合金板则调整第四光纤加热器14的功率到100W，加热下板料3的铆接连接区域到300℃，通过安装在第二复合凹模11上表面的热敏电阻9及时测量上板料2铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

4.第二复合冲头12以100mm/min的速度向下冲压上板料2与下板料3，直到第二复合冲头12的下止点，上板料2与下板料3在第二复合冲头12压力作用下在第二复合凹模11的型腔内形成机械互锁接头。

5.上板料2与下板料3的铆接连接区域形成互锁接头后，在第二复合凹模11的冷却水道15中通入一定温度的冷却水，对上板料2与下板料3的铆接连接区域即互锁接头进行淬冷，使其冷却速率达到27℃/s以上，从而使材质是高强度钢板的上板料2或下板料3的金相组织完全马氏体化，保证铆接接头处上板料2或下板料3的力学性能。

6.第二复合冲头12泄压上移回程，进入下一次无铆钉铆接的准备工序。

实施例1：

对于上板料2和下板料3皆采用超高强度钢板时，本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中自冲铆接方法的步骤如下：

1.在自冲铆接之前，首先在冷却室中对铆钉1进行液氮冷却，并使铆钉1温度降到0℃，从而在铆接时铆钉1对上板料2与下板料3的铆接连接区域进行快速淬冷。

2.将待铆接的上板料2与下板料3放置于第一复合凹模5上，驱动第一复合压边圈4下移至压紧上板料2与下板料3。

3.第一光纤加热器7对上板料2进行加热，第一光纤加热器7对准上板料2的上表面铆接连接区域进行局部集中加热，对材质是采用高强度钢板的上板料2则调整第一光纤加热器的功率到1KW，加热上板料2铆接连接区域到950℃，通过安装在第一压边圈4底部的热敏电阻9即时测量上板料2铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

4.第二光纤加热器8对下板料3的铆接连接区域加热至阈值，第二光纤加热器8垂直地布置在第一复合凹模5的中心位置，第二光纤加热器8的上端对准下板料3的下表面铆接连接区域进行局部集中加热，对材质是采用高强度钢板的下板料3则调整第二光纤加热器的功率到1KW，加热下板料3铆接连接区域到950℃；布设在第一复合凹模5上表面的凹模热敏电阻9即时测量下板料3的温度，当下板料3铆接连接区域的温度达到阈值时，激光控制系统终止加热。

5.用棘轮驱动带式送钉机构将在冷却室中处理过的低温的铆钉1送入第一复合压边圈4的中心光通孔中，第一复合冲头6下移与铆钉1的顶端面接触，第一复合冲头6继续下移推动铆钉1切入上板料2之中实施自冲铆接；因为自冲铆接设备通过模座上的导柱导套导向，保证第一复合冲头6、铆钉1和第一复合凹模5的同轴度，对上板料2与下板料3进行自冲铆接。

6.铆钉1下移，下板料3流入第一复合凹模5的型腔内，随着下板料3流入第一复合凹模5的型腔内，铆钉1的圈足开始向外翻卷。第一复合凹模5的型腔形状迫使铆钉1的圈足进入下板料3内。铆钉1在第一复合冲头6和第一复合凹模5型腔的共同作用下向周边外翻形成铆扣，从而在上板料2与下板料3间形成一个牢固的机械内锁结构。在铆接的过程中，低温的铆钉1和高温的上板料2与下板料3接触进行热交换，上板料2与下板料3的冷却速度达到100℃/s，实现对上板料2与下板料3的快速淬冷，材质均为高强度钢的上板料2和下板料3的金相组织全部转化为马氏体，保证了铆接接头处上板料2和下板料3的力学性能。

7.第一复合冲头6泄压上移回程，进入下一次自冲铆接的准备工序。

实施例2：

对于材质是采用铝合金板的上板料2与材质是采用超高强度钢板的下板料3的情况，本发明所述的高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中自冲铆接方法的步骤如下：

1.在自冲铆接进行之前，首先在冷却室中对铆钉1进行液氮冷却使其温度降到0℃，从而在铆接时铆钉1对上板料2与下板料3的铆接连接区域进行快速淬冷。

2.将上板料2与下板料3放置于第一复合凹模5上，驱动第一复合压边圈4下移至压紧上板料2与下板料3。

3.第一光纤加热器7对上板料2进行加热，即第一光纤加热器7对准上板料2的上表面铆接连接区域进行局部集中加热，对材质是采用铝合金板的上板料2则调整第一光纤加热器7的功率到100W，加热上板料2铆接连接区域到300℃，通过布设在第一压边圈4底部的热敏电阻9即时测量上板料2铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

4.第二光纤加热器8对下板料3进行加热，第二光纤加热器8垂直地安装在第一复合凹模5的中心位置处，第二光纤加热器8的上端对准下板料3的下表面的铆接连接区域进行局部集中加热，对材质是采用高强度钢板的下板料3则调整第二光纤加热器8的功率到1KW，加热下板料3的铆接连接区域到950℃，通过安装在第一复合凹模5上表面的热敏电阻9即时测量下板料3的铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

5.用棘轮驱动带式送钉机构将在冷却室中处理过的低温的铆钉1送入第一复合压边圈4的中心光通孔中，第一复合冲头6下移与铆钉1的顶端面接触，第一复合冲头6继续下移推动铆钉1切入上板料2之中实施自冲铆接；因为自冲铆接设备通过模座上的导柱导套的导向作用，保证第一复合冲头6、铆钉1和第一复合凹模5的同轴度，对上板料2与下板料3进行自冲铆接。

6.铆钉1下移，下板料3流入第一复合凹模5的型腔内，随着下板料3流入第一复合凹模5的型腔内，铆钉1的圈足开始向外翻卷，第一复合凹模5的型腔形状迫使铆钉1的圈足进入下板料3内，铆钉1在第一复合冲头6和第一复合凹模5的共同作用下铆钉1的圈足继续向周边外翻形成铆扣，即在上板料2与下板料3间形成一个牢固的机械内锁结构。在铆接的过程中，低温的铆钉1和高温的上板料2与下板料3进行热交换，上板料2与下板料3的温度下降速度达到100℃/s，实现对上板料2与下板料3的快速淬冷，材质是高强度钢的下板料3的金相组织完全相变转化为马氏体，保证了铆接接头处下板料3的力学性能。

7.第一复合冲头6泄压上移回程，进入下一次自冲铆接的准备工序。

实施例3：

对于上板料2和下板料3的材质均采用超高强度钢板的情况，本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中无铆钉铆接方法的步骤为：

1.将上板料2和下板料3放置于第二复合凹模11上，驱动第二复合压边圈10下移至压紧上板料2和下板料3。

2.第三光纤加热器13对上板料2进行加热，即第三光纤加热器13对准上板料2的上表面铆接连接区域进行局部集中加热。对材质是采用高强钢板的上板料2则调整第三光纤加热器13的功率到1KW，加热上板料2的铆接连接区域到950℃，通过安装在第二复合压边圈10底部的热敏电阻9即时测量上板料2的铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

3.第四光纤加热器14对下板料3进行加热，第四光纤加热器14垂直地安装在第二复合凹模11的中心处，第四光纤加热器14的上端对准下板料3的下表面铆接连接区域进行局部集中加热，对材质是采用高强钢板的下板料3则调整第四光纤加热器14的功率到1KW，加热下板料3的铆接连接区域到950℃，通过安装在第二复合凹模11上表面的热敏电阻9即时测量下板料3的铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

4.第二复合冲头12以100mm/min的速度向下冲压上板料2和下板料3，直至达到第二复合冲头12的下止点，此时无铆钉铆接结束，上板料2和下板料3的无铆钉铆接连接区域在第二复合冲头12的压力作用下在第二复合凹模11的型腔内形成自锁接头。

5.铆接完成以后，在冷却水道15中通入0℃的冷却水，对上板料2和下板料3的铆接连接区域即自锁接头进行淬冷，使其冷却速率达到100℃/s，从而使材质为高强度钢的上板料2和下板料3铆接连接区域的金相组织完全马氏体化，保证了自锁接头处的力学性能。

6.第二复合冲头12泄压上移回程，进入下一次无铆钉铆接的准备工序。

实施例4：

对于上板料2的材质是采用铝合金板而下板料3的材质是采用超高强度钢板的情况，本发明所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法中无铆钉铆接方法的步骤为：

1.将上板料2和下板料3放置于第二复合凹模11上，驱动第二复合压边圈10下移至压紧上板料2和下板料3。

2.第三光纤加热器13对上板料2进行加热，即第三光纤加热器13对准上板料2的上表面铆接连接区域进行局部集中加热。对材质是采用铝合金板的上板料2则调整第三光纤加热器13的功率到100W，加热上板料2的铆接连接区域到300℃，通过安装在第二复合压边圈10底部的热敏电阻9即时测量上板料2的铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

3.第四光纤加热器14对下板料3进行加热，第四光纤加热器14垂直地安装在第二复合凹模11的中心处，第四光纤加热器14的上端对准下板料3下表面的铆接连接区域进行局部集中加热，对材质是采用高强钢板的下板料3则调整第四光纤加热器14的功率到1KW，通过安装在第二复合凹模11上表面的热敏电阻9即时测量下板料3的铆接连接区域的温度，当温度达到要求（的阈值）时，通过激光控制系统终止加热。

4.第二复合冲头12以100mm/min的速度向下冲压上板料2和下板料3，直至达到第二复合冲头12的下止点，上板料2和下板料3在第二复合冲头12的压力作用下在第二复合凹模11的型腔内形成自锁接头。

5.在冷却水道15中通入0℃的冷却水，对上板料2和下板料3的铆接连接区域即自锁接头进行淬冷，使其冷却速率达到100℃/s，从而使材质是采用高强钢板的下板料3的金相组织完全马氏体化。

6.第二复合冲头12泄压上移回程，进入下一次无铆钉铆接的准备工序。

Claims (7)

1.一种超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法，其特征在于，所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法的步骤如下：

1）铆接之前在冷却室中对铆钉（1）实施液氮冷却并使铆钉（1）的温度降到0℃以下；

2）将待铆接的上板料（2）与下板料（3）放置于第一复合凹模（5）上，驱动第一复合压边圈（4）下移至压紧上板料（2）与下板料（3）；

3）第一光纤加热器（7）对上板料（2）的铆接连接区域加热至阈值，安装在第一复合压边圈（4）底部的热敏电阻（9）及时测量上板料（2）的铆接连接区域的温度，当上板料（2）的铆接连接区域的温度达到阈值时终止加热；

4）第二光纤加热器（8）对下板料（3）的铆接连接区域加热至阈值，安装在第一复合凹模（5）上表面的热敏电阻（9）及时测量下板料（3）的铆接连接区域的温度，当下板料（3）的铆接连接区域的温度达到阈值时终止加热；

5）送钉机构将在冷却室中处理过的铆钉（1）送入第一复合压边圈（4）的中心光通孔中，第一复合冲头（6）下移至与铆钉（1）的顶端面接触，再推压铆钉（1）切入上板料（2）之中实施自冲铆接；

6）随着铆钉（1）下移，下板料（3）流入第一复合凹模（5）的型腔，铆钉（1）的圈足开始向外翻卷，第一复合凹模（5）的型腔迫使铆钉（1）的圈足切入下板料（3）内，铆钉（1）在第一复合冲头（6）和第一复合凹模（5）的共同挤压下铆钉（1）的圈足向周边外翻形成铆扣；

7）第一复合冲头（6）泄压上移回程，进入下一次铆接的准备工序。

2.按照权利要求1所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法，其特征在于，所述的第一光纤加热器（7）对上板料（2）的铆接连接区域加热至阈值是指：如果上板料（2）的材质是采用超高强度钢板则调整第一光纤加热器（7）的功率到1KW，上板料（2）的铆接连接区域被到加热到950℃，上板料（2）的材质是采用铝合金板则调整第一光纤加热器（7）的功率到100W，上板料（2）的铆接连接区域被加热到300℃。

3.按照权利要求1所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法，其特征在于，所述的第二光纤加热器（8）对下板料（3）的铆接连接区域加热至阈值是指：如果下板料（3）的材质是采用铝合金板则调整第二光纤加热器（8）的功率为100W，下板料（3）的铆接连接区域被加热到300℃，下板料（3）的材质是采用超高强度钢板则调整第二光纤加热器（8）的功率到1KW，下板料（3）的铆接连接区域被加热到950℃。

4.按照权利要求1所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法，其特征在于，所述的铆钉（1）在第一复合冲头（6）和第一复合凹模（5）的共同 挤压下铆钉（1）的圈足向周边外翻形成铆扣是指：在铆接的过程中，低温的铆钉（1）和高温的上板料（2）与下板料（3）进行热交换，上板料（2）与下板料（3）温度的下降速度达到27℃/s以上，对上板料（2）与下板料（3）的快速淬冷形成铆扣，并使材质是超高强度钢的上板料（2）和/或下板料（3）的金相组织完全相变为马氏体。

5.一种超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法，其特征在于，所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法的步骤如下：

1）将待铆接的上板料（2）与下板料（3）放置于第二复合凹模（11）上，驱动第二复合压边圈（10）下移至压紧上板料（2）与下板料（3）；

2）第三光纤加热器（13）对上板料（2）的铆接连接区域加热至阈值，安装在复合压边圈（4）底部的热敏电阻（9）及时测量上板料（2）的铆接连接区域的温度，当上板料（2）的铆接连接区域温度达到阈值时终止加热；

3）第四光纤加热器（14）对下板料（3）的铆接连接区域加热至阈值，安装在第二复合凹模（11）上表面的热敏电阻（9）及时测量下板料（3）的铆接连接区域的温度，当下板料（3）的铆接连接区域的温度达到阈值时终止加热；

4）第二复合冲头（12）以100mm/min的速度向下冲压上板料（2）与下板料（3），直到第二复合冲头（12）的下止点，上板料（2）与下板料（3）在第二复合冲头（12）压力作用下在第二复合凹模（11）的型腔内形成机械互锁接头；

5）上板料（2）与下板料（3）的铆接连接区域形成机械自锁接头后，在第二复合凹模（11）的冷却水道（15）中通入冷却水，对上板料（2）与下板料（3）的铆接连接区域即机械自锁接头进行淬冷，使其冷却速率达到27℃/s以上，从而使材质是超高强度钢的上板料（2）或/与下板料（3）的铆接连接区域的金相组织完全马氏体化；

6）第二复合冲头（12）上移回程，进入下一次的铆接的准备工序。

6.按照权利要求5所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法，其特征在于，所述的第三光纤加热器（13）对上板料（2）的铆接连接区域加热至阈值是指：如果上板料（2）的材质是采用超高强度钢则调整第三光纤加热器（13）的功率到1KW，上板料（2）的铆接连接区域被加热到950℃，上板料（2）的材质是采用铝合金则调整第三光纤加热器（13）的功率到100W，上板料（2）的铆接连接区域被加热到300℃。

7.按照权利要求5所述的超高强度钢板之间或与铝合金板的铆接方法，其特征在于，所述的第四光纤加热器（14）对下板料（3）的铆接连接区域加热至阈值是指：如果下板料（3）的材质是超高强钢则调整第四激光加热器（14）的功率到1KW，下板料（3）的铆接连接区域被加热到950℃，下板料（3）的材质 采用铝合金则调整第四光纤加热器（14）的功率到100W，下板料（3）的铆接连接区域被加热到300℃。