CN204504006U - 超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置，旨在克服现有技术无法在保证超高强度钢板的力学性能不受影响的前提下实现超高强钢和铝合金的连接的问题。超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置包括复合冲头(1)、复合压边圈(22)与复合凹模(14)。复合冲头(1)包括第一冷却气体管道(2)与冲头主体(5)；复合压边圈(22)包括压边圈主体(23)。复合压边圈(22)和复合凹模(14)上下相对叠置，压边圈主体(23)底面和复合凹模(14)中的凹模主体(15)顶端面之间为接触连接，复合冲头(1)置于压边圈主体(23)的中心孔内为滑动连接，复合压边圈(22)、复合冲头(1)和复合凹模(14)的回转轴线共线。

Description

超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置

技术领域

本实用新型涉及一种汽车制造领域中的加工装置，更确切地说，本实用新型涉及一种超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置。

背景技术

近年来能源、环境问题日益凸显，促使汽车行业在轻量化技术高速发展。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在保证不破坏先进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先进高强钢和铝合金的连接。

自冲铆接技术是近些年发展较快的一种新的薄板材料机械连接技术。自冲铆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。

现有的自冲铆接技术在铆接铝、镁合金等塑性差的轻合金工件时，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，由于材料强度极限过高(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。

钢板在温度超过910℃时会完全相变转化成奥氏体，奥氏体有良好的延展性，此时板件的成型性会大大加强。同时铆接时板料的温度在600℃～800℃之间，这时板件的强度在应变率10/s时会从1500Mpa以上降低到300Mpa左右。

利用超高强钢的这个性质在铆接的过程中对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 冲铆接设备铆接力、框架刚度的要求。

淬冷速率对钢板成形后的力学性能有着重要的影响，只有在冷却速率高于27℃/s的时候，钢板热成形后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

本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术无法在保证超高强度钢板的力学性能不受影响的前提下实现超高强钢和铝合金的连接的问题，提供了一种超高强钢板与铝合金板自冲铆接装置。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置包括复合冲头、复合压边圈与复合凹模。

复合压边圈和复合凹模上下相对叠置，复合压边圈中的压边圈主体的底面和复合凹模中的凹模主体的顶端面之间为接触连接，复合冲头置于复合压边圈中的压边圈主体的中心孔内为滑动连接，复合压边圈、复合冲头和复合凹模的回转轴线共线。

技术方案中所述的复合冲头包括第一冷却气体管道与冲头主体。所述的冲头主体为空心的圆柱形结构件，外径为4～8mm，底部圆角半径范围为0.5mm～1mm，冲头主体的中心处沿轴向开设有阶梯孔，上段为第一空心圆孔，第一空心圆孔直径为1mm～3mm，下段孔的孔径小于第一空心圆孔的孔径，下段孔的长度为0.5mm～3mm，下段孔的孔径小于第一空心圆孔的直径大于第一冷却气体管道的内孔直径；第一冷却气体管道安装在冲头主体的第一空心圆孔内为过盈配合，第一冷却气体管道底端面和第一空心圆孔与下段孔所形成的环形端面接触连接，第一冷却气体管道下端面距冲头主体底面的距离范围为1mm～3mm。

技术方案中所述的复合压边圈还包括4个结构相同的喷火管和4个结构相同的热敏电阻。4个结构相同的喷火管装入压边圈主体上的4个结构相同的第三空心圆孔内，4个结构相同的喷火管中的喷火头与4个结构相同的第三空心圆孔之间为螺纹连接，4个结构相同的喷火管的轴线相交于压边圈主体的底面中心处，4个结构相同的热敏电阻布置在压边圈主体上的4个结构相同的压边圈下端方形凹槽中，与4个结构相同的热敏电阻连接的4根结构相同的压边圈下端导线布置在4个结构相同的压边圈下端矩形凹槽中，4个结构相同的热敏电阻凸出于压边圈主体的底面，4个结构相同的热敏电阻与被连接的上板料(17)接触连接。

技术方案中所述的压边圈主体为圆环体形结构件，压边圈主体的中心处加工有中心通孔，压边圈主体上均匀地设置有4个结构相同的斜孔即第三空心圆孔，4个结构相同的第三空心圆孔的回转轴线相交于压边圈主体的底面中心处，4个结构相同的第三空心圆孔的孔壁上加工螺纹；压边圈主体的底环面上均匀地 设置有4个结构相同的压边圈下端方形凹槽，4个结构相同的压边圈下端方形凹槽的外侧沿着直径方向设置4个结构相同的压边圈下端矩形凹槽。

技术方案中所述的4个结构相同的第三空心圆孔的直径为8～15mm，与水平面的夹角为35°～55°，4个结构相同的压边圈下端方形凹槽与压边圈主体的中心孔不连通，4个结构相同的压边圈下端方形凹槽与4个结构相同的压边圈下端矩形凹槽相连通。

技术方案中所述的复合凹模包括第二冷却气体管道与凹模主体。所述的凹模主体为圆盘类结构件，凹模主体顶端的中心处设置一个环形型腔即凹模型腔，凹模型腔是由圆柱孔侧壁、底部平面和中心处的形成凸台的圆锥面与圆球形顶面组成，底部平面与圆柱孔侧壁的底部之间采用横截面为圆弧线的1号圆环曲面连接，底部平面与圆锥面的底部之间采用横截面为圆弧线的2号圆环曲面连接，凸台的回转轴线与环形型腔的回转轴线共线，在凸台的中心处加工有与凹模主体底面垂直的第二空心圆孔。第二冷却气体管道安装在第二空心圆孔内，两者为过盈配合，第二冷却气体管道的顶端面低于凹模凸台顶面。

技术方案中所述的凹模型腔的圆柱孔侧壁直径为8mm～12mm，底部平面距凹模主体的顶端面距离范围为1.2mm～2mm，底部圆角半径即连接圆柱孔侧壁与底部平面、底部平面与圆锥面的底部圆角半径为0.5mm～2mm，形成凸台的圆锥面与垂直方向的角度为40°～60°，凸台的圆球形顶面直径为2mm～3mm，凸台顶面可高出或低于凹模主体的顶端面的距离范围为0mm～2mm，第二空心圆孔直径为1mm～3mm。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

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。本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置采用机械连接的自冲铆接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，实现超高强钢和铝合金之间的连接。

2.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超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和铝合金之间进行连接。本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置针对这种情况，在传统的自冲铆装置的基础上添加气焰加热器对超高强钢的铆接区域进行局部加热，使之完全奥氏体化，降低了材料的强度极限，增加了材料的延展性和流动性。这样就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，使超高强钢的自冲铆连接变得可行。同时气焰加热相比于激光加热更具优势，激光加热 装置体积大，现有技术较难实现设备小型化且设备造价昂贵，而气焰加热的设备体积小、现有技术已经较为成熟易实现各种改型要求且成本低。

3.气焰加热超高强度钢板后进行自冲铆接，如果在铆接完成后铆接区域钢板的淬冷速度低于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(1/3先进高强钢板原有强度极限)，超高强钢的力学性能无法保证。而常用的其他冷却方式难以有效保证冷却速度超过27℃/s，如空冷、水冷。本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置针对这种情况采取氮气冷却处理的方法，在冲头和凹模中心区域处开设圆孔插入冷却气管道然后在冷却气管中通入冷却氮气的方法，从而控制铆接过程中的淬冷速度超过27℃/s，以得到完全马氏体化的超高强度钢板。相比于其他冷却方式，氮气冷却不仅在控制冷却速度方面有很大优势，并且氮气可有效隔绝氧气，防止加热部位发生氧化，保证了超高强钢的性能不受影响。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置结构组成主视图上的全剖视图；

图2为本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置所采用的复合压边圈结构组成主视图上的全剖视图；

图3为本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置所采用的复合压边圈结构组成的仰视图；

图4为本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置所采用的复合凹模结构组成主视图上的全剖视图；

图5为本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置所采用的复合凹模结构组成的俯视图；

图6-a为安装有气焰加热装置的本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置进行铆接工作并进行加热的示意图；

图6-b为采用本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置进行铆接工作并停止加热送入铆钉的示意图；

图6-c为采用本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置进行铆接工作的铆钉接触到板料的示意图；

图6-d为采用本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置进行铆接工作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为采用本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置进行铆接工作的冷却及冲头的复位的示意图；

图中：1.复合冲头，2.第一冷却气体管道，3.第一空心圆孔，4.铆钉，5. 冲头主体，6.喷火管，7.压边圈下端方形凹槽，8.压边圈下端矩形凹槽，9.压边圈下端导线，10.凹模型腔，11.第二冷却气体管道，13.第二空心圆孔，14.复合凹模，15.凹模主体，16.下板料，17.上板料，18.喷火头，19.点火装置，20.喷火管进气接头，21.第三空心圆孔，22.复合压边圈，23.压边圈主体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

参阅图1，本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置包括复合冲头1、复合压边圈22与复合凹模14(包括第二冷却气体管道11)。

复合压边圈22和复合凹模14上下相对叠置，复合压边圈22中的压边圈主体23的底面和复合凹模14中的凹模主体15的顶端面之间为接触连接，复合冲头1置于复合压边圈22中的压边圈主体23的中心孔内为滑动连接，复合压边圈22、复合冲头1和复合凹模14的回转轴线共线即所述的同轴布置。

参阅图1，所述的复合冲头1包括第一冷却气体管道2、冲头主体5。

所述的冲头主体5为空心的圆柱形结构件，外径范围为4～8mm，底部圆角半径范围为0.5mm～1mm。冲头主体5的中心处沿轴向开设有阶梯孔，上段为第一空心圆孔3，第一空心圆孔3直径范围为1mm～3mm，下段孔的孔径小于第一空心圆孔3的孔径，下段孔的长度为0.5mm～3mm，下段孔的孔径小于第一空心圆孔3的直径大于第一冷却气体管道2的内孔直径。第一冷却气体管道2安装在冲头主体5的第一空心圆孔3内为过盈配合，第一冷却气体管道2随冲头主体5共同上下运动，可反复使用无需拆卸，第一冷却气管道2底端面和第一空心圆孔3与下段孔所形成的环形端面接触连接，第一冷却气管道2下端距冲头主体5底面距离范围为1～3mm。在铆接完成后，第一冷却气体管道2中通入冷却氮气，冷却氮气由氮气冷却装置提供，通过氮气冷却装置控制混合氮气中液氮与空气的比例，可以有效控制冷却速度，使板料铆接点处快速降温，达到快速淬冷铆接上板料17与下板料16目的的同时有效防止加热后板料发生氧化。

所述的氮气冷却装置由液氮罐、调节阀、液氮输气管、空气进气管、气体混合室、输气控制阀、混合氮气输出管组成，该氮气冷却装置可由市场选购。液氮通过调节阀进入气体混合室，并发生汽化，与空气进气管输送的干燥空气混合，通过调节阀调节液氮与空气的比例控制冷却速度，将冷却氮气通过混合氮气输出管输出。当铆接完成后，复合冲头1上行同时输气控制阀打开，冷却氮气经混合氮气输出管、第一冷却气体管道2、第二冷却气体管道11排出对接头快速冷却，复合压边圈22上的热敏电阻能及时地监测的加热上板料17的温度，当上板料17的温度达到目标温度时通过与之相连的输气控制阀终止输出氮气。

参阅图1、图2与图3，所述的复合压边圈22包括压边圈主体23、4个结 构相同的喷火管6和4～8个结构相同的热敏电阻。

所述的压边圈主体23为圆环体形结构件，压边圈主体23的中心处加工有中心通孔，压边圈主体23上均匀地设置有4个结构相同的斜孔即第三空心圆孔21，4个结构相同的第三空心圆孔21直径范围为8～15mm，与水平面的夹角范围为35°～55°，4个结构相同的第三空心圆孔21的孔壁上加工螺纹，4个结构相同的第三空心圆孔21的回转轴线相交于复合压边圈22的底面中心处。压边圈主体23的底环面上环向均匀地设置有4～8个结构相同的压边圈下端方形凹槽7，4～8个结构相同的压边圈下端方形凹槽7与压边圈主体23的中心孔不连通，而与外侧的沿着直径方向设置的4～8个结构相同的压边圈下端矩形凹槽8相连通。压边圈下端方形凹槽7中布置热敏电阻，与热敏电阻连接的压边圈下端导线9布置在压边圈下端矩形凹槽8中。热敏电阻凸出于压边圈主体23的底面，以确保热敏电阻与上板料17接触良好。

所述的喷火管6包括喷火头18、点火装置19与喷火管进气接头20。喷火管6装入压边圈主体23上的第三空心圆孔21内，喷火头18与第三空心圆孔21为螺纹连接，喷火管6的轴线相交于压边圈主体23的底面中心处，以确保气焰加热中心为被铆接的上板料17的铆接中心点处。喷火管6与燃气罐、燃气阀门、输气管、进气接头、点火装置、控制开关共同组成气焰加热装置，该气焰加热装置可由市场选购，应注意选购的喷火管直径范围在8～15mm，并自行在喷火管6的喷火头18外表面上加工与第三空心圆孔21的孔壁上相配合的螺纹。复合压边圈22上的热敏电阻能及时地监测加热的上板料17的温度，当上板料17的温度达到目标温度时通过与之相连的控制开关终止气焰加热，并启动复合冲头1进行铆接。

参阅图4与图5，所述的复合凹模14包括第二冷却气体管道11与凹模主体15。

所述的凹模主体15为圆盘类结构件，凹模主体15顶端面的中心处设置一个环形型腔即凹模型腔10。凹模型腔10是由圆柱孔侧壁、底部平面、中心处的形成凸台的圆锥面与圆球形顶面组成，凹模型腔10的结构形状会迫使铆钉4在侵入板料时腿部能够更好的张开，从而能够使上板料17与下板料16形成机械互锁结构。凹模型腔10的圆柱孔侧壁直径范围为8mm～12mm，底部平面距凹模主体15的顶端面距离范围为1.2mm～2mm，底部平面与圆柱孔侧壁的底部之间圆角半径为0.5mm～2mm，底部平面与圆锥面的底部之间采用横截面为圆弧线的圆环曲面过渡，圆环曲面的半径为0.5mm～2mm，形成凸台的圆锥面与垂直方向的角度范围为40°～60°，凸台的圆球形顶面直径为2mm～3mm，凸台的圆球形顶面可高出或低于凹模主体15的顶端面的距离范围为0mm～2mm，凸台的回转轴线与环形型腔的回转轴线共线。在凸台的中心处加工有垂直的第二空心圆孔13， 第二空心圆孔13直径范围为1mm～3mm。第二冷却气体管道11上端低于凹模凸台顶面距离为1～3mm，第二冷却气体管道11安装第二空心圆孔13内为过盈配合，可反复使用无需拆卸。在铆接完成后，复合冲头1上行同时输气控制阀打开，冷却氮气经混合氮气输出管、第二冷却气体管道11排出对接头快速冷却，使下板料16与上板料17铆接点处快速降温，同时有效防止加热后板料发生氧化。

所述冲头主体5、压边圈主体23、凹模主体15均采用硬度很高的模具钢制成。

所述铆钉4选用半空心沉头铆钉，并采用硼钢制造以满足铆接要求。铆钉的头部直径范围为5～8mm，腿部外径范围为4～6mm，铆钉总长度为5～8mm。

所述第一冷却气体管道2、第二冷却气体管道11均采用铜制金属制造。

本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置工作时，先将待铆接的上板料17与下板料16叠置于复合凹模14上，然后驱动复合压边圈22压紧上板料17与下板料16，此时点火，喷火管6喷出气焰对上板料17的铆接区域加热。上板料17的铆接区域在气焰加热下瞬间升温，通过复合压边圈22上的热敏电阻即时探测出待铆接的上板料17的温度达到最佳铆接温度时停止加热，通过送料装置送入铆钉4，然后启动复合冲头1(快速)下行进行铆接。首先复合冲头1向下推动铆钉4逐渐压入上板料17，并顺利刺穿上板料17，同时铆钉4的管状腿部也开始向外扩张，凹模形状迫使铆钉4的腿部张开。铆钉4在复合冲头1和复合凹模14的共同作用下管状腿部向周边翻开形成铆扣，从而在上板料17与下板料16间形成一个牢固的机械内锁结构。处于高温下的上板料17具有较好的延展性，因此在铆接过程中避免了上板料17与下板料16铆接时裂纹的产生，同时还减小了铆接高强钢的上板料17与下板料16的铆接力。复合冲头1上行同时输气控制阀打开，冷却氮气经第一冷却气体管道2与冷却气体管道21排出对接头快速冷却，保证得到力学性能完好的超高强钢和铝合金铆接件，铆接完成。

实施例

参阅图1，本实用新型所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置包括复合冲头1、复合压边圈22、复合凹模14。

复合压边圈22和复合凹模14上下相对叠置，复合冲头1置于复合压边圈22的中心孔内为滑动连接，复合冲头1、复合压边圈22和复合凹模14的回转轴线共线即所述的同轴布置。

参阅图1，冲头主体5为空心的圆柱形结构件，冲头主体5外径为5mm，冲头主体5底部边缘圆角半径为0.5mm，冲头主体5的中心处沿轴向开设有阶梯孔，上段为第一空心圆孔3直径为2mm，下段孔直径为1mm,长度为1mm。第一冷却气 体管道2安装在冲头主体5的第一空心圆孔3内为过盈配合，第一冷却气体管道2外径为2mm、内径为1mm。

复合冲头1底面的初始位置距上板料17为12.5mm。

参阅图2和3，压边圈主体23的侧壁有4个第三空心圆孔21，4个第三空心圆孔21直径10mm、与水平面的夹角为45°、表面加工螺纹、轴线相交于压边圈主体23的底面中心，喷火管6装入压边圈主体23的45°倾角的第三空心圆孔21内为螺纹连接，喷火管6直径10mm、表面加工螺纹、轴线相交于复合压边圈22的底面中心。

压边圈主体23在底面上沿着两条互相垂直的直径方向上设置有4条宽度为2mm压边圈下端矩形凹槽8，并在靠近中心孔内圆柱表面处分别设有宽度和高度为4mm，长度为6mm的压边圈下端方形凹槽7。压边圈下端方形凹槽7内布置热敏电阻，为确保热敏电阻能够充分接触到上板料17，热敏电阻下表面超出复合压边圈6的底面1mm，与热敏电阻连接的压边圈下端导线9布置在压边圈下端矩形凹槽8中。

参阅图4，凹模主体15中心处的凹模型腔10是由圆柱侧壁、底部平面、中心处的形成凸台的圆锥面与圆形顶面组成。凹模型腔10的圆柱侧壁直径为10mm，底部平面距凹模主体15的顶端面距离范围为1.5mm，底部平面与圆柱孔侧壁的底部之间圆角半径为0.5mm，底部平面与圆锥面的底部之间采用横截面为圆弧线的圆环曲面过渡，圆环曲面的半径为1mm，形成凸台的圆锥面与垂直方向的角度范围为45°，凸台的圆形顶面直径为3mm，凸台顶面与凹模主体15的顶端面共面，凸台的回转轴线与环形型腔的回转轴线共线。

凹模主体15的凹模型腔10的中心处即在凹模凸台的中心处加工有第二空心圆孔13，第二空心圆孔13直径为2mm。第二冷却气体管道11与第二空心圆孔13为过盈配合，第二冷却气体管道11外径为2mm、内径为1mm，第二冷却气体管道11上端低于凹模凸台顶面2mm。

本实施例所铆接的上板料17为超高强度钢板，下板料16为铝合金材料，上板料17与下板料16的厚度均为1mm。

在铆接过程中复合冲头1冲压速度为10mm/s，复合冲头1行程距离为复合冲头1的底面距上板料17的距离，本实施例中复合冲头1行程为12.5mm。

采用气焰局部加热自冲铆接装置实施铆接工作的过程：

1.参阅图6-a，在自冲铆接进行之前，通过喷火管6加热上板料17的上表面铆接位置到910℃～950℃左右，下板料16是铝合金板通过传热加热到200℃～300℃左右。通过布设在复合压边圈22底面的热敏电阻即时测量上板料17的温度，当上板料17温度达到要求时，终止加热。

2.参阅图6-b，用棘轮驱动带式送钉机构将铆钉4送入模具后，复合压边圈 22与复合凹模14通过设备中的导柱导套导向保证同轴度，即保证复合冲头1、铆钉4和复合凹模14的同轴度，然后对上板料17与下板料16进行自冲铆接。

3.参阅图6-c，复合冲头1向下带动铆钉4接触到上板料17的上表面。 

4.参阅图6-d，随着下板料16流入复合凹模14的凹模型腔20内，铆钉4的管状腿部也开始向外扩张。凹模型腔20迫使铆钉4的管状腿部扣入下板料16内，铆钉4在复合冲头1和复合凹模14的共同作用下向周边翻开形成铆扣，从而在上板料17与下板料16间形成一个牢固的机械内锁结构。

5.参阅图6-e，随着凹模上行输气控制阀打开，冷却氮气经第一冷却气体管道2与第二冷却气体管道11排出对接头快速冷却，保证冷却速率高于27℃/s，同时有效防止板料发生氧化。复合压边圈22上的热敏电阻能及时地监测上板料17的温度，当上板料17的温度达到目标温度时终止输出氮气。

Claims (7)

1.一种超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置包括复合冲头(1)、复合压边圈(22)与复合凹模(14)；

复合压边圈(22)和复合凹模(14)上下相对叠置，复合压边圈(22)中的压边圈主体(23)的底面和复合凹模(14)中的凹模主体(15)的顶端面之间为接触连接，复合冲头(1)置于复合压边圈(22)中的压边圈主体(23)的中心孔内为滑动连接，复合压边圈(22)、复合冲头(1)和复合凹模(14)的回转轴线共线。

2.按照权利要求1所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的复合冲头(1)包括第一冷却气体管道(2)与冲头主体(5)；

所述的冲头主体(5)为空心的圆柱形结构件，外径为4～8mm，底部圆角半径范围为0.5mm～1mm，冲头主体(5)的中心处沿轴向开设有阶梯孔，上段为第一空心圆孔(3)，第一空心圆孔(3)直径为1mm～3mm，下段孔的孔径小于第一空心圆孔(3)的孔径，下段孔的长度为0.5mm～3mm，下段孔的孔径小于第一空心圆孔(3)的直径大于第一冷却气体管道(2)的内孔直径；

第一冷却气体管道(2)安装在冲头主体(5)的第一空心圆孔(3)内为过盈配合，第一冷却气体管道(2)底端面和第一空心圆孔(3)与下段孔所形成的环形端面接触连接，第一冷却气体管道(2)下端面距冲头主体(5)底面的距离范围为1mm～3mm。

3.按照权利要求1所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的复合压边圈(22)还包括4个结构相同的喷火管(6)和4个结构相同的热敏电阻；

4个结构相同的喷火管(6)装入压边圈主体(23)上的4个结构相同的第三空心圆孔(21)内，4个结构相同的喷火管(6)中的喷火头(18)与4个结构相同的第三空心圆孔(21)之间为螺纹连接，4个结构相同的喷火管(6)的轴线相交于压边圈主体(23)的底面中心处，4个结构相同的热敏电阻布置在压边圈主体(23)上的4个结构相同的压边圈下端方形凹槽(7)中，与4个结构相同的热敏电阻连接的4根结构相同的压边圈下端导线(9)布置在4个结构相同的压边圈下端矩形凹槽(8)中，4个结构相同的热敏电阻凸出于压边圈主体(23)的底面，4个结构相同的热敏电阻与被连接的上板料(17)接触连接。

4.按照权利要求1所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的压边圈主体(23)为圆环体形结构件，压边圈主体(23)的中心处加工有中心通孔，压边圈主体(23)上均匀地设置有4个结构相同的斜孔即第三空心圆孔(21)，4个结构相同的第三空心圆孔(21)的回转轴线相交于压 边圈主体(23)的底面中心处，4个结构相同的第三空心圆孔(21)的孔壁上加工螺纹；压边圈主体(23)的底环面上均匀地设置有4个结构相同的压边圈下端方形凹槽(7)，4个结构相同的压边圈下端方形凹槽(7)的外侧沿着直径方向设置4个结构相同的压边圈下端矩形凹槽(8)。

5.按照权利要求4所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的4个结构相同的第三空心圆孔(21)的直径为8～15mm，与水平面的夹角为35°～55°，4个结构相同的压边圈下端方形凹槽(7)与压边圈主体(23)的中心孔不连通，4个结构相同的压边圈下端方形凹槽(7)与4个结构相同的压边圈下端矩形凹槽(8)相连通。

6.按照权利要求1所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的复合凹模(14)包括第二冷却气体管道(11)与凹模主体(15)；

所述的凹模主体(15)为圆盘类结构件，凹模主体(15)顶端的中心处设置一个环形型腔即凹模型腔(10)，凹模型腔(10)是由圆柱孔侧壁、底部平面和中心处的形成凸台的圆锥面与圆球形顶面组成，底部平面与圆柱孔侧壁的底部之间采用横截面为圆弧线的1号圆环曲面连接，底部平面与圆锥面的底部之间采用横截面为圆弧线的2号圆环曲面连接，凸台的回转轴线与环形型腔的回转轴线共线，在凸台的中心处加工有与凹模主体(15)底面垂直的第二空心圆孔(13)；

第二冷却气体管道(11)安装在第二空心圆孔(13)内，两者为过盈配合，第二冷却气体管道(11)的顶端面低于凹模凸台顶面。

7.按照权利要求6所述的超高强钢板与铝合金板的自冲铆接装置，其特征在于，所述的凹模型腔(10)的圆柱孔侧壁直径为8mm～12mm，底部平面距凹模主体(15)的顶端面距离范围为1.2mm～2mm，底部圆角半径即连接圆柱孔侧壁与底部平面、底部平面与圆锥面的底部圆角半径为0.5mm～2mm，形成凸台的圆锥面与垂直方向的角度为40°～60°，凸台的圆球形顶面直径为2mm～3mm，凸台顶面可高出或低于凹模主体(15)的顶端面的距离范围为0mm～2mm，第二空心圆孔(13)直径为1mm～3mm。