CN107614146B - 机械接合装置以及机械接合方法 - Google Patents

Abstract

提供在多张金属板的接合中在金属板的变形阻力大的情况下也能够稳定地进行铆钉接合的机械接合装置。一种机械接合装置，通过冲头将铆钉打入多张金属板，具备冲头、冲模、板按压件以及电源装置，冲头和冲模以将多张金属板夹在其间的方式相对地配置，板按压件为能够供冲头插入内部的筒状体，使板按压件的一方的端部与多张金属板的冲头侧的金属板接触，该板按压件由能够支撑多张金属板并且能够进行通电加热的电极体材料构成，冲头由能够打入铆钉的材料构成，冲模由能够支撑多张金属板并且进行通电加热的电极体材料构成，电源装置构成为，与打入开始同时地，开始对板按压件和冲模通电以使多张金属板升温，且对板按压件和冲模通电直至打入结束为止。

Description

机械接合装置以及机械接合方法

技术领域

本公开涉及在多张金属板的接合中能够在金属板的变形阻力大时使用的机械接合装置，尤其涉及能够在多张金属板中包括一张以上拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板的情况、或者虽然金属板的拉伸强度小但是加工速度大的情况下使用的机械接合装置。

背景技术

近年来，在汽车领域中，为了低油耗化和/或CO₂排出量的削减而要求车身轻量，同时，为了碰撞安全性的提高而要求车身部件高强度。为了满足这些要求，在车身、零件等中使用高强度钢板是有效的。因此，对于高强度钢板的需求越来越高。为了在车身、零件等中使用高强度钢板，需要将高强度钢板与其他金属板接合，在该接合中存在以下这样的问题。

以往，车身的组装、零件的安装等主要通过点焊来进行，包括高强度钢板在内的多张金属板的接合也通过点焊来进行。在这样的使多张金属板重叠并进行点焊而形成的接头中，拉伸强度是重要的特性。拉伸强度有在剪切方向上施加拉伸载荷而测定的拉伸剪切强度(TSS)和在剥离方向上施加拉伸载荷而测定的十字拉伸强度(CTS)。

由具有270MPa～600MPa的拉伸强度的多张钢板形成的点焊接头的CTS，伴随钢板强度的增加而增加。因此，在由具有270MPa～600MPa的拉伸强度的钢板形成的点焊接头中，难以产生与接头强度有关的问题。但是，在由包括一张以上具有780MPa以上的拉伸强度的钢板在内的多张金属板形成的点焊接头中，即使钢板的拉伸强度增加，CTS也不会增加，甚至减小。其原因在于：以由于变形能的下降而向焊接部的应力集中变高以及含有很多合金元素为起因，灼烧进入焊接部以及出现凝固偏析，由此焊接部的韧性下降。

因此，寻求在包括一张以上具有780MPa以上的拉伸强度的钢板在内的多张金属板的接合中使CTS提高的技术。作为解决该问题的技术之一，存在以不使母材熔融的方式机械地进行接合的机械接合技术。具体而言，存在下述技术：使作为被接合件的多张金属板彼此重叠，一边用防止金属板弹起的板按压件按压冲头的外周，一边利用冲头将铆钉打入，通过铆钉将多张金属板彼此机械地接合。

然而，在该技术中存在下述这些问题：因为打入铆钉，冲模侧的钢板的变形变得非常大，由于延展性不足或变形局部化，在冲模侧的钢板产生破裂这一问题；当在剪切方向和剥离方向上施加了拉伸应力的情况下，铆钉会脱落而发生破坏，关于剪切方向和剥离方向上的拉伸强度得不到足够的值这一问题；以及关于相同的铆钉打入方式的高强度钢板的接头和软钢板的接头，两者的疲劳强度相比，几乎没有差别这一问题。

作为解决这样的问题的技术，在专利文献1中公开了下述接合技术：将铆钉打入并使其贯通重叠了的拉伸强度为430MPa～1000MPa的高强度钢板，使贯通了的铆钉的前端变形，机械地进行接合而得到拉伸特性和疲劳特性均优异的高强度钢板。专利文献1所公开的技术，对于拉伸强度到619MPa为止的高强度钢板进行了研究，作为将多张钢板接合的技术而言是有效的。然而，在专利文献1中，对于包括拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板在内的多张钢板，没有对上述技术的适用做出研究。

另外，非专利文献1记载了：在高强度钢板和铝合金板的接合中，在打入铆钉而机械地进行接合时，到包括拉伸强度为590MPa左右的高强度钢板在内的多张金属板为止，能无缺陷地进行接合，但是在包括拉伸强度为980MPa的高强度钢板在内的多张金属板中，铆钉无法贯通高强度钢板。

在这样对金属板打入铆钉而机械地进行接合的技术中，通常，在接合前不会对被接合件进行打孔加工，而是需要由铆钉自身打穿被接合件，因此，对包括一张以上变形阻力大的钢板例如具有780MPa以上的拉伸强度的钢板在内的多张金属板打入铆钉而机械地进行接合而言，就很困难。

对此，在专利文献2中公开了下述机械接合方法：在利用铆钉将具有高强度或高加工硬化后的接合薄板接合的方法中，在接合工艺开始时或即将开始之前，利用按压部件和冲模、或者配置在按压部件和冲模的旁边的构成要素、或者配置在之前的构成要素，通过电阻加热来进行对接合薄板的在局部位置和时间上均受限制的加热。

这样，在专利文献2中记载有能够适用于具有高强度或高加工硬化后的钢板的技术，一般认为，该技术对于包括一张以上拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板在内的多张金属板而言在一定程度上也是有效的。然而，在使用专利文献2所公开的技术实际利用铆钉对包括一张以上拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板在内的多张金属板进行了接合时，有时无法进行铆钉接合，而且，存在改善的余地。另外，即使是拉伸强度低于780MPa的金属板，当铆钉打入时的加工速度变大时，金属板的变形阻力会变大，同样存在应改善的余地。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2000-202563号公报

专利文献2:日本特表2004-516140号公报

专利文献3:日本特开2007-254775号公报

非专利文献

非专利文献1:ふぇらむ，Vol.16(2011)No.9，p.32-38

发明内容

发明要解决的问题

本公开鉴于上述现有技术的现状，目的在于提供一种在多张金属板的接合中即使在金属板的变形阻力大的情况下也能够稳定地进行铆钉接合的机械接合装置和机械接合方法。

用于解决问题的技术方案

于是，本发明人对于解决上述问题的方法进行了锐意研究。在专利文献2所公开的技术中，使钢板的加热温度为35℃～250℃，在铆钉打入前结束了对钢板的加热。因此，本发明人想到：在金属板的变形阻力大的情况下，在进行铆钉接合时，一边对多张金属板进行加热一边打入铆钉。

其结果，发现没有出现金属板的破裂、铆钉破损或铆钉未贯通等。并且，想到了：在对多张金属板打入铆钉期间，在板按压件与冲模之间通电，以提高多张金属板的温度。

本公开的机械接合装置和机械接合方法是基于上述见解而做出的，其主旨如下述所述。

(1)一种机械接合装置，通过冲头将铆钉打入多张金属板，具备：

冲头和冲模；

板按压件；以及

第一电源装置，

所述冲头和冲模以能够将重叠的多张金属板夹在其间的方式相对地配置，

所述板按压件是能够供所述冲头插入内部的筒状体，使所述板按压件的一方的端部与所述多张金属板的所述冲头侧的金属板接触，所述板按压件由能够按压所述多张金属板并且能够进行通电加热的电极体材料构成，

所述冲头由能够打入铆钉的材料构成，

所述冲模由能够支撑所述多张金属板并且能够进行通电加热的电极体材料构成，

所述第一电源装置构成为，与通过所述冲头开始打入铆钉同时地，开始对所述板按压件和冲模的通电以提高所述多张金属板的温度，且对所述板按压件和冲模通电直至所述铆钉的打入结束为止。

(2)根据上述(1)所述的机械接合装置，

所述机械接合装置还具备冷却装置，所述冷却装置构成为，连接于所述冲头，在从所述铆钉的打入开始到打入结束为止的期间，对所述铆钉进行冷却。

(3)根据上述(1)或(2)所述的机械接合装置，

所述冲头由能够打入所述铆钉并且能够进行通电加热的电极体材料构成，第二电源装置构成为，在通过所述冲头将所述铆钉打入之后，对所述冲头和冲模通电以使所述铆钉通电而进行热处理，

所述机械接合装置还具备冷却装置，所述冷却装置构成为，在所述铆钉的热处理后对所述铆钉进行冷却。

(4)根据上述(1)到(3)中任一项所述的机械接合装置，

所述冲模中的至少隔着所述多张金属板而与所述铆钉相对的部分的材质为工具钢，所述工具钢的外周部分的材质为铜或铜合金。

(5)一种机械接合方法，通过冲头将铆钉打入多张金属板，包括：

准备多张金属板；

在相对地配置的冲头与冲模之间重叠地配置所述多张金属板；

将能够供所述冲头插入内部的筒状体即板按压件的一方的端部按压于所述多张金属板的所述冲头侧的金属板；

通过所述冲头将铆钉打入由所述板按压件按压的所述多张金属板；以及

与所述铆钉的打入开始同时地，经由所述板按压件和所述冲模开始进行对所述多张金属板的通电加热以提高所述多张金属板的温度，且对所述多张金属板进行通电加热直至所述铆钉的打入结束为止。

(6)根据上述(5)所述的机械接合方法，还包括：

在从所述铆钉的打入开始到打入结束为止的期间，经由所述冲头对所述铆钉进行冷却。

(7)根据上述(5)或(6)所述的机械接合方法，包括：

在所述铆钉打入后，经由所述冲头和所述冲模对所述铆钉通电加热而进行热处理，接着对所述铆钉进行冷却。

(8)根据上述(5)至(7)中任一项所述的机械接合方法，

所述冲模中的至少隔着所述多张金属板而与所述铆钉相对的部分的材质为工具钢，所述工具钢的外周部分的材质为铜或铜合金。

发明的效果

根据本公开的机械接合装置和机械接合方法，即使在金属板的变形阻力大的情况下，也能够不发生金属板的破裂、铆钉破损以及铆钉未贯通地，得到接合接头。

附图说明

图1是示出机械接合的形态的剖视示意图。图1(a)是示出与铆钉的打入开始同时地开始进行对板组的通电加热的状态的剖视示意图，图1(b)是示出铆钉打入后的状态的剖视示意图。

图2是示出机械接合的形态的剖视示意图。图2(a)是示出与铆钉的打入开始同时地开始进行对板组的通电加热的状态的剖视示意图，图2(b)是示出在铆钉打入后对铆钉进行通电加热的状态的剖视示意图。

图3是示出在冲模的一部分使用了工具钢的情况下的机械接合的形态的剖视示意图。图3(a)是示出在冲模的一部分使用了工具钢的情况下、与铆钉的打入开始同时地对板组进行通电加热的状态的剖视示意图，图3(b)是示出在冲模的一部分使用了工具钢的情况下、在铆钉打入后对铆钉进行通电加热的状态的剖视示意图。

具体实施方式

本发明人使用专利文献2所公开的技术，使电流在以夹着包括拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板(以下也称为“高强度钢板”)在内的多张金属板(以下也称为“板组”)的方式配置的板按压件与设置在冲头的相反侧的冲模之间流动而对板组进行通电加热，并打入铆钉，结果有时无法进行铆钉接合。另外，在仅使用拉伸强度低于780MPa的金属板的情况下，使铆钉打入时的加工速度增大，结果，金属板的变形阻力变大，有时无法进行铆钉接合。

本发明人着眼于在专利文献2所公开的技术中使钢板的加热温度为35～250℃并在铆钉打入前就结束了对钢板的加热这一点，想到了在进行铆钉接合时一边对板组进行加热一边打入铆钉。

本发明人一边对各种金属板的组合的板组进行加热一边打入铆钉，对与铆钉破损等的关系进行了调查。其结果，发现通过与开始对板组打入铆钉同时地提高板组的温度，能够稳定地进行铆钉接合。而且，想到了为了提高板组的温度而在板按压件与冲模之间通电，创造出了本公开的机械接合装置(以下也称为“接合装置”)。

本公开以如下的机械接合装置为对象，该机械接合装置，通过冲头将铆钉打入多张金属板，具备：

冲头和冲模；

板按压件；以及

第一电源装置，

所述冲头和冲模以能够将重叠的多张金属板夹在其间的方式相对地配置，

所述板按压件是能够供所述冲头插入内部的筒状体，使所述板按压件的一方的端部与所述多张金属板的所述冲头侧的金属板接触，所述板按压件由能够按压所述多张金属板并且能够进行通电加热的电极体材料构成，

所述冲头由能够打入铆钉的材料构成，

所述冲模由能够支撑所述多张金属板并且能够进行通电加热的电极体材料构成，

所述第一电源装置构成为，与通过所述冲头开始打入铆钉同时地，开始对所述板按压件和冲模的通电以提高所述多张金属板的温度，且对所述板按压件和冲模通电直至所述铆钉的打入结束为止。

以下，一边参照附图一边对本公开的接合装置进行说明。为了方便说明，将冲头侧称为上侧、将冲模侧称为下侧、将冲头侧的金属板称为上侧金属板、将冲模侧的金属板称为下侧金属板，接合装置只要能够固定即可，纵置、横置等方向不限。

(实施方式1)

图1示出表示使用本公开的机械接合装置的机械接合的形态的剖视示意图。图1(a)是示出与铆钉的打入开始同时地开始进行对板组的通电加热的状态的剖视示意图，图1(b)是示出铆钉打入后的状态的剖视示意图。

如图1(a)所示，在机械接合装置1中，冲头5和冲模6以能够将上侧金属板2和下侧金属板3重叠而成的板组4夹在其间的方式相对地配置。在冲头5的外周配置板按压件7。

机械接合装置1具备第一电源装置(没有图示)，该第一电源装置与通过冲头5开始进行铆钉8的打入同时地对板按压件7和冲模6通电以提高板组4的温度。

所谓铆钉8的打入开始指的是由冲头5打入的铆钉8与板组4的冲头侧的金属板接触的时间点。

通过与开始铆钉8的打入同时地对板组4进行通电加热，能够不发生金属板的破裂、铆钉破损以及铆钉未贯通地得到接合接头。由于从铆钉开始打入起对板组进行加热，所以与从打入前开始进行加热的情况相比，容易将板组的加热区域限定于接合区域，能够抑制接合区域以外的板组的软化。因此，能够防止板组的金属组织的性质变化。尤其是在作为金属板使用了780MPa以上的高强度钢板的情况下，能够一边抑制钢板的强度下降一边进行接合。

第一电源装置构成为，连接于板按压件7和冲模6，对板组4进行通电加热。第一电源装置具备控制对板按压件7和冲模6通电的电量(电流值和通电时间)的第一控制装置(没有图示)，能够对板组4进行加热。

第一控制装置对以下进行控制：与开始铆钉8的打入同时地，开始对板按压件7和冲模6通电以提高板组4的温度，且对板按压件7和冲模6通电直至铆钉8的打入结束为止，从而将板组4通电加热到所希望的温度。

对板组4的通电加热与铆钉8的打入开始一并开始。对板组4的通电加热也可以在铆钉8的打入结束后仍持续进行而后停止，但是，优选的是，与铆钉8的打入结束实质上同时停止。

所谓铆钉8的打入结束是指冲头在打入方向上的移动实质上停止了的时间点，可以检测冲头的位置来对铆钉8的打入结束进行检测。冲头位置的检测方法没有特别限定，例如，可以使用非接触式的激光移位计或根据将冲头推入的滚珠丝杠的旋转数而对位置进行检测的装置来进行。

铆钉打入速度，优选的是1mm/秒以上，更优选的是10mm/秒。铆钉打入速度可以根据板组的金属板的拉伸强度等来调节。

从铆钉8的打入开始到打入结束为止的时间，根据板组所用的金属板的材料、厚度、张数等调整即可，优选的是0.3秒～2.0秒，更优选的是0.5秒～1.4秒。

板组4的加热温度，只要是板组的延展性提高、能够在抑制钢板等金属板的破裂、铆钉破损以及铆钉未贯通的同时打入铆钉的温度范围即可。即，板组4的加热温度的下限设为能够抑制金属板的破裂、铆钉破损以及铆钉未贯通的温度即可。板组4的加热温度的上限只要是低于板组4中熔点最低的金属板的熔点的温度即可。

板组4的加热温度的下限优选是400℃以上，更优选是500℃以上，进一步优选是600℃以上。板组4的加热温度的上限优选是900℃以下，更优选是800℃以下。板组4的加热温度是打入结束时间点的温度，其测定部位是处于由板按压件7包围的区域内的上侧金属板的表面的铆钉打入位置。上侧金属板的表面温度例如可以使用热电偶来测定。上侧金属板的表面温度测定也可以在准备铆钉之前事先进行。在事先进行上侧金属板的表面温度测定的情况下，可以在使铆钉保持于冲头进行打入时省去温度测定。

对板组4进行通电加热的电流值，可以由第一控制装置以在从打入开始到结束为止的时间内将板组4加热到上述温度范围内的方式进行控制。第一控制装置可以将在板组4中流动的电流值控制为例如8kA～14kA或10kA～12kA。另外，第一控制装置可以将通电时间控制为与从铆钉8的打入开始到打入结束为止的时间实质上相同。

第一控制装置能够检测铆钉8与板组4接触的时间，并且控制第一电源装置以开始对板按压件7和冲模6通电。为了检测铆钉8与板组4接触的时间，例如，可以使用在铆钉8与板组4接触时检测冲头5与冲模6之间的电压变化的电压计、组装入冲头5的负载传感器(load cell)等。

第一电源装置没有特别限定，可以是以往使用的电源、例如直流电源装置或交流电源装置。

第一控制装置没有特别限定，可以包括公知的温度调节器。第一控制装置，可以使用包括对板组4的温度进行计测的温度计的温度调节器，来控制对板按压件7和冲模6通电的电量。也可以是，根据板组4的金属板的组合预先求出成为所希望的温度的电流值与时间的关系，第一控制装置以使得成为该电流值和时间的方式进行控制。

冲头5可以是棒状，冲头5的垂直于长边方向的方向上的截面形状没有特别限定，可以是圆形、椭圆形、矩形等。冲头5也可以具有在长度方向上不同的截面形状。

冲头5只要具有能够打入铆钉8的强度即可，其材质没有特别限定，可以从具有所希望的机械强度的材料中选择。冲头5，优选的是，由维氏硬度Hv为300～510的钢、铜或铜合金构成。在将冲头还用作为电极体的情况下，优选的是，冲头5由导电率高的铜或铜合金构成。

冲模6由具有能够支撑多张金属板并且能够对板组4进行通电加热的机械强度和导电率的电极体材料构成即可，其材质没有特别限定，可以从所希望的材料中选择。冲模6优选是铜或铜合金。

在冲头5的外周配置板按压件7。板按压件7是能够使一方的端部与板组4的冲头5侧的金属板接触而将板组4按压于冲模6的部件，能够沿着冲头5的长轴相对地移动。板按压件7的形状是供冲头4插入内部的圆筒等筒状体。

板按压件7只要由具有能够将多张金属板按压于冲模6并且能够进行通电加热的机械强度和导电率的电极体材料构成即可，其材质没有特别限定，可以从所希望的材料中选择。板按压件7优选是铜或铜合金。

可以用于冲头5、冲模6、板按压件7以及冷却管9的铜合金的组分，优选是铬铜合金或氧化铝分散铜合金。铬铜合金的组分，优选是0.4％～1.6％Cr-Cu，更优选是0.8％～1.2％Cr-Cu、例如是1.0％Cr-Cu，氧化铝分散铜合金的组分，优选是0.2％～1.0％Al₂O₃-Cu，更优选是0.3％～0.7％Al₂O₃-Cu、例如是0.5％Al₂O₃-Cu。

在冲头5的前端配置铆钉8。该铆钉8由冲头5打入板组4，既可以是通用品的铆钉，也可以使用空心铆钉等。铆钉8的材质只要能够打入板组4而进行接合即可，没有特别限定，例如可以使用机械构造用钢、高硬度钢等。

在打入之前，铆钉8可以以支撑于冲头5的状态或由适当的支撑部件支撑的状态配置于板组4的上方。

使冲头5支撑于铆钉8或适当的支撑部件的方法虽然没有特别限定，但是，例如，既可以机械地保持，也可以使冲头5和支撑部件形成为具有磁力的材料而使铆钉8磁附着于它们而进行保持。

与冲头5相对地配置的冲模6，也可以是：具有与要打入的铆钉8的钉杆的形状和大小相应的盘状或凹状的按压约束面11，在其中央部具有大致圆锥台形状的突出部12。突出部12的顶部也可以比冲模6的上表面稍低。突出部12的根部侧可以以与按压约束面11的底面相连续的方式具有平滑的圆弧状面。

使用本公开的装置被打入铆钉的板组4，既可以由二张即上侧金属板2和下侧金属板3构成，也可以包括三张以上的多张金属板。金属板只要在至少一部分具有板状部并且板状部具有能够相互重叠的部分即可，也可以整体不是板状。另外，板组4不限定于由分别的金属板构成，也可以是使将一张金属板成形为管状等预定形状而成的部件重叠所得的板组。

多张金属板既可以是同一种类的金属板，也可以是不同种类的金属板。金属板可以是具有高强度的金属板，可以是钢板、铝板、镁板等。钢板优选是高强度钢板，更优选的是具有780MPa以上的拉伸强度的高强度钢板。多张金属板既可以包括一张以上的钢板，也可以包括一张以上的具有780MPa以上的拉伸强度的高强度钢板。例如，板组4也可以是：板组4的所有金属板为钢板的板组、上侧金属板或下侧金属板为高强度钢板并且其他金属板为拉伸强度低于780MPa的钢板的板组、上侧金属板为铝板并且下侧金属板为高强度钢板的板组、或者板组4的所有金属板为铝板的板组。如果使用本公开的装置，则包括至少一张以上的具有780MPa以上的拉伸强度的高强度钢板在内的板组也能够良好地接合。

金属板的厚度没有特别限定，例如可以为0.5mm～3.0mm。另外，板组的厚度也没有特别限定，例如可以为1.0mm～6.0mm。另外，有无镀敷、成分组分等也没有特别限定。

在图1中用虚线箭头例示了从板按压件7朝向冲模6的电流的流动，但是只要能够对板组4进行通电加热即可，也可以为从冲模6朝向板按压件7的电流的流动。在图2和图3中也是同样。

(实施方式2)

作为优选的实施方式，对实施方式2进行说明。本公开的接合装置，优选还具备冷却装置(没有图示)。

冷却装置构成为，连接于冲头5，经由冲头5，在从铆钉8的打入开始到打入结束为止的期间，对铆钉8进行冷却。能够在进行对板组4的通电加热的同时，一边用连接于冲头5的冷却装置对铆钉8进行冷却，一边利用冲头5打入铆钉8而将板组4接合。

在一边在板按压件7与冲模6之间对板组4进行通电加热一边打入铆钉8时，通过经由冲头5对铆钉8进行冷却，能够抑制由板组4的热导致的铆钉8的软化，能够更稳定地进行铆钉接合。通过对铆钉8进行冷却，尤其是在打入铆钉8时的板组4的温度高的情况下，也能够抑制铆钉8的软化，防止铆钉8未贯通，更稳定地进行接合。

铆钉8的冷却只要在从铆钉8的打入开始到打入结束为止的期间进行即可。即，铆钉8的冷却既可以从打入前开始，也可以与打入开始同时地开始，但是，优选的是，铆钉8的冷却从打入之前开始。铆钉8的冷却既可以与打入结束同时地结束，也可以在打入结束后仍持续进行，但是，优选的是，与打入结束实质上同时地结束。

冷却装置只要能够经由冲头5对铆钉8进行冷却即可，没有特别限定，冲头5也可以在内部具有冷却管9。在图1(a)中例示了配置于冲头5的内部并连接于冷却装置的冷却管9。

冷却管9是能够向例如箭头所示的方向供给制冷剂的管。可以在铆钉8所接触的冲头5的端部的相反侧的另一端部侧，设置连接于冷却管9的冷却装置。冷却管9的材质只要是能够使制冷剂在内部流通并经由冲头5对铆钉进行冷却即可，没有特别限定，例如可以是铜或铜合金。在该情况下，优选的是，冲头5为导热率高的铜或铜合金。

制冷剂没有特别限定，可以是公知的制冷液体或制冷气体，但是考虑到经济方面和操作难易度等，优选的是水。

也可以是：在冲头5的内部不设置冷却管9，而是以与铆钉8所接触的冲头5的端部的相反侧的另一端部相接触的方式配置冷却装置，对冲头5进行冷却，通过冲头5的导热对铆钉8进行冷却。在该情况下，优选的也是，冲头5为导热率高的铜或铜合金。

铆钉8的冷却只要在从铆钉8的打入开始到打入结束为止的期间进行即可。即，铆钉8的冷却既可以从铆钉8打入之前开始，也可以与打入开始同时地开始，但是，优选的是，铆钉8的冷却从打入之前开始。铆钉8的冷却既可以与打入结束同时地结束、也可以在打入结束后仍持续进行，但是，优选的是，与打入结束实质上同时地结束。

冷却装置具备控制装置，能够控制冷却温度和冷却开始及结束的定时。控制装置可以以如下方式控制冷却装置：优选在打入结束的时间点、更优选从打入开始到打入结束为止，使铆钉8的温度优选成为3℃～50℃、更优选成为5℃～30℃。铆钉8的温度，例如，可以在实际进行接合之前，事先进行铆钉的温度测定用的预备试验，使用热电偶来测定铆钉的温度。冷却装置所具备的控制装置没有特别限定，可以包括公知的温度调节器。

(实施方式3)

一边参照图2一边对作为优选的实施方式的实施方式3进行说明。在图2中示出表示使用了本公开的机械接合装置的机械接合的形态的剖视示意图。图2(a)是示出与铆钉的打入开始同时地对板组进行通电加热的状态的剖视示意图，图2(b)是表示在铆钉打入后对铆钉进行通电加热的状态的剖视示意图。

机械接合装置1具备对冲头5和冲模6通电以对由冲头5打入的铆钉8进行热处理的第二电源装置(没有图示)。图2的机械接合装置，除了冲头5和冲模6由电极体材料构成而能够对铆钉8进行通电加热以外，具有与图1的机械接合装置同样的结构。

第二电源装置构成为，连接于冲头5和冲模6，在通过冲头5将铆钉8打入后，经由冲头5和冲模6对铆钉8通电进行热处理。第二电源装置具备控制对冲头5和冲模6通电的电量(电流值和通电时间)的第二控制装置(没有图示)，能够将铆钉8加热到所希望的温度。

可以使用第二电源装置和连接于冲头5的冷却装置，在铆钉8的打入结束后进行将铆钉8加热到奥氏体区域的热处理，接着进行冷却。由此，铆钉8能够具有马氏体组织，能够实现铆钉8的强度提高。在实施方式3中所用的冷却装置，既可以与在实施方式2中所用的冷却装置相同，也可以不同。

通过在打入结束后对铆钉8进行热处理而实现高强度化，能够进一步降低使用铆钉所得的接合接头的、包括铆钉在内的周边的破损。

尤其是，即使是在将包括高强度钢板在内的板组与不是高强度的通用品的铆钉接合的情况下，也能够抑制应力集中于强度低的铆钉，能够更为稳定地防止使用铆钉所得的接合接头的破损。

为了提高铆钉的强度，以往，已知有调整成分组分并实施淬火等热处理的技术(专利文献3)。但是，在该技术中，铆钉的成分组分受限制，需要用于热处理的热处理炉，产生成本的上升，而且，需要在热处理炉中进行的热处理步骤，存在导致铆钉的生产时间增加的问题。

对此，可将用于打入铆钉的冲头和冲模形成为电极体，使电流在打入板组后的铆钉流动而进行通电加热，对铆钉进行热处理，即，将钢材制的通用品的铆钉加热到成为奥氏体区域的温度，进行骤冷得到马氏体组织来实现铆钉的高强度化。因此，能够不使用热处理炉等而得到高强度的铆钉。

铆钉8的热处理中的加热温度，只要是能够将铆钉8加热到奥氏体区域即可，没有特别限定，但是，优选的是，加热至A3点～低于铆钉的熔点的温度。关于到铆钉8的最高温度为止的加热中的电流值和时间，例如，电流值可以为8kA～10kA，时间为0.1秒～1.0秒。

对铆钉8的通电加热，可以与铆钉8的打入结束同时地或者在从铆钉8的打入结束起经过预定时间后开始。第二控制装置可以以与铆钉8的打入结束同时地或者在从铆钉8的打入结束起经过预定时间后进行对铆钉8的通电加热的方式，对第二电源装置进行控制。

将铆钉8加热到奥氏体区域后的冷却条件，只要是能够得到马氏体组织的范围即可，没有特别限定，但是，冷却装置所具备的控制装置可以可以以如下方式对冷却装置进行控制：在将铆钉8加热到奥氏体区域后，使铆钉8优选以10℃/秒以上的冷却速度冷却到构成铆钉的材料的马氏体转变结束温度以下，一般而言约为200℃以下。

当在铆钉8的打入时进行经由冲头5的铆钉8的冷却的情况下，在铆钉8的打入后进行铆钉8的热处理的期间，只要通过通电加热将铆钉8加热到预定温度，则也可以持续进行经由冲头5的铆钉8的冷却，但是，优选的是，使冲头5的冷却停止或使冷却量降低，在铆钉8的热处理后，再次开始进行冷却或使冷却量增加而对铆钉8进行冷却。

冲头5只要由具有能够打入铆钉8并且能够进行通电加热的机械强度和导电率的电极体材料构成即可，其材质没有特别限定，可以从所希望的材料中选择。冲头5优选由维氏硬度Hv为300～510且导电率高的铜或铜合金构成。

冲模6只要由具有能够支撑多张金属板并且能够对板组4和铆钉8进行通电加热的机械强度和导电率的电极体材料构成即可，其材质没有特别限定，可以从所希望的材料中选择。冲模6优选是铜或铜合金。冲模6可以由与在实施方式1中所使用的材料相同的材料构成。

第二电源装置没有特别限定，可以是以往所用的电源，例如直流电源装置或交流电源装置。第二电源装置也可具有与第一电源装置同样的结构。

第二控制装置没有特别限定，可以包括公知的温度调节器。第二控制装置可以使用包括对铆钉8的温度进行计测的温度计的温度调节器来控制对冲头5和冲模6通电的电量。也可以是：预先求出铆钉8成为预定温度的电流值与时间的关系，第二控制装置以使得成为该电流值和时间的方式控制第二电源装置。

冷却装置所具备的控制装置可以使用温度调节器来控制铆钉8的热处理后的冷却速度和冷却温度。

第一电源装置和第二电源装置既可以是分别的电源装置，也可以是一体的电源装置，还可以是，第一电源装置还具有第二电源装置的功能。

在第一电源装置和第二电源装置是一体的电源装置的情况下，或者在第一电源装置还具有第二电源装置的功能的情况下，该电源装置连接于板按压件7及冲模6和冲头5及冲模6双方。

(实施方式4)

一边参照图3一边对作为优选的实施方式的实施方式4进行说明。在图3中示出表示使用了冲模的一部分具备工具钢的机械接合装置的机械接合的形态的剖视示意图。图3(a)是表示在冲模的一部分使用了工具钢的情况下、在铆钉的打入之前对板组进行通电加热的状态的剖视示意图，图3(b)是表示在冲模的一部分使用了工具钢的情况下、在铆钉的打入之后对铆钉进行通电加热的状态的剖视示意图。图3的机械接合装置，除了冲模6由工具钢制的冲模6a和铜或铜合金制的冲模6b构成以外，具有与图2的机械接合装置同样的结构。

为了抑制冲模的变形，增强冲模中的隔着板组4而与铆钉相对的部分(铆钉8要打入的部分的下方部分)的强度是有效的。因此，如图3所示，通过使冲模6中的对有可能由于打入铆钉8而变形的下侧金属板3进行约束的部分形成为工具钢制的冲模6a，能够增大冲模6的强度，能够抑制冲模6的变形。

若在将铆钉打入板组时在板按压件与冲模之间通电，或者若为了对打入后的铆钉进行热处理而在冲头与冲模之间通电，则冲模被加热。此时，若冲模的材质全部为工具钢，则冲模容易软化。因此，从使电流容易流动的观点，优选的是，使工具钢制的冲模6a的外周部分由铜或铜合金构成。

通过以包围工具钢制的冲模6a的外周部分的方式配置电阻低的铜或铜合金制的冲模6b，在板按压件7与冲模6之间通电时或者在冲头5与冲模6之间通电时，电流优先流向电阻低的外周部分，因此，工具钢制的冲模6a变得难以被加热，能够防止软化。

在冲模6的一部分由工具钢构成的情况下，只要冲模6中的至少隔着板组4而与铆钉8相对的部分由工具钢构成即可，但是，也可以是隔着板组4而与板按压件7相对的部分的一部分由工具钢构成。不过，伴随冲模6中的由铜或铜合金构成的部分的比例变小，电流会在工具钢中流动而工具钢变得容易软化，所以，可以根据板按压件7与冲模6之间或冲头5与冲模6之间的通电量，来调整由工具钢构成的部分与由铜或铜合金构成的部分的比例。

本公开还以如下的机械接合方法(以下也称为接合方法)为对象，该机械接合方法，通过冲头将铆钉打入多张金属板，包括：

准备多张金属板；

在相对地配置的冲头与冲模之间重叠地配置所述多张金属板；

将能够供所述冲头插入内部的筒状体即板按压件的一方的端部安按压于所述多张金属板的所述冲头侧的金属板；

通过所述冲头将铆钉打入由所述板按压件按压的所述多张金属板；以及

与所述铆钉的打入开始同时地，经由所述板按压件和所述冲模开始进行对所述多张金属板的通电加热，以提高所述多张金属板的温度，且对所述多张金属板进行通电加热直至所述铆钉的打入结束为止。

关于本公开的接合方法，一边参照图1一边进行说明。

准备多张金属板的板组4。板组4既可以包括至少一张拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板，也可仅包括拉伸强度低于780MPa的金属板。

将板组4载置于冲模6上，将作为筒状体的板按压件7的一方的端部按压于板组4的冲头5侧的金属板，通过冲头5将铆钉8打入由板按压件7按压的板组4。

与铆钉8的打入开始同时地，经由板按压件7和冲模6开始进行对板组4的通电，以提高板组4的温度，且对板组4进行通电直至铆钉8的打入结束为止。

优选的是，在从铆钉8的打入开始到打入结束为止的期间，经由冲头5对铆钉8进行冷却。

优选的是，在铆钉的打入后，经由冲头和冲模对铆钉通电加热进行热处理。

优选的是，冲模中的至少隔着多张金属板而与所述铆钉相对的部分的材质为工具钢，所述工具钢的外周部分的材质为铜或铜合金。

优选的是，板按压件具有能够供冲头插入的贯通孔，使冲头一边相对于贯通孔滑动一边相对于板按压件相对地移动。

优选的是，在板按压件的另一方的端部具备弹性体，弹性体经由板按压件对多张金属板施加按压力。

通过利用移动装置(没有图示)使冲头5移动，板按压件7能够经由压缩螺旋弹簧14而与冲头5一并移动并与板组4接触。利用在铆钉8不与板组4接触的位置停止的程度的加压力使板按压件7相对于冲模6移动，以使得板组4的钢板彼此紧贴。

本公开的接合方法的构成，可适用通过上述机械接合装置说明的构成。

实施例

(实施例1)

使用图1所示的机械接合装置1，作为金属板的变形阻力大的情况下的接合试验，实施了包括一张以上拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板在内的板组的接合试验。

准备了如下的板组4：作为拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板而将具有980MPa的拉伸强度的厚度为1.2mm的钢板作为上侧金属板、作为拉伸强度低于780MPa的钢板而将具有440MPa的拉伸强度的厚度为1.6mm的钢板作为上侧金属板。

如图1(a)所示，将板组4载置于铜制的冲模6上，用铜制的板按压件7按压板组4使其紧贴。作为铆钉8，准备了高硬度钢制造且直径6mm的空心铆钉并使其保持于冲头5。

开始以10mm/秒的铆钉打入速度，利用1.0％Cr-Cu制的冲头5将铆钉8打入板组4，与此同时，使用具备第一控制装置的第一电源装置，使10kA的电流在板按压件7和冲模6中流动1.0秒钟，对板组4进行加热并打入铆钉8。铆钉打入结束时的板组4的温度为750℃。得到了图1(b)所示那样的接合部，重叠的钢板彼此完全紧贴，能够不发生金属板的破裂、铆钉破损以及铆钉未贯通地进行板组的接合。

(实施例2)

作为由拉伸强度低于780MPa的金属板构成的板组，分别准备了具有590MPa和440MPa的拉伸强度的金属板来作为上侧金属板和下侧金属板，调高铆钉打入速度到20mm/秒，使20kA的电流流动0.5秒钟，除此以外，以与实施例1同样的条件进行接合试验。能够不发生金属板的破裂、铆钉破损以及铆钉未贯通地进行板组的接合。

(实施例3)

使用连接于具备温度调节器的冷却装置并且在内部具备图1所示的冷却管9的冲头5，一边经由冲头5将铆钉8冷却到30℃，一边通过冲头5打入铆钉8，以及将板组4加热到780℃，除此以外，以与实施例1同样的条件进行接合试验。能够不发生金属板的破裂、铆钉破损以及铆钉未贯通地进行板组的接合。

(实施例4)

使用图2所示的机械接合装置1，在铆钉8的打入后对铆钉8进行了热处理和冷却，除此以外，以与实施例3同样的条件进行接合试验。

在打入结束后停止对铆钉8的冷却和对板组4的加热，使用具备温度调节器的第二电源装置使8kA的电流在冲头5和冲模6流动0.5秒钟，进行加热直至铆钉8成为奥氏体区域的900℃，接着使用具备温度调节器的冷却装置以30℃/秒的冷却速度进行骤冷直至180℃。

调查了热处理后的铆钉，结果确认到具有马氏体组织。并且，实施了接合接头的接头强度试验，结果明确了与不对铆钉进行热处理的情况相比，包括铆钉在内的周边的破损进一步降低了。

(实施例5)

使用图3所示的机械接合装置1，使隔着板组4而与铆钉8相对的部分为工具钢制的冲模6a，在冲模6a的外周部分配置铜制的冲模6b，除此以外，以与实施例1同样的条件进行接合试验。能够抑制冲模6的变形，且能够不发生金属板的破裂、铆钉破损以及铆钉未贯通地进行板组的接合。

附图标记说明

1 机械接合装置

2 上侧金属板

3 下侧金属板

4 板组

5 冲头

5a 冲头的接触部分

5b 冲头的滑动部分

6 冲模

6a 工具钢制的冲模

6b 铜或铜合金制的冲模

7 板按压件

8 铆钉

9 冷却管

10 贯通孔

11 按压约束面

12 突出部

13 可动板

14 支撑件

15 压缩螺旋弹簧

16 保持板

17 树脂成形体

18 导向支撑件

Claims (10)

1.一种机械接合装置，通过冲头将铆钉打入多张金属板，具备：

冲头和冲模；

板按压件；以及

第一电源装置，

所述冲头和冲模以能够将重叠的多张金属板夹在其间的方式相对地配置，

所述板按压件是能够供所述冲头插入内部的筒状体，使所述板按压件的一方的端部与所述多张金属板的所述冲头侧的金属板接触，所述板按压件由能够按压所述多张金属板并且能够进行通电加热的电极体材料构成，

所述冲头由能够打入铆钉的材料构成，

所述冲模由能够支撑所述多张金属板并且能够进行通电加热的电极体材料构成，

所述第一电源装置构成为，与通过所述冲头开始打入铆钉同时地，开始对所述板按压件和冲模的通电以提高所述多张金属板的温度，且对所述板按压件和冲模通电直至所述铆钉的打入结束为止。

2.根据权利要求1所述的机械接合装置，

所述机械接合装置还具备冷却装置，所述冷却装置构成为，连接于所述冲头，在从所述铆钉的打入开始到打入结束为止的期间，对所述铆钉进行冷却。

3.根据权利要求1或2所述的机械接合装置，

所述冲头由能够打入所述铆钉并且能够进行通电加热的电极体材料构成，第二电源装置构成为，在通过所述冲头将所述铆钉打入之后，对所述冲头和冲模通电以使所述铆钉通电而进行热处理，

所述机械接合装置还具备冷却装置，所述冷却装置构成为，在所述铆钉的热处理后对所述铆钉进行冷却。

4.根据权利要求1或2所述的机械接合装置，

所述冲模中的至少隔着所述多张金属板而与所述铆钉相对的部分的材质为工具钢，所述工具钢的外周部分的材质为铜或铜合金。

5.根据权利要求3所述的机械接合装置，

所述冲模中的至少隔着所述多张金属板而与所述铆钉相对的部分的材质为工具钢，所述工具钢的外周部分的材质为铜或铜合金。

6.一种机械接合方法，通过冲头将铆钉打入多张金属板，包括：

准备多张金属板；

在相对地配置的冲头与冲模之间重叠地配置所述多张金属板；

将能够供所述冲头插入内部的筒状体即板按压件的一方的端部按压于所述多张金属板的所述冲头侧的金属板；

通过所述冲头将铆钉打入由所述板按压件按压的所述多张金属板；以及

与所述铆钉的打入开始同时地，经由所述板按压件和所述冲模开始进行对所述多张金属板的通电加热，以提高所述多张金属板的温度，且对所述多张金属板进行通电加热直至所述铆钉的打入结束为止。

7.根据权利要求6所述的机械接合方法，进一步包括：

在从所述铆钉的打入开始到打入结束为止的期间，经由所述冲头对所述铆钉进行冷却。

8.根据权利要求6或7所述的机械接合方法，包括：

在所述铆钉打入后，经由所述冲头和所述冲模对所述铆钉通电加热而进行热处理，接着对所述铆钉进行冷却。

9.根据权利要求6或7所述的机械接合方法，

所述冲模中的至少隔着所述多张金属板而与所述铆钉相对的部分的材质为工具钢，所述工具钢的外周部分的材质为铜或铜合金。

10.根据权利要求8所述的机械接合方法，

所述冲模中的至少隔着所述多张金属板而与所述铆钉相对的部分的材质为工具钢，所述工具钢的外周部分的材质为铜或铜合金。