[發明專利]基于逆變電阻焊與交流伺服直驅沖壓板材的復合連接裝置

有效

• 申請號: 201410022264.7
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103801813A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 趙升噸;韓曉蘭;趙永強;范淑琴;張晨陽;劉辰;徐凡;郭桐
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23K11/30
• 分類號: B23K11/30;B23K11/36
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明屬于汽車用板材連接技術領域，特別涉及基于逆變電阻焊與交流伺服直驅沖壓板材的復合連接裝置。

背景技術

隨著汽車產業的不斷發展，對于汽車的節能、減排提出了越來越高的要求。實際運行證明，汽車自重每降低11%，則油耗可降低8～11%，二氧化碳的排放量亦隨之下降4%。因此，輕量化已成為現代汽車發展的重要方向。

汽車輕量化與輕量化材料的應用密切相關，汽車輕量化材料包括鋼板、鋁合金、工程塑料和鎂合金這四大類材料。目前，板材的連接方式主要有點焊、電阻焊、氣體保護焊和沖壓連接四類。由于鋁及鋁合金的屬性決定了在成形和連接上存在一些不可避免的缺點，鋁合金電阻點焊技術存在諸如電極磨損較快、壽命低、飛濺較大、焊點表面成型差及點焊接頭質量不穩定等問題，目前仍未完全解決。鋁合金電阻點焊主要存在電極燒損及壽命問題。此外鋁及鋁合金不宜進行熔化焊，通常采用惰性氣體焊接。惰性氣體保護焊MIG焊接速度快，質量一般，飛濺較大。空氣中的惰性氣體的含量較少，提取成本高。沖壓連接包括鎖鉚連接和無鉚連接兩種形式。鎖鉚連接是指鉚釘在外力作用下，通過穿透第一層材料和中間層材料，并在底層材料中進行流動和延展，形成一個相互鑲嵌的塑性變形的鉚釘連接過程。無鉚釘連接是在專用的無鉚連接模具在外力的作用下，迫使被連接的材料組合在連接點處產生材料流動，形成一個相互鑲嵌的塑性變形連接過程。與傳統工藝相比可減少了加工工序，生產效率高。但是目前鎖鉚設備和無鉚設備主要是采用氣壓驅動和液壓驅動。氣壓驅動具有結構復雜、造價高和噪聲大等缺點；液壓驅動時，油液受溫度的影響或油液中混入空氣會影響系統工作的可靠性，發生故障時不易排除；并且對于高強度鋼板與高強度鋼板之間的連接比較困難。

因此，為了進一步改善板料的鎖鉚連接和無鉚連接的連接強度和接頭鏈接質量，提出了基于逆變電阻焊與交流伺服直驅沖壓板材的復合連接裝置，利用逆變電阻焊原理，將板料在連接前進行預熱，預熱后的板料再進行鎖鉚連接和無鉚連接。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供基于逆變電阻焊與交流伺服直驅沖壓板材的復合連接裝置，實現高強度鋼板與高強度鋼板或其它金屬材料的連接，或者多層板材的連接，具有設備成形力低、設備運行平穩和連接強度高等優點。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

基于逆變電阻焊與交流伺服直驅沖壓板材的復合連接裝置，包括電源和并排設置的固定在機架3上的對被連接件的加熱結構和沖壓機構；

所述的加熱結構包括第一伺服電機1，第一伺服電機1的輸出軸與第一絲杠4相連，第一螺母5連接在第一絲杠4上，第一螺母套7和第一螺母5固定；第一導柱6連接在第一法蘭2上，第一螺母5沿第一導柱6滑動，第一伺服電機1經第一法蘭2固定在機架3上；第一電極平板8連接在第一螺母套7上，上電極9連接在第一電極平板8的前端；第二電極平板11固定在機架3上，下電極10連接在第二電極平板11的前端；上電極9和下電極10同軸；硬鏈接銅排23一端固定在機架3上，另一端與第二電極平板11相連接；軟連接銅皮22一端固定在機架3上，另一端與第一電極平板8相連接；

所述的沖壓機構包括第二伺服電機12，第二伺服電機12的輸出軸直接與減速器13的輸入軸相連，減速器13的輸出軸與第二絲杠15相連，第二螺母16連接在第二絲杠15上，第二螺母套17固定連接在第二螺母16上，第二螺母套17一端固定在滑塊20上，滑塊20沿導軌21滑動，導軌21固定在機架3上，沖頭18連接在第二螺母套17上；下模具19經下模架固定在機架3上；

所述電源由逆變電阻焊電源和伺服電機電源組成，從電網輸入的三相交流電經整流和濾波之后分為兩路，一路為逆變電阻焊電源，一路為伺服電機電源；逆變電阻焊電源向加熱結構供電，伺服電機電源向伺服電機供電。

所述復合連接裝置的板材連接流程為：對被連接件的加熱是指通電之前先利用電極平板向板材加壓，建立接觸與導電通路，保持電阻穩定，再利用電極平板向板材通電，基于脈寬調制（PWM）方法調節焊接電流，控制電流的上升速度，控制加熱溫度，通過加熱以增加板材的塑性，降低板材壓力連接時的變形抗力；當達到被連接板材的變形溫度或達到其中一種板材的變形溫度時停止通電，否則繼續加熱；斷電后將板料加熱后的區域移動至沖頭位置進行沖壓；對被連接件的沖壓是指從沖頭接觸到板料被加熱后的區域開始，直至材料完全充滿下模具，形成沖壓圓點。