[發明專利]金屬板材旋轉摩擦鉚接方法

無效

• 申請號: 201210081905.7
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102615508A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 王明星;張興璐;韓高錕;王培中;劉忠俠
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04;B21J15/04;B23K20/12
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

技術領域

本發明涉及金屬材料鉚焊技術領域，尤其是涉及一種旋轉摩擦鉚接方法。

背景技術

車身輕量化是降低汽車能源消耗的一條重要途徑。為了減輕車體重量，可以在生產汽車時增加輕有色金屬合金的使用量，如鋁合金、鎂合金等。連接技術是金屬材料應用中不可缺少的關鍵技術。金屬材料的連接技術已有很多種，如：電焊(Electric?welding)?、電阻點焊(Resistance?Spot?Welding)、旋轉磨擦點焊(Friction?Stir?Spot?Welding)、固態鉚接(Solid?Riveting)、拉鉚接(Blind?Riveting)、旋轉磨擦拉鉚接(Friction?Stir?Blind?Riveting)?、自沖鉚接(Self-piercing?Riveting)以及無鉚釘鉚接(Clinching)等等（詳見參考文獻1-2）。對于輕有色金屬合金而言，大多都具有高導電、導熱性以及在焊接過程中易于形成氧化層等特性，因而傳統的電焊技術、點焊技術以及旋轉磨擦焊技術并不適用于它們的連接。對于不同質金屬材料，由于材料之間性質的巨大差異，使用電焊技術、點焊技術和旋轉磨擦焊技術更是難以實現有效連接；固態鉚接和拉鉚接需要預先打孔才能進行鉚接，不適合快速的批量化生產；旋轉磨擦拉鉚接仍處于研究階段，目前還難以應用于實際。

自沖鉚接技術和無鉚釘鉚接技術都屬機械連接技術，它們能克服傳統的熔焊技術在連接輕有色金屬合金材料、不同質板材以及涂有保護層板材時存在的不足（詳見參考文獻3），在汽車生產中已得到廣泛應用。自沖鉚接是一種冷變形連接工藝，在鉚接時，將被鉚接板材放在一個內設有錐型凸臺的小型模具之上并壓緊，由沖頭將一個半空心鋼質鉚釘沖壓進入板材，鉚釘穿透上層板后進入下層板，并在模具內錐型凸臺的作用下使鉚釘的空心部分擴張，形成機械互鎖（詳見參考文獻2）。在自沖鉚接過程中，鉚接處的材料要經受很大的局部變形，特別是在下層板的鉚接處更是如此；無鉚釘鉚接技術也是一種冷變形連接工藝，鉚接時引起的局部變形更大。所以，自沖鉚接技術和無鉚釘鉚接技術僅適用于常溫下具有良好塑性和變形能力的金屬材料。而對于塑性和變形能力較差的金屬材料，使用自沖鉚接技術和無鉚釘鉚接技術進行鉚接時，鉚接處的材料常常會出現開裂而使連接失效。例如，使用自沖鉚接技術連接塑性和形能力較差的鑄造鋁合金和鎂合金板材時，鉚接處的材料很容易發生脆裂而形成裂紋，致使鉚接失敗。鉚接前，對低塑性金屬板材進行加熱對改善自沖鉚接和無鉚釘鉚接的鉚接效果有一定幫助，但加熱過程不僅增加了鉚接時間，而且還要配備一套加熱設備，增加了鉚接成本。

通過檢索發現，在已公開的中國發明專利申請中，有一項名稱為“自沖磨擦鉚焊連接裝置”(中國專利公開號:CN101817142A)的發明專利申請。該裝置包括：可高速旋轉的驅動針、壓邊圈、環形導槽、環形定位彈簧、半空心鉚釘和結構類似于自沖鉚接技術中使用的中部帶有錐形凸臺的空腔圓型模具。其鉚焊過程是：通過驅動針插入鉚釘頭部的凹槽使半空心鉚釘旋轉進入待鉚接板材，鉚釘穿透上層板后進入下層板，并在模具內錐型凸臺的作用下使鉚釘的空心部分向外擴張變形，形成機械互鎖，實現鉚接，同時，由于摩擦加熱的作用，鉚釘與被鉚接板材之間也有一定的焊接效果。該發明裝置對連接低塑性金屬板材有一定的效果。但這種鉚焊方式存在不足,?從該技術的鉚焊過程可以看出：鉚釘與被鉚接板材之間機械互鎖的形成過程（即：鉚釘在模具內的擴張變形過程）是在鉚釘仍處于高速旋轉的過程中進行并完成的，而在此過程中，如果驅動針或鉚釘出現微小擺動或者鉚釘的軸對稱性較差，就將導致鉚釘在板材內出現攪動現象，使鉚釘與被鉚接板材之間形成較大的間隙，從而影響板材與鉚釘之間的機械互鎖效果和焊接效果，最終影響鉚接接頭的力學性能。因此，要利用該鉚焊方法獲得性能穩定的連接接頭，對驅動針和鉚釘旋轉的穩定性以及鉚釘的加工精度都有很高的要求。