[发明专利]一种旋转摩擦挤压铆接装置及其铆接方法

权利要求书

1.一种旋转摩擦挤压铆接装置，包括工作台、工作头、支撑板及工作头驱动控制装置，其特征在于，

工作台用于使第一工件和第二工件搭接固定，且使第一工件上的一个以上圆形通孔和第二工件上的相应一个以上圆形通孔共轴线，其中第一工件上的所述一个以上圆形通孔与第二工件上的所述相应一个以上圆形通孔具有相等孔径，分别供平头铆钉的钉杆插入；

支撑板设在第二工件侧，平行于工件表面，支撑板面对工件的表面加工有位置与第一工件和第二工件的相应一个以上圆形通孔对应且形状与平头铆钉的平头匹配的一个以上支撑板圆形凹槽，一个以上平头铆钉的平头分别纳入支撑板圆形凹槽内，支撑板用于向工件位移至抵靠工件表面且使一个以上平头铆钉的钉杆分别插入第一工件和第二工件的相应一个以上圆形通孔；

工作头设在平头铆钉的钉杆端，包括夹持装置和摩擦头，夹持装置一端可操作地连接至工作头驱动控制装置，另一端与摩擦头的一端固定连接，摩擦头的另一端设有摩擦头球面凹槽；

工作头驱动控制装置驱动夹持装置，从而带动摩擦头旋转和位移，使摩擦头球面凹槽逐一与一个以上平头铆钉对准且摩擦挤压平头铆钉的钉杆端，在钉杆端形成与摩擦头球面凹槽形状相同的球冠钉头结构，对第一工件和第二工件起到铆接固定作用。

2.根据权利要求1所述的旋转摩擦挤压铆接装置，其特征在于，平头铆钉的钉杆半径比第一工件的圆形通孔半径小0.5～1mm。

3.根据权利要求1所述的旋转摩擦挤压铆接装置，其特征在于，所述支撑板圆形凹槽的形状与平头铆钉的平头匹配包括：所述支撑板圆形凹槽的圆面半径与平头铆钉的平头半径相同，凹槽深度与平头铆钉的平头厚度相同，对平头铆钉有限位作用。

4.根据权利要求1所述的旋转摩擦挤压铆接装置，其特征在于，所述支撑板上所加工的圆形凹槽的位置与第一工件和第二工件的相应一个以上圆形通孔对应包括：所述支撑板上所加工的圆形凹槽分别与第一工件和第二工件的相应一个以上圆形通孔同轴线。

5.根据权利要求1所述的旋转摩擦挤压铆接装置，其特征在于：所述摩擦头球面凹槽的圆面半径与平头铆钉的平头半径相同，摩擦头球面凹槽的截面圆弧为1/3圆。

6.根据权利要求1所述的旋转摩擦挤压铆接装置，其特征在于：摩擦头与支撑板均由硬度大于平头铆钉的材料制成。

7.一种利用权利要求1所述的旋转摩擦挤压铆接装置的旋转摩擦挤压铆接方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)对第一工件和第二工件上的一个以上圆形通孔的内表面以及一个以上平头铆钉的表面进行去污处理；

(b)将第一工件和第二工件搭接，使第一工件上的一个以上圆形通孔和第二工件上的相应一个以上圆形通孔共轴线，装夹固定第一工件和第二工件；

(c)将一个以上平头铆钉的平头端分别插入支撑板圆形凹槽，移动支撑板至抵靠第二工件表面且使平头铆钉的钉杆插入工件圆形通孔；

(d)调整摩擦头位置，使摩擦头与第一工件和第二工件上的一个圆形通孔共轴线，使摩擦头高速旋转，并向工件侧下压，摩擦头球面凹槽摩擦挤压平头铆钉的钉杆端，当摩擦头的端面与第一工件表面接触后，摩擦头保持旋转，同时轴向上提，此时在平头铆钉的钉杆端形成与摩擦头球面凹槽形状相同的球冠钉头结构；

(e)针对一个以上平头铆钉中的另一者重复步骤(d),直至在一个以上平头铆钉的钉杆端均形成球冠钉头结构，对第一工件和第二工件起到铆接固定作用；

(f)待第一工件和第二工件冷却后，从工作台上取下，即完成铆接连接。

8.根据权利要求7所述的旋转摩擦挤压铆接方法，其特征在于，平头铆钉的钉杆端高出第一工件的部分的体积为摩擦头球面凹槽体积的1.1倍。

9.根据权利要求7所述的旋转摩擦挤压铆接方法，其特征在于，第一工件和第二工件由同种或异种金属制成。

10.根据权利要求7所述的旋转摩擦挤压铆接方法，其特征在于，所述步骤(d)中的摩擦头旋转速度为1000～1800rpm，下压速度为2～5mm/min。