一种连接铝合金型材与铝合金铸件的半空心铆钉铆接工艺
阅读说明：本技术 一种连接铝合金型材与铝合金铸件的半空心铆钉铆接工艺 (Semi-hollow rivet riveting process for connecting aluminum alloy section and aluminum alloy casting ) 是由 马焕祥 赵云 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于合金材料加工技术领域,具体涉及一种连接铝合金型材与铝合金铸件的半空心铆钉铆接工艺。本发明采用半空心铆钉自冲铆接代替焊接工艺,在铆钉腿部形状以及铸造件凸起的共同作用下,铆钉腿部向周围扩张从而形成了铆钉与铝型材之间的机械互锁结构,将铝合金铸造件与铝合金型材紧密结合起来,且铆接强度高,避免了传统焊接产生的气孔、热裂纹等不足。该铆接工艺适用于新能源汽车铝合金电池盒、框架、支架、端板、电芯固定等的连接方式新能源电池盒、框架、支架、端板、电芯固定等的连接,相对于激光焊接设备投入以及后续的操作维修资金较少,铆接强度安全可靠,工艺简单操作方便,经济效益大。(The invention belongs to the technical field of alloy material processing, and particularly relates to a riveting process of a semi-hollow rivet for connecting an aluminum alloy section and an aluminum alloy casting. The invention adopts the self-piercing riveting of the semi-hollow rivet to replace the welding process, under the combined action of the shape of the rivet leg and the projection of the casting part, the rivet leg expands to the periphery so as to form a mechanical interlocking structure between the rivet and the aluminum profile, the aluminum alloy casting part and the aluminum alloy profile are tightly combined, the riveting strength is high, and the defects of air holes, hot cracks and the like generated by the traditional welding are avoided. The riveting process is suitable for connection modes such as fixing of a new energy automobile aluminum alloy battery box, a frame, a support, an end plate and an electric core, and connection modes such as fixing of the new energy automobile aluminum alloy battery box, the frame, the support, the end plate and the electric core are less in investment and subsequent operation and maintenance fund, safe and reliable in riveting strength, simple in process, convenient to operate and large in economic benefit.)
技术领域
本发明属于合金材料加工技术领域，具体涉及一种连接铝合金型材与铝合金铸件的半空心铆钉铆接工艺。
背景技术
现有新能源汽车用于电池固定结构的铝合金铸造端板与型材件连接多采用激光焊接工艺，但焊接工艺目前面临以下问题：
一、氢气孔，铝合金在高温下表面极易形成氧化膜，氧化膜容易吸附环境中的水分，激光加热时，水分分解产生氢，而氢在液态铝中的溶解度约为其在固态铝中溶解度的20倍，在合金瞬时凝固过程中，由液态铝向固态转变时，氢的溶解度急剧降低，液态铝中多余的氢如果不能顺利上浮溢出就会形成氢气孔；
二、匙孔塌陷，焊接小孔内自身重力和大气压力处于平衡态，一旦平衡被打破，熔池中液态金属不能及时流过来填充就会形成不规则孔洞，有研究发现孔洞内壁镁的含量约为焊缝附近的4倍；由于激光焊接的冷却速度太快，氢气孔问题更加严重，并且在激光焊接中还多了一类由于小孔的塌陷而产生的孔洞；
三、热裂纹，铝合金属于典型的共晶型合金，焊接时容易出现热裂纹，包括焊缝结晶裂纹和液化裂纹；通常结晶裂纹出现在焊缝区，液化裂纹出现在近缝区；铝合金中尤其6000系列Al-Mg-Si合金裂纹敏感性大，母材经历了快速加热和冷却，在瞬时凝固和结晶过程中，由于存在较大的过冷度，晶粒沿垂直焊缝中心方向生长，在柱状晶边界形成Al-Si或Mg-Si、Al-Mg2Si等低熔点共晶化合物，削弱晶面结合力，在热应力作用下易产生结晶裂纹；在铝合金焊接过程中，诸如一些低沸点元素(Mg、Zn、Mn、Si等)容易蒸发、烧损，焊速越慢，烧损越严重，从而改变焊缝金属的化学成分；由于焊缝区成分偏析会发生共晶偏析而出现晶界熔化，在应力作用下会在晶界处形成液化裂纹，降低焊接接头的性能；
四、容易焊穿，铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难；高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿；
因此，需要开发一种新型工艺实现合金型材与铸件更好的结合。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种新型连接铝合金型材与铝合金铸件的半空心铆钉铆接工艺，该工艺完全避免了焊接产生的气孔、热裂纹等不足，铆接强度高且安全可靠。
本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种连接铝合金型材与铝合金铸件的半空心铆钉铆接工艺，其包括以下工艺步骤：
S1、对铝合金型材与铝合金铸件待铆接面进行处理；
S2、用压边圈固定表面处理过的铝合金型材，与此同时，铆钉也在冲锤的驱动下垂直向下对铝型材进行预压紧；
S3、动力源加力下压铆钉使其刺穿铝型材，与此同时，铆钉也驱使铝型材向铝合金铸造件内发生塑性变形；
S4、随着铆接进行，铝型材逐渐填充入铸造件内；
S5、当冲锤将铆钉下压至铆钉头与铝型材的上表面紧密接触且平齐时铆接完成，压边圈释放压边力，冲锤返回初始工位。
本发明采用适用于铝合金半空心铆钉自冲铆接代替焊接工艺，在铆钉腿部形状以及铸造件凸起的共同作用下，铆钉腿部向周围扩张从而形成了铆钉与铝型材之间的机械互锁结构，将铝合金铸造件与铝合金型材紧密结合起来，且铆接强度高，避免了传统焊接产生的气孔、热裂纹等不足。
作为优选，所述铝合金型材由以下质量百分比的成分组成Si：8-12％、Mg：1.4-3％、Sr：0.05-0.5％、Mn：0.8-2％、Cu：0.1-0.7％、余量为Al及不可避免的杂质。本发明铝合金型材中Si形成与Mg形成Mg2Si相，提高铝型材的力学性能，Cu能增强铝型材的抗磨损性能，减少晶间腐蚀。本发明铝合金型材具有较佳的综合性能，但组分中含有含量较高的低熔点Mg、Mn、Si等组分，采用传统焊接这些低熔点组分容易蒸发、烧损，而改变焊缝金属的化学成分，焊缝区成分偏析会发生共晶偏析而出现晶界熔化，在应力作用下会在晶界处形成液化裂纹，对产品极为不利，而采用铆接工艺连接高含量低熔点铝合金完全可以克服上述缺陷。
作为优选，所述铝合金铸件由以下质量百分比的成分组成Mg：0.2-0.3％、Si：1.4-1.6％、Mn：0.05-0.2％、Cr：0.1-0.5％、Zn：0.1-0.4％、Ti：0.1-0.2％、Sr：0.2-0.3％、余量为Al及不可避免的杂质。同样地，采用的铝合金铸件也含有较多低熔点组分，不适合采用焊接工艺，并且该组分铝合金铸件的膨胀系数与上述铝合金型材的膨胀系数比较接近，当二者连接件复杂环境下，尤其是高温环境下使用时，铆接部位不会出现胀型或脱离，依然会保持良好的结合强度。
作为优选，所述铝合金型材与铝合金铸件铆接面处理均为：将铆接面置于温度为40-50℃的脱脂溶液中进行1-2h的脱脂处理，然后用去离子水清洗，并于100-120℃下干燥。
进一步优选，所述脱脂溶液由如下质量百分比的成分组成：十二烷基苯磺酸钠：0.5-1.0％、碳酸氢钠：7.5-10％、柠檬酸钠：0.5-1.5％、氢氧化钠：15-20％、余量为去离子水。铝合金件在制备过程中为了组分间更好的融合，一般会添加润滑剂、粘结剂类物质，而这些添加剂在高温环境下容易烧损成黏结状的有害物质，不及时清除，会影响产品的使用，因而本发明对两种铝合金连接件的铆接面进行脱脂处理，以免铆接部位因有害黏结物的出现而影响产品使用性能，且本发明脱脂液绿色环保，脱脂效率高。
作为优选，所述铆钉铆接的总厚度可达1.5-6mm。
作为优选，所述步骤S1中预压的压力为4000-5000N。
作为优选，所述步骤S2中动力源提供的下压压力不低于10000N。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用半空心铆钉自冲铆接代替焊接工艺，在铆钉腿部形状以及铸造件凸起的共同作用下，铆钉腿部向周围扩张从而形成了铆钉与铝型材之间的机械互锁结构，将铝合金铸造件与铝合金型材紧密结合起来，且铆接强度高，避免了传统焊接产生的气孔、热裂纹等不足。
(2)本发明铆接工艺适用于新能源汽车铝合金电池盒、框架、支架、端板、电芯固定等的连接方式新能源电池盒、框架、支架、端板、电芯固定等的连接，相对于激光焊接设备投入以及后续的操作维修资金较少，铆接强度安全可靠，工艺简单操作方便，经济效益大。
附图说明
附图1：本发明铝合金型材与铝合金铸件铆接工艺示意图；
附图2：本发明铝合金型材与铝合金铸件铆接效果示意图；
附图3：铆钉铆接前具体示意图；
附图4：铆钉铆接后具体示意图；
附图标记：1—铝合金铸件，2—铝合金型材，3—铆钉。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将铝合金型材和铝合金压铸件铆接面置于温度为40℃的脱脂溶液中进行1h的脱脂处理，然后用去离子水清洗，并于100℃下干燥，备用；所述铝合金型材由如下质量百分比的成分组成Si：8％、Mg：1.4％、Sr：0.05％、Mn：0.8％、Cu：0.1％、余量为Al及不可避免的杂质；所述铝合金铸件由以下质量百分比的成分组成Mg：0.2％、Si：1.4％、Mn：0.05％、Cr：0.1％、Zn：0.1％、Ti：0.1％、Sr：0.2％、余量为Al及不可避免的杂质；所述脱脂溶液包括如下质量百分比的成分十二烷基苯磺酸钠：0.5％、碳酸氢钠：7.5％、柠檬酸钠：0.5％、氢氧化钠：15％、余量为去离子水；
用压边圈固定经过上述处理的铝合金型材，与此同时，铆钉也在冲锤的驱动下垂直向下对铝型材于4000N压力进行预压紧；
动力源加力10000N下压铆钉使其刺穿铝型材，与此同时，铆钉也驱使铝型材向上述处理过的铝合金铸造件内发生塑性变形；随着铆接进行，铝型材逐渐填充入铸造件内；
当冲锤将铆钉下压至铆钉头与铝型材的上表面紧密接触且平齐时铆接完成，压边圈释放压边力，冲锤返回初始工位。
实施例2
将铝合金型材和铝合金压铸件铆接面置于温度为42℃的脱脂溶液中进行2h的脱脂处理，然后用去离子水清洗，并于105℃下干燥，备用；所述铝合金型材由如下质量百分比的成分组成Si：9％、Mg：1.8％、Sr：0.2％、Mn：1.2％、Cu：0.3％、余量为Al及不可避免的杂质；所述铝合金铸件由以下质量百分比的成分组成Mg：0.23％、Si：1.5％、Mn：0.1％、Cr：0.2％、Zn：0.2％、Ti：0.15％、Sr：0.21％、余量为Al及不可避免的杂质；所述脱脂溶液包括如下质量百分比的成分十二烷基苯磺酸钠：0.6％、碳酸氢钠：8％、柠檬酸钠：1.0％、氢氧化钠：16％、余量为去离子水；
用压边圈固定经过上述处理的铝合金型材，与此同时，铆钉也在冲锤的驱动下垂直向下对铝型材于4500N压力进行预压紧；
动力源加力11000N下压铆钉使其刺穿铝型材，与此同时，铆钉也驱使铝型材向上述处理过的铝合金铸造件内发生塑性变形；
随着铆接进行，铝型材逐渐填充入铸造件内；
当冲锤将铆钉下压至铆钉头与铝型材的上表面紧密接触且平齐时铆接完成，压边圈释放压边力，冲锤返回初始工位。
实施例3
将铝合金型材和铝合金压铸件铆接面置于温度为45℃的脱脂溶液中进行2h的脱脂处理，然后用去离子水清洗，并于110℃下干燥，备用；所述铝合金型材由如下质量百分比的成分组成Si：10％、Mg：2.5％、Sr：0.4％、Mn：1.5％、Cu：0.5％、余量为Al及不可避免的杂质；所述铝合金铸件由以下质量百分比的成分组成Mg：0.25％、Si：1.4-1.6％、Mn：0.05-0.2％、Cr：0.1-0.5％、Zn：0.1-0.4％、Ti：0.1-0.2％、Sr：0.27％、余量为Al及不可避免的杂质；所述脱脂溶液包括如下质量百分比的成分十二烷基苯磺酸钠：0.5-1.0％、碳酸氢钠：7.5-10％、柠檬酸钠：0.5-1.5％、氢氧化钠：15-20％、余量为去离子水；
用压边圈固定经过上述处理的铝合金型材，与此同时，铆钉也在冲锤的驱动下垂直向下对铝型材于5000N压力进行预压紧；
动力源加力12000N下压铆钉使其刺穿铝型材，与此同时，铆钉也驱使铝型材向上述处理过的铝合金铸造件内发生塑性变形；
随着铆接进行，铝型材逐渐填充入铸造件内；
当冲锤将铆钉下压至铆钉头与铝型材的上表面紧密接触且平齐时铆接完成，压边圈释放压边力，冲锤返回初始工位。
实施例4
将铝合金型材和铝合金压铸件铆接面置于温度为50℃的脱脂溶液中进行1h的脱脂处理，然后用去离子水清洗，并于120℃下干燥，备用；所述铝合金型材由如下质量百分比的成分组成Si：12％、Mg：3％、Sr：0.5％、Mn：2％、Cu：0.7％、余量为Al及不可避免的杂质；所述铝合金铸件由以下质量百分比的成分组成Mg：0.3％、Si：1.6％、Mn：0.2％、Cr：0.5％、Zn：0.4％、Ti：0.2％、Sr：0.3％、余量为Al及不可避免的杂质；所述脱脂溶液包括如下质量百分比的成分十二烷基苯磺酸钠：1.0％、碳酸氢钠：10％、柠檬酸钠：1.5％、氢氧化钠：20％、余量为去离子水；
用压边圈固定经过上述处理的铝合金型材，与此同时，铆钉也在冲锤的驱动下垂直向下对铝型材于4800N压力进行预压紧；
动力源加力13000N下压铆钉使其刺穿铝型材，与此同时，铆钉也驱使铝型材向上述处理过的铝合金铸造件内发生塑性变形；
随着铆接进行，铝型材逐渐填充入铸造件内；
当冲锤将铆钉下压至铆钉头与铝型材的上表面紧密接触且平齐时铆接完成，压边圈释放压边力，冲锤返回初始工位。
本发明铆接工艺还适用于混合异种板材，如带镀锌层、有机层或预涂装的钢板以及铝钢混合板件或塑料与金属的混合板件。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
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