【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种铆接领域的技术，具体是一种刚性半空心内自锁铆钉及其机械-固相复合连接方法
技术介绍
1、在金属材料的板连接技术中，对于第一层板为钢、第二层板为较厚轻质合金的板材组合，由于下层轻质合金板材很厚，无法采用自冲铆接、流钻铆接等适用于薄板的机械连接方式，且钢板在上轻质合金在下的叠加方式，使得搅拌摩擦焊、摩擦单元焊等固相连接工艺无法应用，故此类板材组合主要采用螺栓连接工艺。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术无法解决的上层板为高熔点金属(钢、钛合金等)、下层板为轻质合金(铝合金、铸铝、镁合金等)板材组合的非穿透可靠机械连接的问题，提出一种刚性半空心内自锁铆钉及其机械-固相复合连接方法，通过精确匹配工艺过程中挤入铆钉腔的截留金属体积与铆钉空腔体积，使得该半空心内自锁铆钉的适用性更广，可广泛应用于一般轻金属、高比强度轻金属、新型复合材料等诸多材料的连接；机械-固相复合连接的接头属性，弥补了机械连接接头疲劳性能上的不足，通过一定范围的固相连接，获得了较好的综合力学性能；铆钉高速旋转带来的材料软化，减小了铆入过程的轴向力，降低了对设备刚度的要求，可以铆接更厚、更硬的材料。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种内自锁铆钉，由上而下依次包括：铆钉盖、铆钉体和钉体端部，其中：钉体端部设有向内的内自锁凸台，铆钉盖、铆钉体与钉体端部合围构成铆接容腔。
4、所述的钉体端部的末端为与内自锁凸台配合的楔形结构。
6、所述的铆接容腔的深度d，即铆钉盖内壁至钉体端部的距离为：其中：r1为铆钉体外径，r2为铆钉体内径，h为铆钉体高度，t1为第一层板厚度，k为修正系数。
7、所述的铆钉盖与铆钉体为一体化固连或可拆卸连接，具体为：
8、当铆钉盖与铆钉体为一体化固连时，铆钉盖的上端面设有用于驱动旋转的齿牙结构和定位凹槽，或铆钉盖上设有通孔；
9、当铆钉盖与铆钉体为可拆卸连接时，铆钉盖与铆钉体的接触部分设有螺纹结构，具体为：铆钉盖包括：螺帽和螺柱，铆钉体内部设有对应的内螺纹
10、所述的通孔的尺寸和位置与铆接容腔相匹配。
11、本专利技术涉及一种基于上述内自锁铆钉的机械-固相复合连接装置，包括：平底模具、用于驱动内自锁铆钉旋转的驱动头和压边圈，其中：上述内自锁铆钉与驱动头相接触并位于待连接板材上，压边圈设置于自锁铆钉外部，待连接板材设置于平底模具上。
12、所述的待连接板材，具体为：位于上方的第一层板和位于下方的第二层板，其中：第一层板上设有预制连接孔且密度大于第二层板。
13、所述的第二层板的厚度大于第一层板。
14、所述的第一层板优选为钢材，第二层板为轻质合金。
15、所述的预制连接孔的直径优选为铆钉外径的1.1-1.3倍。
16、所述的铆钉、驱动头、压边圈、上层钢板预制孔和平底模具为同轴设置。
17、所述的平底模具在待连接板材所在平面的截面尺寸大于铆钉在待连接板材所在平面的截面尺寸。
18、所述的用于驱动内自锁铆钉旋转包括：
19、a)驱动头通过凸起齿牙与半空心铆钉顶部下凹齿牙相匹配并共同位于待连接板材上方；b)驱动头中心的定位凸台与铆钉盖上的定位凹槽配合，用于铆钉的对中和定位。
20、所述的平底模具在被连接下层工件刚度较强时可以省略，以提升工艺的灵活性。
21、本专利技术涉及一种利用上述装置实现机械-固相复合连接的方法，包括以下步骤：
22、步骤1)将待连接板材装卡于平底模具上方，控制压边圈缓慢下降，预压紧装卡好的待连接板材；驱动头快速轴向进给至距离第一层板的表面5-10mm处，随后通过正反转寻帽动作，使得驱动头的凸起齿牙与铆钉盖顶部的下凹齿牙相啮合；
23、步骤2)驱动头与铆钉准确啮合后缓慢下降，穿过第一层板预制连接孔，直至接触第二层板表面，随后驱动头驱动铆钉旋转并进给至下层待连接板材，通过铆钉旋转产生并积累摩擦热；
24、步骤3)当待连接板材温度升高至材料塑性显著增加，直至在铆钉体和下层平底模具的限制下流入半空心铆钉并填充至内自锁凸台上方位置时，开始形成有效机械内自锁效果；
25、步骤4)当半空心铆钉进给至预定深度，铆接容腔充满后，驱动头反向快速回退至原位，在工艺过程结束并冷却后，半空心铆钉附近各界面间隙被消除，实现固相连接。
26、所述的固相连接，位于以下至少一个界面处两侧材料之间：
27、①半空心铆钉内侧截留金属与铆钉内壁的界面；
28、②半空心铆钉外侧工件材料与铆钉外壁的界面；
29、③半空心铆钉外侧上层工件与下层工件材料的界面。
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1.一种内自锁铆钉，其特征在于，由上而下依次包括：铆钉盖、铆钉体和钉体端部，其中：钉体端部设有向内的内自锁凸台，铆钉盖、铆钉体与钉体端部合围构成铆接容腔；
2.根据权利要求1所述的内自锁铆钉，其特征是，所述的铆接容腔的深度D，即铆钉盖内壁至钉体端部的距离为：其中：R1为铆钉体外径，R2为铆钉体内径，H为铆钉体高度，t1为第一层板厚度，k为修正系数。
3.根据权利要求1所述的内自锁铆钉，其特征是，所述的铆钉盖与铆钉体为一体化固连或可拆卸连接，具体为：
4.根据权利要求1所述的内自锁铆钉，其特征是，所述的通孔的尺寸和位置与铆接容腔相匹配。
5.一种基于权利要求1-4中任一所述内自锁铆钉的机械-固相复合连接装置，其特征在于，包括：平底模具、用于驱动内自锁铆钉旋转的驱动头和压边圈，其中：上述内自锁铆钉与驱动头相接触并位于待连接板材上，压边圈设置于自锁铆钉外部，待连接板材设置于平底模具上。
6.根据权利要求5所述的机械-固相复合连接装置，其特征是，所述的待连接板材，具体为：位于上方的第一层板和位于下方的第二层板，其中：第一层板上设
7.根据权利要求5所述的机械-固相复合连接装置，其特征是，所述的第二层板的厚度大于第一层板。
8.根据权利要求5所述的机械-固相复合连接装置，其特征是，所述的第一层板优选为钢材，第二层板为轻质合金。
9.根据权利要求5所述的机械-固相复合连接装置，其特征是，所述的用于驱动内自锁铆钉旋转包括：
10.一种利用权利要求6-9中任一所述装置实现机械-固相复合连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种内自锁铆钉，其特征在于，由上而下依次包括：铆钉盖、铆钉体和钉体端部，其中：钉体端部设有向内的内自锁凸台，铆钉盖、铆钉体与钉体端部合围构成铆接容腔；
2.根据权利要求1所述的内自锁铆钉，其特征是，所述的铆接容腔的深度d，即铆钉盖内壁至钉体端部的距离为：其中：r1为铆钉体外径，r2为铆钉体内径，h为铆钉体高度，t1为第一层板厚度，k为修正系数。
3.根据权利要求1所述的内自锁铆钉，其特征是，所述的铆钉盖与铆钉体为一体化固连或可拆卸连接，具体为：
4.根据权利要求1所述的内自锁铆钉，其特征是，所述的通孔的尺寸和位置与铆接容腔相匹配。
5.一种基于权利要求1-4中任一所述内自锁铆钉的机械-固相复合连接装置，其特征在于，包括：平底模具、用于驱动内自锁铆钉旋转的驱动头和压边圈，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷海洋，熊子轩，问储慧，
申请(专利权)人：上海智能制造功能平台有限公司，
类型：发明
国别省市：
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