CN107614147B - 机械接合装置以及机械接合方法 - Google Patents
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Abstract
提供能够降低进行铆钉接合所得的接合接头的包括铆钉在内的周边部位的破损的机械接合装置。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、冲模、板按压件、第一电源装置、第二电源装置以及冷却装置，第一电源装置构成为，在通过冲头打入铆钉之前，对板按压件和冲模通电以使多张金属板的温度提高，第二电源装置构成为，在通过冲头打入铆钉之后，对冲头和冲模通电以使铆钉通电而进行热处理，冷却装置构成为，连接于冲头，在铆钉的热处理后对铆钉进行冷却。
Description
技术领域
本公开涉及机械接合装置，尤其涉及将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接合的机械接合装置。
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断强度(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，一边利用冲头打入铆钉，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，冲模侧的金属板的变形变得非常大，由于延展性不足或变形局部化，在冲模侧的金属板产生破裂这一问题；当在剪断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，作为将多张钢板接合的技术而言是有效的，对于拉伸强度到619MPa为止的高强度钢板进行了研究。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，对包括一张以上强度高的钢板例如具有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。
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
在专利文献2中公开了能够应用于具有高强度或高加工硬化后的钢板的技术。然而，在使用专利文献2公开的技术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接合，当实施对所得到的接合接头的接头强度试验时，有时包括铆钉在内的周边会破损。
本公开鉴于上述现有技术的现状，目的在于提供一种即使在对包括一张以上拉伸强度大的高强度钢板在内的多张金属板进行铆钉接合的情况下也能够降低所得到的接合接头的包括铆钉在内的周边的破损的机械接合装置。
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。得到了下述见解：在将包括一张以上具有780MPa以上的拉伸强度的钢板(以下也称为“高强度钢板”)在内的重叠的多张金属板(以下也称为“板组”)与不是高强度的通用品的铆钉接合时，应力会集中于强度低的铆钉，会发生包括铆钉在内的周边的破损。
因此，本发明人对于提高铆钉强度的技术方案进行了锐意研究。其结果，得到了下述见解：通过将铆钉打入的冲头和冲模由电极体材料构成，在打入板组后的铆钉中流动电流而进行通电加热，对铆钉进行热处理，因此铆钉的强度变高，包括铆钉在内的周边的破损减少。
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；
第一电源装置；
第二电源装置；以及
冷却装置，
所述冲头和冲模以能够将重叠的多张金属板夹入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并且能够进行通电加热的电极体材料构成，
所述冲模由能够支撑所述多张金属板并且能够对所述铆钉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，在通过所述冲头打入所述铆钉之前，对所述板按压件和所述冲模通电以提高所述多张金属板的温度，
所述第二电源装置构成为，在通过所述冲头打入所述铆钉之后，对所述冲头和所述冲模通电以使所述铆钉通电而进行热处理，
所述冷却装置构成为，连接于所述冲头，在所述铆钉的热处理后对所述铆钉进行冷却。
(2)根据上述(1)所述的机械接合装置，
所述冷却装置进一步构成为，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。
(4)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；
在所述铆钉的打入之前，经由所述板按压件和所述冲模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；以及
在通过所述冲头打入所述铆钉之后，经由所述冲头和所述冲模对所述铆钉进行通电加热，接着对所述铆钉进行冷却。
(5)根据上述(4)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。
(6)根据上述(4)或(5)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，在对多张金属板打入铆钉后，铆钉被进行热处理而成为高强度，因此能够降低接合接头的包括铆钉在内的周边的破损。
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)是示出在铆钉的打入之前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2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2(a)是示出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2(b)是示出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。
具体实施方式
本发明人在对进行铆钉接合而得到的接合接头的接头强度试验中，对在包括铆钉在内的周边产生的破损进行了调查。其结果，得到了下述见解：包括铆钉在内的周边的破损，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时发生。本发明人认为这是因为应力集中于强度低的铆钉从而致使进行铆钉接合而得到的接合接头破损。
于是，本发明人研究了提高铆钉的强度的方法。作为提高铆钉的强度的方法，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，需要在热处理炉内进行的热处理步骤，存在导致铆钉的生产时间增加的问题。
因此，研究了以不使用热处理炉的方式通过机械接合装置来实现铆钉的热处理的方法，结果就想到了：利用电极体材料构成用于打入铆钉的冲头和冲模，使电流在打入板组后的铆钉中流动而进行通电加热，对铆钉进行热处理。也就是说，想到了：将钢材制的通用品的铆钉加热到成为奥氏体区域的温度，进行冷却使其成为马氏体组织而使铆钉高强度化。
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；
第一电源装置；
第二电源装置；以及
冷却装置，
所述冲头和冲模以能够将重叠的多张金属板夹入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并且能够进行通电加热的电极体材料构成，
所述冲模由能够支撑所述多张金属板并且能够对所述铆钉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，在通过所述冲头打入所述铆钉之前，对所述板按压件和所述冲模通电以提高所述多张金属板的温度，
所述第二电源装置构成为，在通过所述冲头打入所述铆钉之后，对所述冲头和所述冲模通电以使所述铆钉通电而进行热处理，
所述冷却装置构成为，连接于所述冲头，在所述铆钉的热处理后对所述铆钉进行冷却。
以下，一边参照附图一边对本公开的机械接合装置(以下也称为“接合装置”)进行说明。为了便于说明，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)是示出在铆钉的打入之前对板组进行通电加热的形态的剖视示意图，图1(b)是示出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。
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夹入其间的方式相对地配置。在冲头5的外周配置有板按压件7。
机械接合装置1具备：在通过冲头5打入铆钉8之前对板按压件7和冲模6通电以提高板组4的温度的第一电源装置(没有图示)；和对冲头5和冲模6通电以使通过冲头5打入的铆钉8被进行热处理的第二电源装置(没有图示)。
打入铆钉8之前指的是要通过冲头5打入的铆钉8与板组4的冲头侧的金属板接触之前。
通过在打入铆钉8之前提高板组4的温度，金属板软化，铆钉8的打入变得容易，尤其是在板组4包括780MPa以上的高强度钢板的情况下，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。
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)，能够将板组4加热到所希望的温度。
第一控制装置进行如下控制：在铆钉8的打入之前对板按压件7和冲模6通电以使板组4升温，而且，对板按压件7和冲模6通电直至铆钉8的打入结束为止以将板组4加热到预定的温度。
对板组4的通电加热，在铆钉8的打入之前开始，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地停止。
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。
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的加热温度的下限只要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。在打入开始时间点也可以比上述温度范围低，但是，优选的是，在打入结束之前被加热到上述温度范围，更优选的是，在打入开始之前或在打入开始时间点板组4被加热到上述温度范围，板组4的温度维持在上述温度范围直至打入结束为止。板组4的温度的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。
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打入铆钉8之后，经由冲头5和冲模6对铆钉8通电而进行热处理。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。
机械接合装置1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在铆钉的热处理后对铆钉进行冷却。
可以使用第二电源装置和冷却装置，在铆钉8的打入结束之后，进行将铆钉加热到奥氏体区域的热处理，接着进行冷却。由此，能够使铆钉8具有马氏体组织，能够实现铆钉8的强度提高。
铆钉8的热处理中的加热温度，只要能够将铆钉8加热到奥氏体区域即可，没有特别限定，但是，优选的是，加热到A3点～低于铆钉的融点的温度。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，时间可以为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。
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。图1(a)中例示了配置于冲头5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。
冷却装置具备控制装置，控制装置能够控制冷却温度、冷却速度以及冷却开始及结束的定时。
将铆钉8加热到奥氏体区域后的冷却条件，只要是能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以如下方式控制冷却装置：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。
第一电源装置和第二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、第二控制装置以及设置于冷却装置的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预定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控制第一电源装置。
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，预先求出使铆钉8成为预定的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。
设置于冷却装置的控制装置可以使用温度调节器来控制铆钉8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，第一电源装置也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也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。
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并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。
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。
可以用作构成冲头5、冲模6、板按压件7以及冷却管9的材料的铜合金，优选是铬铜或者氧化铝分散铜。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，更优先是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进行接合并且通过打入后的热处理和冷却能够得到马氏体组织的材质即可，没有特别限定，例如可以是机械构造用钢、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，也可以使用具有磁力的材质构成冲头5和支撑部件并使铆钉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12，在其中央部具有大致圆锥台形状的突出部13。突出部13的顶部也可以比冲模6的上表面稍低。突出部13的根部侧也可以以与按压约束面12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。另外，用实线箭头例示了从冲头5朝向冲模6的电流的流动，但是只要能够对铆钉8进行通电加热即可，也可以为从冲模6朝向冲头5的电流的流动。在图2中也是同样。
(实施方式2)
一边参照图1一边说明作为优选的实施方式的实施方式2。
冷却装置还优选构成为，经由冲头5，在从铆钉的打入开始到打入结束为止的期间，对铆钉进行冷却。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的冷却既可以从铆钉8的打入之前开始，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。
设置于冷却装置的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刻、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。
在进行铆钉8的热处理期间，也可以持续进行经由冲头5的对铆钉8的冷却，但是，优选的是，使冷却装置的冷却量降低，更优选的是使冷却装置停止。
(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2(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2(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2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1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2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，或者若在进行打入后的铆钉的热处理时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也由工具钢构成。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；
在所述铆钉的打入之前，经由所述板按压件和所述冲模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；以及
在通过所述冲头打入所述铆钉之后，经由所述冲头和所述冲模对所述铆钉进行通电加热，接着对所述铆钉进行冷却。
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，也可以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。
在铆钉的打入之前，经由板按压件7和冲模6开始进行对板组4的通电加热以提高板组4的温度，且对板组4进行通电加热直至铆钉8的打入结束为止。
在铆钉的打入之后，经由冲头和冲模使铆钉通电而加热到成为奥氏体区域的温度，接着进行冷却而使其成为马氏体组织，使铆钉高强度化。
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，冲模中的至少隔着多张金属板而与铆钉相对的部分的材质为工具钢，工具钢的外周部分的材质为铜或铜合金。
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，进行了在板组中使用了铆钉的机械接合，进行了接合接头的接头强度试验。
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。准备了高硬度钢制且直径6mm的空心铆钉并使其保持于冲头5。
使用具备温度调节器的第一电源装置，使10kA的电流在板按压件7和冲模6中流动1秒钟，在达到750℃之后，通过1.0％Cr-Cu制的冲头5打入铆钉8而进行了接合。
打入结束之后，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，加热到铆钉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℃/秒的冷却速度骤冷到150℃。
调查了热处理后的铆钉，结果确认到其具有马氏体组织。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部位的破损减少了。
(实施例2)
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℃一边利用冲头5打入铆钉8，和将板组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。能够不发生铆钉破损地对进行板组的接合。
(实施例3)
使用图2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 冲头的大径部
5b 冲头的小径部
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 绝缘层
12 按压约束面
13 突出部
14 可动板
15 支撑件
16 压缩螺旋弹簧
17 保持板
18 树脂成型体
19 导向支撑件
Claims (6)
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；
第一电源装置；
第二电源装置；以及
冷却装置，
所述冲头和冲模以能够将重叠的多张金属板夹入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并且能够进行通电加热的电极体材料构成，
所述冲模由能够支撑所述多张金属板并且能够对所述铆钉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，在通过所述冲头打入所述铆钉之前，对所述板按压件和所述冲模通电以提高所述多张金属板的温度，
所述第二电源装置构成为，在通过所述冲头打入所述铆钉之后，对所述冲头和所述冲模通电以使所述铆钉通电而进行加热到奥氏体区域的热处理，
所述冷却装置构成为，连接于所述冲头，在所述铆钉的热处理后以30℃/秒以上的冷却速度对所述铆钉进行冷却至200℃以下而所述铆钉具有马氏体组织。
2.根据权利要求1所述的机械接合装置，
所述冷却装置进一步构成为，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。
4.一种机械接合方法，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；
在所述铆钉的打入之前，经由所述板按压件和所述冲模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；以及
在通过所述冲头打入所述铆钉之后，经由所述冲头和所述冲模对所述铆钉进行加热到奥氏体区域的通电加热，接着以30℃/秒以上的冷却速度对所述铆钉进行冷却至200℃以下而在所述铆钉形成马氏体组织。
5.根据权利要求4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。
6.根据权利要求4或5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。
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