适用于高强度钢板的自动化感应加热铆接设备的制作方法

本发明属于铆接设备，具体涉及一种适用于工件上部为高强度钢板的自动化感应加热铆接设备。高强度钢板包括屈服强度≥300mpa的钢板、屈服强度≥600mpa的先进高强钢板或屈服强度≥1000mpa的超高强钢板。本发明中的自动化感应加热铆接设备主要针对含有厚度较厚，如1.8mm厚度以上的高强钢，或者强度更高的如1.4mm厚度以上的先进高强钢，或1mm厚度以上的超高强钢为铆接工件上部的工业场景。

背景技术：

1、普通spr（自冲铆接，self-piercing riveting）针对较厚的高强度钢板时，需要的冲压力较大或铆钉无法直接压入。通过加热软化，可以降低材料强度，减少需要的冲压力从而能够实现铆接。同时，强度高的材料在下侧不利于铆接成型，因此高强度钢板都设置在铆钉压入侧。

2、现有用于高强度钢板的铆接设备主要存在以下技术问题：

3、首先，从工艺角度上看，目前有使用如等离子加热的手段，但是等离子加热需要保护气体同时产生明火，对车间环境要求高、代价大，且加热局限于工件表面，深入材料需要靠材料本身的热传导，效率较低。

4、其次，现有的其他加热手段或加热结构存在诸多问题；如专利cn104384422a公开了一种面向超高强度钢与轻金属的自冲铆接装置及方法，其线圈需要单独的主动执行机构驱动，还需要与铆枪移入做时序配合，易存在干涉风险；其采用的感应线圈结构位于板件的下方，且需要与板件保持1-2mm的精确间隙，对控制要求高。同时，该专利中为了加热超高强度钢并保护轻金属，需要在板件间预涂低热导率的粘结剂，而现有汽车车身的结构胶基本不属于这个范围，大大限制了实际的应用场景。该专利的超高强度钢位于板件的上方，线圈和超高强度钢之间具有粘结剂和轻金属，导致其不仅对超高强度钢的加热效果不佳，且容易对轻金属造成影响。

5、又如专利cn102764822a公开了一种铆固方法和用于执行铆固的工具，感应线圈同样位于工件的下方，用于对工件的下部板材进行加热。其先对板件进行加热，之后感应线圈固定不动，模具上移至感应线圈的内部，感应线圈再对位于其内部的模具进行加热。但是，该专利中的装置和方法具有如下缺陷：1、该专利并没有给出对应感应线圈的执行机构的具体结构，且板件需要和线圈保持悬空并保持在固定距离，难以控制并保证准确性；且对应感应线圈的执行机构与铆接的执行机构容易发生干涉；2、该专利采用同一个线圈对板件和模具进行加热，但是感应涡流集中产生于模具的外圆周表层，与工件相接触的模腔工作面无法被直接感应加热，热量需要依靠固体热传导由模具外壁传递至型腔工作面；当模具直径较大时，外壁至型腔工作面传热路径长，热传导效率低，模具外壁与型腔工作面会形成较大温差，易导致模具损坏；3、若为提升模具的型腔工作面温度而延长加热时间，模具外壁极易发生超温，当外壁温度超过模具钢回火温度，会造成模具材料强度、硬度永久性衰减，产生热疲劳损伤，造成模具提前失效损坏，生产稳定性差。

6、以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本发明的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本发明的申请日以前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本发明的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种改进的适用于高强度钢板的自动化感应加热铆接设备，能够直接在工件的上方对上部的高强度钢板进行加热，且线圈能够在铆接时被动退让，无需主动驱动。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

3、一种适用于高强度钢板的自动化感应加热铆接设备，包括感应加热装置、第一模具、第二模具和用于驱动所述第一模具和第二模具之间相互靠近并进行铆接的驱动装置，工件的上部为高强度钢板，所述感应加热装置用于与所述高强度钢板接触并对其进行感应加热，所述感应加热装置包括线圈、导向件和弹性件，所述导向件与所述线圈固定连接且同步移动，所述线圈在铆接时沿着所述第一模具向上移动；所述导向件套设在所述第一模具上，所述导向件用于在所述线圈相对于所述第一模具移动时进行导向，所述弹性件用于使得线圈具有其底面低于所述第一模具底面的趋势，所述感应加热装置工作时，所述线圈的局部与高强度钢板贴合。弹性件优选为机械弹簧。弹性件使得线圈具有向下运动的趋势，用于复位且提供线圈底部贴合工件的预紧力，同时能够在铆接时与第一模具的底面配合压紧工件的上表面，在一定程度上提升工件铆接位置的表面平整性。

4、根据本发明的一些优选实施方面，所述线圈具有第一状态和第二状态，所述第一状态下，所述线圈的底面低于所述第一模具的底面，所述线圈的底面用于与高强度钢板贴合并对其进行感应加热；所述第二状态下，所述线圈的底部套设在所述第一模具上，且所述线圈的底面与所述第一模具的底面齐平或高于所述第一模具的底面，用于进行铆接。在第一状态向第二状态切换时，第一模具向下移动或工件推动线圈向上移动，并对弹性件进行压缩，第一模具的底部进入贯穿孔内，第一模具的底部接触工件后准备进行铆接，此时为第二状态。铆接完成后，工件撤出，在弹性件的弹性恢复力的作用下，推动线圈向下移动，并使得线圈的底面低于第一模具的底面，完成第二状态向第一状态的切换。

5、优选所述导向件的长度大于第一状态下所述线圈的底部与所述第一模具底部之间的间距，避免线圈脱离第一模具，加强线圈与第一模具的对中性。

6、根据本发明的一些优选实施方面，所述线圈的底部具有贯穿孔，所述贯穿孔用于在所述第二状态下容纳所述第一模具的下端部，以使得线圈能够相对于第一模具移动，进行第一状态和第二状态的切换。

7、根据本发明的一些优选实施方面，所述第一模具包括第一筒部和第二筒部，所述第一筒部的外径大于所述第二筒部，所述第二状态下，所述线圈套设在所述第一模具的第二筒部上，第一状态下，线圈由第一模具的第二筒部上脱离。优选所述导向件的长度大于第二筒部的长度，使得在线圈底部距离第一模具底部最远的时候，导向件仍然套设在第一模具上，实现导向和对中。

8、根据本发明的一些优选实施方面，所述线圈包括依次设置的连接部、过渡部和加热部，所述加热部、导向件与所述第一模具同轴设置并在所述第二状态下套设在所述第一模具的外周上，所述加热部靠近高强度钢板的一侧具有隔热层，所述导向件固定在所述加热部远离所述隔热层的一侧。所述贯穿孔设置在所述加热部上。所述加热部的下表面、隔热层平面设置，以用于与工件的高强度钢板贴合。加热部用于对高强度钢板进行感应加热，且优选对应加热部的侧边和上方设置有导磁材料如硅钢片或铁氧体磁芯材料，避免加热时磁感线外溢，以控制加热区域，增加对加热部下方的高强度钢板的加热效果，并避免对加热部上方第一模具的影响。优选过渡部倾斜设置，角度优选为30°-60°。隔热层为氮化硅或碳化硅材料的隔热垫，或直接喷涂在加热部靠近工件的一侧表面上0.1~2mm厚度的隔热涂层。

9、根据本发明的一些优选实施方面，所述加热部的内径大于所述第二筒部的外径且小于第一筒部的外径，使得加热部能够套设在第二筒部上并相对第二筒部移动，同时又能够由第一筒部的底部对加热部上移的极限位置进行限位；所述导向件的内径大于所述第一筒部的外径，以使得导向件能够套设在第一筒部上并移动。

10、根据本发明的一些优选实施方面，所述线圈的内部设置有冷却通道，所述冷却通道内具有冷却介质。冷却介质优选为水，水在线圈内部的冷却通道循环流动，以对线圈进行降温。

11、根据本发明的一些优选实施方面，所述感应加热装置包括水电模块，所述连接部与所述水电模块连接；所述水电模块用于向所述冷却通道内通入冷却介质和/或用于向所述线圈通电。

12、根据本发明的一些优选实施方面，所述驱动装置包括驱动器和压杆，所述驱动器用于驱动所述第一模具和压杆移动，所述压杆的下端部用于在铆接时穿出所述第一模具的底部并将紧固件压入工件中实现铆接。驱动器驱动第一模具和压杆向下移动至第一模具的底部与高强度钢板接触，之后驱动器持续动作，驱动压杆相对于第一模具向下移动，将紧固件压入工件中，实现铆接。

13、根据本发明的一些优选实施方面，所述驱动器的壳体上设置固定板，所述水电模块上设置有导向杆，所述导向杆贯穿所述固定板的顶部，所述弹性件套设在导向杆上且设置在所述水电模块的顶部和固定板的顶部之间，所述弹性件的上端作用于所述固定板的顶部，所述弹性件的下端作用于所述水电模块的顶部。优选导向杆的顶端具有限位部，用于对导向杆的运行下限进行限位。

14、根据本发明的一些优选实施方面，所述固定板的顶部和水电模块的顶部之间还设置有复位机构，所述复位机构用于使得所述线圈的底面与所述第一模具的底面齐平或高于所述第一模具的底面。在一些不需要对工件进行加热的场景下，可以采用复位机构驱动线圈与第一模具同步移动，避免线圈对第一模具或者工件的影响，进而影响铆接质量，使得本发明的自动化感应加热铆接设备能够适用于更多的场景。复位机构可采用复位气缸。

15、根据本发明的一些优选实施方面，包括机架，所述第一模具和驱动装置设置在所述机架的上部，所述第二模具对应所述第一模具设置在所述机架的下部，所述工件在铆接时位于所述第一模具和第二模具之间，且工件中的高强度钢板靠近所述第一模具。所述机架为c型架。

16、根据本发明的一些优选实施方面，包括测温机构，所述测温机构用于监测高强度钢板对应感应加热处的温度，保证工件加热到设定的温度以进行铆接。

17、由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的适用于高强度钢板的自动化感应加热铆接设备，通过设置弹性件，使得线圈的底部低于第一模具的底部，使得线圈能够在加热时位于第一模具的下方以贴合工件中的高强度钢板并进行感应加热；且弹性件提供线圈底部贴合高强度钢板的预紧力，能够在铆接时与第一模具的底面配合压紧高强度钢板的上表面，在一定程度上提升铆接位置的表面平整性；同时设置导向件，用于在铆接过程中线圈被动相对第一模具向上移动时进行导向，实现被动退位，避免在铆接过程中发生干涉，提升铆接效率和质量。