CN109514877A - 一种钻铆连接装置及钻铆连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻铆连接装置及钻铆连接方法，属于机械加工技术领域。所述钻铆连接装置，包括：复合压边圈，其中心具有通孔，所述复合压边圈底部两侧分别设有定位槽，所述定位槽内安装与所述定位槽匹配的定位块，所述定位块在所述定位槽内可水平移动；冲压部件，其包括冲头，所述冲头在所述复合压边圈的通孔中可上下往复运动；铆钉，其安装在所述冲头下方；凹模，具有可容置所述铆钉铆接导致的变形结构的容置槽。本发明通过该钻铆方案不仅能够实现工件间的有效连接，工件不易发生脆性破坏，整体的机械连接效率得到提高，且工艺简单。

Description

一种钻铆连接装置及钻铆连接方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种钻铆连接装置及钻铆连接方法。

背景技术

汽车工业的发展与世界能源、环境问题日益激烈的矛盾，促进了汽车轻量化理念的发展。高强钢、碳纤维复合材料等具有较高比强度的材料在汽车车身上的应用比重逐年上升，从高端车型向中端车型的转移正在迅速实现。典型地如碳纤维复合材料，其自身所具有的抗撞吸能性好、抗疲劳性好、耐电化学腐蚀等优点，为其在汽车行业的发展提供了更广阔的空间，而异种轻量化材料的发展使其连接技术成为当前研究的热点。

现阶段碳纤维复合材料与金属材料常用的连接方式有：粘接和机械连接，其中机械连接又包括螺栓连接、有铆钉铆接和无铆钉铆接等。粘接虽然具有耐腐蚀、工艺简单、成本低等优点，但其连接强度较其它方式偏低，同时在粘接的过程中需要对待连接表面进行预处理，以避免发生界面失效，影响连接强度，工序繁琐。

对于机械连接而言，由于碳纤维复合材料延展性不足，无法成形，因此目前广泛采用对碳纤维复合材料钻孔连接，或在制造碳纤维复合材料零件时预制孔，达到连接的目的；并且，由于碳纤维复合材料塑性较差，在先钻孔再进行碳纤维复合材料与金属材料铆接过程中，极易发生脆性破坏，无法形成有效接头，不仅生产工艺繁杂，而且对连接工艺定位产生影响，增加生产成本，严重影响了工件连接的效率。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种钻铆连接装置及钻铆连接方法，通过该钻铆方案不仅能够实现了工件间的有效连接，工件不易发生脆性破坏，整体的机械连接效率得到提高，且工艺简单。

所述技术方案如下：

一方面，提供了一种钻铆连接装置，包括：

复合压边圈，其中心具有通孔，所述复合压边圈底部两侧分别设有定位槽，所述定位槽内安装与所述定位槽匹配的定位块，所述定位块在所述定位槽内可水平移动；

冲压部件，其包括冲头，所述冲头在所述复合压边圈的通孔中可上下往复运动；

铆钉，其安装在所述冲头下方；

凹模，具有可容置所述铆钉铆接导致的变形结构的容置槽。

优选地，所述定位槽为阶梯定位槽，所述定位块是与所述定位槽形状匹配的阶梯定位块。

优选地，所述定位块由位于下部的下凸块和位于上部的上部块构成，所述下凸块宽度小于所述上部块宽度，所述上部块的内侧面、所述下凸块的内侧面均具有与所述铆钉的钉腿部可卡固定位的曲面结构。

优选地，所述冲头为具有吸附铆钉功能的冲头，和/或，所述铆钉为不锈钢材质的铆钉，和/或，所述铆钉的钉腿部具有3或4个钉腿刃部。

优选地，所述铆钉的钉帽具有十字沟槽，所述冲头底端具有与所述十字沟槽匹配的十字凸起。

优选地，所述凹模的容置槽包括曲面凸台和环形腔，所述曲面凸台位于所述容置槽的中心位置，所述环形腔由所述曲面凸台表面与所述容置槽的圆周曲面侧壁构成。

另一方面，提供了一种上述任一方案所述的钻铆连接装置的钻铆连接方法，所述方法包括：

将待铆接的两板材放置于凹模上，驱动复合压边圈向下运动，压紧两板材，并送入铆钉，冲头推送铆钉至上部板材的上表面，利用定位块对铆钉进行限位，使得铆钉与冲头同轴度在合格范围内；

启动冲头旋转下移，通过控制冲头转速和进给速度，使铆钉在上部板材上钻孔，直至铆钉的钉腿部底端抵达下部板材上表面；

外移定位块，通过控制冲头的冲压速度推动铆钉下移进行自冲铆接，直至铆钉的钉腿部外翻形成铆扣；

当冲头到达下止点后，冲头卸压向上运动回程，取下完成的铆接件。

优选地，所述冲头转速由以下公式计算得到：

其中，n为冲头转速；k₀为冲头转速安全系数；V₀为铆钉材质的切削速度；Γ₀为铆钉材质的抗剪强度；Γ₁为上部板材的抗剪强度；l为铆钉钉腿部外径；c为铆钉钉腿部所开孔槽实际数量；c₀为铆钉钉腿部所开孔槽基准数量。

优选地，所述进给速度由以下公式计算得到：

其中，f为进给速度；k₁为进给速度安全系数；f₀为标准进给量；σ_as为上部板材的许用挤压应力。

优选地，所述冲压速度由以下公式计算得到：

其中，v为冲压速度；k为冲压速度安全系数；l为铆钉钉腿部外径；δ₁为上部板材厚度；δ₂为下部板材厚度；Γ₂为下部板材抗剪强度；A为凹模的容置槽纵截面面积；σ_bs为下部板材的许用挤压应力；t为冲压行程时间。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1、通过兼具定位和压边功能的复合压边圈、连续实现冲钻、铆接功能的冲压部件、具有容置铆钉铆接导致的变形结构的容置槽，实现了钻孔铆接一体化，在钻孔的过程中通过合理控制冲头转速和进给速度，解决了现有自冲铆接过程中铆钉需要提供较大冲击力才能完全穿透像碳纤维复合材料板等一些材质工件的问题；

2、通过钻孔铆接一体化能够保证碳纤维复合材料板钻孔过程中不会发生脆性破坏，避免破坏材料本身良好的力学性能；

3、同时钻孔后直接铆接，避免了分步钻孔铆接过程中的铆接再定位等问题，减少工艺步骤和生产成本，提高铆接效率。

因此，本发明实施例提供的钻铆连接装置及钻铆连接方法可应用于碳纤维复合材料工件与金属工件之间、树脂基复合材料工件与金属板之间、玻璃工件与金属工件之间或者同是金属工件之间的多种铆接工序中，在机械连接领域具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的钻铆连接装置剖视结构示意图和开始进行钻铆的工作状态图；

图2是本发明实施例提供的钻铆连接装置中复合压边圈的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的钻铆连接装置剖视结构示意图和完成钻孔的工作状态图；

图4是图2中复合压边圈的定位块结构示意图，示出了定位块的侧视结构、剖视结构和俯视结构；

图5是图1中铆钉的结构示意图，示出了铆钉的俯视结构、剖视结构和仰视结构；

图6是图1中凹模的具体结构示意图，示出了凹模的俯视结构和剖视结构；

图7是本发明实施例提供的钻铆连接装置剖视结构示意图和完成钻铆的工作状态图。

附图标记说明：

1-复合压边圈，11-通孔，12-定位槽，13-定位块，131-下凸块，132-上部块2-冲压部件，3-铆钉，31-钉帽，311-十字沟槽，32-钉腿部，321-钉腿刃部，322-孔槽，4-凹模，41-容置槽，411-曲面凸台，412-环形腔，5-上部板材，6-下部板材。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明关于“上部”、“下部”等方向上的描述均是基于附图所示的方位或位置的关系定义的，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所述的装置必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的钻铆连接装置及钻铆连接方法，通过兼具定位和压边功能的复合压边圈、连续实现冲钻、铆接功能的冲压部件、具有容置铆钉铆接导致的变形结构的容置槽，实现了钻孔铆接一体化，在钻孔的过程中通过合理控制冲头转速和进给速度，能够保证碳纤维复合材料板在钻孔过程中不会发生脆性破坏，避免破坏材料本身良好的力学性能；同时钻孔后直接铆接，避免了分步钻孔铆接过程中的铆接再定位等问题，减少工艺步骤和生产成本，提高铆接效率。因此，该钻铆连接装置及连接方法可应用于碳纤维复合材料工件与金属工件之间、树脂基复合材料工件与金属板之间、玻璃工件与金属工件之间或者同是金属工件之间的多种铆接工序中，在机械连接领域具有广阔的应用前景。

下面结合具体实施例及附图，对本发明实施例提供的钻铆连接装置及钻铆连接方法作详细说明。

实施例1

图1是本发明实施例提供的钻铆连接装置剖视结构示意图和开始进行钻铆的工作状态图。如图1所示，本发明实施例提供的钻铆连接装置主要包括复合压边圈1、冲压部件2、铆钉3和凹模4。

图2是本发明实施例1提供的钻铆连接装置中复合压边圈的结构示意图，示出了复合压边圈的剖视结构和俯视结构。图3是本发明实施例提供的钻铆连接装置剖视结构示意图和完成钻孔的工作状态图。图4是图2中复合压边圈的定位块结构示意图，示出了定位块的侧视结构、剖视结构和俯视结构。如图2和图3所示，具体地，复合压边圈1中心具有通孔11，复合压边圈1底部两侧分别设有定位槽12，定位槽12内安装与定位槽12匹配的定位块13，定位块13在定位槽12内可水平移动，实现铆钉3的卡固定位。优选地，复合压边圈1为圆柱体结构。

优选地，定位槽12为阶梯定位槽，定位块13是与定位槽12形状匹配的阶梯定位块，设置成这种定位结构，能够实现对铆钉3的更好定位。如图1、图2和图4所示，定位块13由位于下部的下凸块131和位于上部的上部块132构成，下凸块131宽度小于上部块132宽度，上部块132内侧面、下凸块131内侧面均具有与铆钉3的钉腿部可卡固定位的曲面结构。这里，定位块13的内侧是指对铆钉3的钉腿部进行卡固定位的一侧，即如图3所示的定位块13靠近铆钉3的一侧；定位块13的外侧是指远离进行卡固定位侧的另一侧，即如图3所示的定位块相对于定位块13内侧的另一侧；同理，上部块132、下凸块131的内侧面是指靠近铆钉3的侧面，上部块132、下凸块131的外侧面是指远离铆钉3的侧面。另外，优选地，在定位块13的外侧上部块132的外侧面与下凸块131的外侧面上下平齐，在定位块13的内侧上部块132下侧面与下凸块131内侧面构成一缺口，即下凸块131除了在宽度方向凸出于上部块132，还在长度方向上对铆钉3进行卡固定位的内侧凸出于上部块132，从而形成一缺口，上部块132的外侧面与下凸块131的外侧面上下平齐，即上部块132的外侧面与下凸块131的外侧面在高度方向上位于同一平面。这种定位块的设置进一步提高了定位的精度。

另外，如图1、图2和图4所示，上部块132内侧面、下凸块131内侧面均具有与铆钉3的钉腿部可卡固定位的曲面结构，曲面结构的存在既能保证对铆钉3的卡固定位，又不容易损坏铆钉钉腿部的外壁。这里曲面结构的具体弯曲形状、曲面角度或曲面半径可以根据实际情况进行相应设置，例如可以主要根据铆钉结构或尺寸进行相应匹配设置，本发明实施例不对其加以特别限制，优选地，曲面结构设置为光孔圆柱内壁结构。

再回到图1，冲压部件2包括用于对待钻铆板材或工件进行冲钻的冲头，冲头优选地为实心圆柱形结构件。在进行钻铆工艺时，将冲头安装在复合压边圈1的通孔11内部，冲头在通孔11中可作上下往复运动，即冲头外壁能够沿通孔内壁上下滑动。冲头底端可与铆钉3安装固定，并可带动铆钉3旋转，旋转方向既可以沿如图1所示的顺时针方向旋转，也可以沿逆时针方向旋转。优选地，冲头底端具有能够与下方铆钉3安装匹配而进行卡扣或卡固的凸起结构，例如与带有十字沟槽的铆钉钉帽相配合的十字棱。另外优选地，冲头为具有吸附铆钉功能的冲头，例如具有磁铁吸附功能，可以在冲压部件的冲头底端与铆钉3钉帽之间产生磁吸附力，冲头将铆钉3牢牢吸附住，进一步加强了冲头与铆钉之间的固定作用，以便保障钻铆连接装置的工作稳定性。

需要注意的是，冲压部件2除了包括冲头，还包括驱动装置或驱动机构，用于驱动冲头向下旋转进给，对待钻铆连接的工件或板材进行钻孔，并能直接向下移动进行冲压，即如图1所示，通过冲压部件2的驱动装置或驱动机构驱动冲头带动铆钉3，对上部板材5和下部板材6实施钻铆过程。

关于铆钉3，如前所述，其安装在冲压部件2的冲头下方，用于对上部板材5和下部板材6进行钻铆连接。优选地，铆钉3为不锈钢材质的铆钉，避免在涉及金属板材、碳纤维复合材料板材或工件钻铆时发生电化学腐蚀，除了选用不锈钢材质的铆钉，也可以采用现有技术中其他任何能够避免与金属材料、碳纤维复合材料发生电化学腐蚀的其他材质铆钉。另外，根据进行钻铆的上部板材5和下部板材6各自材质的不同，也可以根据需要对不同材质铆钉进行适应性选取，本发明实施例对此不加以特别限定。

图5是图1中铆钉的结构示意图，示出了铆钉的俯视结构、剖视结构和仰视结构。如图1和图5所示，优选地，铆钉3的钉帽31具有十字沟槽311，上述的冲头底端具有与十字沟槽311匹配的十字凸起，这样的结构设置能够使得冲头与铆钉更好的匹配安装；另外，优选地，铆钉3的钉腿部32具有4个钉腿刃部321，并且钉腿部32开设4个孔槽(或叫豁口)322，或者，在其他实施例中，铆钉3的钉腿部至少具有3个钉腿刃部和/或3个孔槽，这样的结构设置能够保障在钻接板材(典型地如碳纤维复合材料板)上顺利钻孔，使得碎屑合理分布在铆钉3的钉腿部32的孔槽322内，同时避免铆钉制造工艺过于复杂而增加工艺成本。优选地，铆钉3采用半空心沉头铆钉，铆钉钉腿部采用四钉腿刃部结构，铆钉钉帽的直径范围为5-8mm，钉腿部外径范围为4-6mm，铆钉总长度为5-8mm。

再回到图1，凹模4设置在最下方，与上方的复合压边圈1相对设置，具有可容置铆钉3铆接导致的变形结构的容置槽41。因此，凹模4主要具有两个作用，一个是用于安置定位待铆接的板材或工件，如图1中的上部板材5与下部板材6，另一个是通过开设容置槽41容置铆钉3通过钻铆工艺铆接导致的变形结构，以便顺利地实现工件的铆接。所谓的铆钉铆接导致的变形结构，是指铆钉铆接完成后，两工件在铆接的作用下导致的材料向下的凸出结构或者说变形结构。由于容置槽41的凹陷形状与铆钉3铆接导致的变形结构有关，因此，根据不同钻铆工艺的不同钻铆功率或力度、铆钉类型、不同工件板材铆接变形的不同或者多个因素综合起来导致的不同铆钉铆接变形结构，容置槽41的具体凹陷形状或者说槽壁结构形状，可以根据不同情况进行相应匹配设置，只要其能实现本发明实施例所申明的容置铆钉铆接导致的变形结构即可，本发明实施例不对其加以特别限制。

图6是图1中凹模的具体结构示意图，示出了凹模的俯视结构和剖视结构。如图1和图6所示，凹模4的容置槽41包括曲面凸台411和环形腔412，曲面凸台411位于容置槽41的中心位置，环形腔412由曲面凸台411表面与容置槽41的圆周曲面侧壁构成，环形腔412的回转轴线与曲面凸台411的回转轴线共线。环形腔412的环形容腔结构设置便于容置铆钉铆接导致的变形结构，曲面凸台411的平滑曲面则会避免对铆接导致的变形结构可能造成的挤压或损伤。因此，优选地，曲面凸台411设置为圆锥形凸台，环形腔412的腔壁也设置成平滑或光滑曲面壁。另外优选地，曲面凸台411的曲面切线与竖直方向的夹角为45°，除此之外，曲面凸台411的曲面角度、弯曲程度以及环形腔412的曲面角度、弯曲程度，根据实际需要还可以采用现有技术中可能的其他任何设置方式，本发明实施例不对其加以特别限制。

图7是本发明实施例提供的钻铆连接装置剖视结构示意图和完成钻铆的工作状态图。

上面已经详细描述了本发明实施例提供的钻铆连接装置具体结构，下面介绍钻铆连接装置进行钻铆连接的操作方法和工作过程。

参照图1、图3和图7，可以按如下方式操作：

如图1所示，将待铆接的上部板材5、下部板材6放置于凹模4上，驱动复合压边圈1向下运动，压紧两板材5、6，并通过送料装置送入铆钉3，冲压部件2的冲头推送铆钉3至上部板材5的上表面，利用定位块13对铆钉3进行限位，定位块13夹紧铆钉3，使得铆钉3与冲头同轴度在合格范围内；

如图3所示，启动冲头旋转下移，通过控制冲头转速和进给速度，使铆钉3在上部板材5上完成高质量钻孔，直至铆钉3的钉腿部底端抵达下部板材6上表面，即冲头下行至铆钉3钉腿部底端与下部板材6上表面接触时，停止进给；

外移定位块13，即将定位块13向两边移动至预定工位处，预留铆钉3铆接位置，通过控制冲头的冲压速度推动铆钉3下移进行自冲铆接，直至铆钉3的钉腿部向周边翻开形成铆扣，从而在上部板材5、下部板材6间形成一个牢固的锁死结构；

如7所示，当冲头到达下止点后，冲头卸压向上运动回程，取下完成的铆接件，准备进行下一次钻铆工艺，即重复上述过程。

优选地，本发明实施例提供的钻铆连接装置中，冲压部件2冲头的冲头转速由以下公式计算得到：

其中，n为冲头转速；k₀为冲头转速安全系数，出于安全因素考虑，避免冲头转速过大，通过合理控制k₀的值使冲头转速在安全范围内，优选地取值范围为0.1～1；V₀为铆钉材质的切削速度；Γ₀为铆钉材质的抗剪强度；Γ₁为上部板材的抗剪强度；l为铆钉钉腿部外径；c为铆钉钉腿部所开孔槽实际数量；c₀为铆钉钉腿部所开孔槽基准数量，取值范围为不小于3。

示例性地，k₀的取值0.67，V₀为Q235钢的切削速度，取值5m/s；Γ₀为Q235钢的抗剪强度，取值98Mpa，c₀取值3，除这些参数外的其他参数数值根据实际测得结果或实际情况来定。

优选地，本发明实施例提供的钻铆连接装置中，冲压部件2冲头的进给速度由以下公式计算得到：

其中，f为进给速度；k₁为进给速度安全系数，出于安全因素考虑，避免进给速度过大，通过合理控制k₁的值使进给速度在安全范围内，优选地取值范围为0.1～1；f₀为标准进给量；σ_as为上部板材的许用挤压应力。

示例性地，k₁取值0.1；f₀取值80mm/min，σ_as的值根据实际测得结果或实际情况来定。

优选地，本发明实施例提供的钻铆连接装置中，冲压部件2冲头的冲压速度由以下公式计算得到：

其中，v为冲压速度；k为冲压速度安全系数，出于安全因素考虑，避免冲压速度过大，通过合理控制k的值使冲压速度在安全范围内，优选地取值范围为0.1～1；l为铆钉钉腿部外径；δ₁为上部板材厚度；δ₂为下部板材厚度；Γ₂为下部板材抗剪强度；A为凹模的容置槽纵截面面积；σ_bs为下部板材的许用挤压应力；t为冲压行程时间。

示例性地，k取值0.67；t取值0.1-0.2s，除这些参数外的其他参数数值根据实际测得结果或实际情况来定。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

实施例2

参照图1、图3和图7，本发明实施例2提供的钻铆连接方法，主要包括以下步骤：

如图1所示，将待铆接的上部板材5、下部板材6放置于凹模4上，驱动复合压边圈1向下运动，压紧两板材5、6，并通过送料装置送入铆钉3，冲压部件2的冲头推送铆钉3至上部板材5的上表面，利用定位块13对铆钉3进行限位，定位块13夹紧铆钉3，使得铆钉3与冲头同轴度在合格范围内；

如图3所示，启动冲头旋转下移，通过控制冲头转速和进给速度，使铆钉3在上部板材5上完成高质量钻孔，直至铆钉3的钉腿部底端抵达下部板材6上表面，即冲头下行至铆钉3钉腿部底端与下部板材6上表面接触时，停止进给；

外移定位块13，即将定位块13向两边移动至预定工位处，预留铆钉3铆接位置，通过控制冲头的冲压速度推动铆钉3下移进行自冲铆接，直至铆钉3的钉腿部向周边翻开形成铆扣，从而在上部板材5、下部板材6间形成一个牢固的锁死结构；

如7所示，当冲头到达下止点后，冲头卸压向上运动回程，取下完成的铆接件，准备进行下一次钻铆工艺，即重复上述过程。

优选地，上述冲头转速由以下公式计算得到：

其中，n为冲头转速；k₀为冲头转速安全系数，出于安全因素考虑，避免冲头转速过大，通过合理控制k₀的值使冲头转速在安全范围内，优选地取值范围为0.1～1；V₀为铆钉材质的切削速度；Γ₀为铆钉材质的抗剪强度；Γ₁为上部板材的抗剪强度；l为铆钉钉腿部外径；c为铆钉钉腿部所开孔槽实际数量；c₀为铆钉钉腿部所开孔槽基准数量，取值范围为不小于3。

示例性地，k₀的取值0.67，V₀为Q235钢的切削速度，取值5m/s；Γ₀为Q235钢的抗剪强度，取值98Mpa，c₀取值3，除这些参数外的其他参数数值根据实际测得结果或实际情况来定。

优选地，上述进给速度由以下公式计算得到：

其中，f为进给速度；k₁为进给速度安全系数，出于安全因素考虑，避免进给速度过大，通过合理控制k₁的值使进给速度在安全范围内，优选地取值范围为0.1～1；f₀为标准进给量；σ_as为上部板材的许用挤压应力。

示例性地，k₁取值0.1；f₀取值80mm/min，σ_as的值根据实际测得结果或实际情况来定。

优选地，上述冲压速度由以下公式计算得到：

其中，v为冲压速度；k为冲压速度安全系数，出于安全因素考虑，避免冲压速度过大，通过合理控制k的值使冲压速度在安全范围内，优选地取值范围为0.1～1；l为铆钉钉腿部外径；δ₁为上部板材厚度；δ₂为下部板材厚度；Γ₂为下部板材抗剪强度；A为凹模的容置槽纵截面面积；σ_bs为下部板材的许用挤压应力；t为冲压行程时间。

示例性地，k取值0.67；t取值0.1-0.2s，除这些参数外的其他参数数值根据实际测得结果或实际情况来定。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

综上所述，本发明实施例提供的钻铆连接装置及钻铆连接方法，相比现有技术，具有以下有益效果：

1、通过兼具定位和压边功能的复合压边圈、连续实现冲钻、铆接功能的冲压部件、具有容置铆钉铆接导致的变形结构的容置槽，实现了钻孔铆接一体化，在钻孔的过程中通过合理控制冲头转速和进给速度，解决了现有自冲铆接过程中铆钉需要提供较大冲击力才能完全穿透像碳纤维复合材料板等一些材质工件的问题；

2、通过钻孔铆接一体化能够保证碳纤维复合材料板钻孔过程中不会发生脆性破坏，避免破坏材料本身良好的力学性能；

3、同时钻孔后直接铆接，避免了分步钻孔铆接过程中的铆接再定位等问题，减少工艺步骤和生产成本，提高铆接效率。

因此，本发明实施例提供的钻铆连接装置及钻铆连接方法可应用于碳纤维复合材料工件与金属工件之间、树脂基复合材料工件与金属板之间、玻璃工件与金属工件之间或者同是金属工件之间的多种铆接工序中，在机械连接领域具有广阔的应用前景。

需要说明的是：上述实施例提供的钻铆连接装置在实施钻铆连接功能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的钻铆连接方法与钻铆连接装置实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钻铆连接装置，其特征在于，包括：

复合压边圈，其中心具有通孔，所述复合压边圈底部两侧分别设有定位槽，所述定位槽内安装与所述定位槽匹配的定位块，所述定位块在所述定位槽内可水平移动；

冲压部件，其包括冲头，所述冲头在所述复合压边圈的通孔中可上下往复运动；

铆钉，其安装在所述冲头下方；

凹模，具有可容置所述铆钉铆接导致的变形结构的容置槽。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位槽为阶梯定位槽，所述定位块是与所述定位槽形状匹配的阶梯定位块。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述定位块由位于下部的下凸块和位于上部的上部块构成，所述下凸块宽度小于所述上部块宽度，所述上部块的内侧面、所述下凸块的内侧面均具有与所述铆钉的钉腿部可卡固定位的曲面结构。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冲头为具有吸附铆钉功能的冲头，和/或，所述铆钉为不锈钢材质的铆钉，和/或，所述铆钉的钉腿部具有3或4个钉腿刃部。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铆钉的钉帽具有十字沟槽，所述冲头底端具有与所述十字沟槽匹配的十字凸起。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述凹模的容置槽包括曲面凸台和环形腔，所述曲面凸台位于所述容置槽的中心位置，所述环形腔由所述曲面凸台表面与所述容置槽的圆周曲面侧壁构成。

7.根据权利要求1至6任一项所述钻铆连接装置的钻铆连接方法，其特征在于，所述方法包括：

将待铆接的两板材放置于凹模上，驱动复合压边圈向下运动，压紧两板材，并送入铆钉，冲头推送铆钉至上部板材的上表面，利用定位块对铆钉进行限位，使得铆钉与冲头同轴度在合格范围内；

启动冲头旋转下移，通过控制冲头转速和进给速度，使铆钉在上部板材上钻孔，直至铆钉的钉腿部底端抵达下部板材上表面；

外移定位块，通过控制冲头的冲压速度推动铆钉下移进行自冲铆接，直至铆钉的钉腿部外翻形成铆扣；

当冲头到达下止点后，冲头卸压向上运动回程，取下完成的铆接件。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冲头转速由以下公式计算得到：

其中，n为冲头转速；k₀为冲头转速安全系数；V₀为铆钉材质的切削速度；Γ₀为铆钉材质的抗剪强度；Γ₁为上部板材的抗剪强度；l为铆钉钉腿部外径；c为铆钉钉腿部所开孔槽实际数量；c₀为铆钉钉腿部所开孔槽基准数量。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述进给速度由以下公式计算得到：

其中，f为进给速度；k₁为进给速度安全系数；f₀为标准进给量；σ_as为上部板材的许用挤压应力。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述冲压速度由以下公式计算得到：

其中，v为冲压速度；k为冲压速度安全系数；l为铆钉钉腿部外径；δ₁为上部板材厚度；δ₂为下部板材厚度；Γ₂为下部板材抗剪强度；A为凹模的容置槽纵截面面积；σ_bs为下部板材的许用挤压应力；t为冲压行程时间。