CN102319809B - 金属板件切压点连接模具及连接方法 - Google Patents

Abstract

一种金属板件切压点连接模具及连接方法，包括凸模、凹模组合体，凸模包括凸模主体、顶面主刃、对称边副刃；凹模组合体包括凹模主体、一对分别位于凹模主体两侧的分瓣块，分瓣块的中部设有小轴孔，凹模主体对应设有主体小轴孔，分瓣块以穿设于小轴孔、主体小轴孔内的小轴为转动关节可转动地连接于凹模主体两侧；凹模主体具有槽底面、位于槽底面两侧的槽底侧面，分瓣块的一端具有头部顶面、槽口侧面，槽底侧面、槽底面、头部顶面、槽口侧面包围形成与凸模相配合的开口槽；凹模主体上开设有通透槽，分瓣块的另一端具有弹簧座，槽口侧面通过位于通透槽内的压缩弹簧弹性支撑于弹簧座上而紧密的贴靠于槽底侧面，以使凹模组合体呈弹性收拢的待用状态。

Description

金属板件切压点连接模具及连接方法

技术领域

本技术涉及一种金属板件切压点连接模具及连接方法，尤其涉及一种广泛用于冲压设备上冲压加工的金属板件切压点连接模具及连接方法。

背景技术

金属板件连接技术中的冲压点连接技术，是一种利用安装在冲压设备上的模具对板件材料施加压力使连接板件材料在常温下冷变形，对板件切割分离或拉伸挤压，使连接冲压点部位产生流动残余变形，在板件的冲压点周围产生套嵌锁死完成板件连接。该技术具有模具制造简单、材料成本少、生产效率高、经济节能环保、质量稳定可靠、技术成熟稳定、应用普及性高等优点，被广泛应用于航天、仪表、机械、汽车、家电、五金等领域，现有的金属板件冲压点连接方法颠覆了板件传统的焊接、点焊连接、铆钉连接、螺纹连接、滚口及卷边连接的历史，已成为现代工业生产中一种重要手段和发展方向。

金属板件冲压点连接新技术的应用，不断地引发新创意、新思路、新突破，不断地完善、充实、提高板件冲压点连接技术，由密封的冲压圆点连接延伸到切口式的切压点连接，不同的模具结构设计产生不同的连接效果。板件连接的核心模具也由单一模具发展到组合模具。模具的结构小型精细化，复合功能一体化的需求使板件冲压点连接技术不断的探索求新。

现有技术中的板件切压点连接技术，其实施方式是在冲压设备上配置对应的凸模与凹模：凸模的横向是倒梯形压头，纵向是与凹模的开口槽对应的呈双边切裁式的平行扁状体；凹模是具有夹紧装置把活动分瓣体组合成开口槽式。当凸模的倒梯形冲头顶面冲压连接板件时，倒梯形斜边也随着挤压切入凹模的开口槽内，使被压入的板件部分凸出于板件的总厚度，成型后的连接冲压点呈现即分离又相连的形态（表现为一个方向剖面呈切断分离状态，另一个方向剖面呈梯形拉伸变形状态）。在凸模顶部与凹模底部被挤压的材料向周围流动动时，由于一个方向连接的梯形边是倾斜角度，材料流动只能推动倾斜角度变形，另一个方向被挤压的材料在切口缝处由于没有阻力形成体积流动移位，被挤出流动的材料残余成形卡边角，紧密的卡死在板件切口分离缝隙处把板件连接一起。

目前切口式冲压方点连接技术的冲压模具，凸模基本是通用倒梯形压头，与其配合的活动分瓣体凹模有长方形和圆形两种形式：长方形凹模采用的是扁方形分瓣块扭簧式夹紧装置；圆形凹模采用的是弧形分瓣块外部装有弹性橡胶圈或盘绕巻簧式夹紧装置。两种不同的结构机构设置的凹模，使用相同结构的凸模，可以完成同样的板件冲压点连接效果。由此对不同的板件连接需求及部位的限制，可选择适合的连接模具。但是这种不同结构的凹模夹紧装置的结构，仍然有着各不同的不足和缺陷：

1、       长方形凹模的夹紧装置安装的是扭簧，把对称的扁方形分瓣块向中心收紧状态，这种结构需在槽口两边对称分瓣块开合方向加长尺寸，来保证扭簧的安装和对称分瓣块开合的位置，凹模组合成长方体，由于这种板件冲压方点的连接承载有方向性，当在狭小的法兰边及部位狭窄的部位就会有承载方向和位置的制约；

2、       圆形凹模是在开口槽的两边对称的设置一对分瓣块，成为一个圆柱形状，分瓣块与凹模主体分合的转动轴心结构为：分瓣块活动关节部位呈凸起的半圆弧状，凹模主体对应的转动轴心部位呈凹陷的半圆弧状，互相配合后形成半圆接触开合转动关节。 在整个圆形凹模外部装有弹性橡胶圈或盘绕巻簧把分瓣块紧密的向中心收紧，该结构不足之处是采用半圆接触开合转动关节，这种半联动中心收紧方式在力较小的情况下稳定性较差，特别是在板件连接过程中取放工件时，凹模容易受到撞击，使分瓣块与凹模主体脱位出现事故；

3、       在分瓣块与凹模主体的弹性橡胶圈或盘绕巻簧的外围设置一个防护圆套，目的是防止工件撞击，并在一定的范围内使弧形分瓣块张开的状态下限制弹性橡胶圈或盘绕巻簧的弹起距离，防止分瓣块与凹模主体脱位，但是这种结构的不足之处是使圆形凹模外部直径尺寸增大，同样会产生承载方向和位置的制约。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷不足，本发明的目的是提供一种结构简单的金属板件切压点模具及连接方法。 

根据一个方面，本发明提供了一种金属板件切压点连接模具，它包括凸模以及位于所述的凸模下方的凹模组合体。具体的，凸模具备冲裁、拉伸、挤压的功能，包括凸模主体、位于所述的凸模主体端部的顶面主刃、位于所述的顶面主刃两侧的对称边副刃，其结构表现形式是在圆柱体冲压头部加工成中心对称的平行扁状体，目的是与凹模组合体的开口槽对应形成剪切刃。凹模组合体包括凹模主体、一对分别位于所述的凹模主体两侧的分瓣块，其中，所述的分瓣块的中部设有小轴孔，所述的凹模主体对应设有主体小轴孔，所述的分瓣块以穿设于所述的小轴孔、主体小轴孔内的小轴为转动关节可转动地连接于所述的凹模主体两侧；所述的凹模主体具有槽底面、位于所述的槽底面两侧的槽底侧面，所述的分瓣块的一端具有头部顶面、槽口侧面，所述的槽底侧面、槽底面、头部顶面、槽口侧面包围形成与所述的凸模相配合的开口槽；所述的凹模主体上开设有通透槽，所述的分瓣块的另一端具有弹簧座，所述的槽口侧面通过位于所述的通透槽内的压缩弹簧弹性支撑于所述的弹簧座上而紧密的贴靠于所述的槽底侧面，以使所述的凹模组合体呈弹性收拢的待用状态。凸模与凹模组合体在具备上述功能条件下，在冲压设备上利用金属材料塑性，通过相应的压力作用在凸模和与其相对应的凹模组合体上，经过冷加工使板件同时产生切断分离、拉伸变形、挤压流动、残余成形，使板件之间即能紧密卡死从而提高抗拉、抗剪、抗动态疲劳承载的板件连接强度需求。

作为进一步的改进，所述的对称边副刃呈斜角边或向中心凹陷的弧形边。

作为进一步的改进，所述的凹模组合体的整体外形呈圆锥体，凹模组合体整个外形呈圆锥体设计的目的，在压力点材料流动对分瓣块内侧产生推力使分瓣块张开时，尽量缩小体积不超出凹模组合体的最大直径范围，方便灵活、避免干涉。

根据另一个方面，本发明提供了一种基于上述模具的金属板件切压点连接方法，依次进行如下步骤： 

板件切压准备过程：调整安装在冲压设备上的凸模的对称边副刃、顶面主刃在纵向上与凹模主体的由槽底侧面、槽底面、头部顶面、槽口侧面包围形成的开口槽的纵向中心相对应，其中，凸模纵向刃口厚度H1、凹模组合槽口宽度H2、凹模槽口底面厚度H3互相组合成剪切尺寸配合，将作为待加工的连接板件的板件一与板件二依次堆叠在凹模组合体的分辨块的头部顶面上；

切断分离与拉伸变形过程：所述的凸模的对称边副刃与顶面主刃将所述的板件一与板件二切压进入所述的凹模组合体的开口槽中，从而所述的板件一与板件二之间紧密贴实、板厚均匀拉伸变形为一面凹槽另一面凸起，以使所述的连接板件处于纵向截面整体相连而横向截面上下交错的状态，其中，凸起的偏移值D等于或大于连接板件的总厚度，凹槽两侧的切断分离层的间距定义为切口槽值A；

材料流动与残余成形过程：对所述的顶面主刃与槽底面之间的连接板件继续加力挤压，被压部位的板件之间的材料开始发生转移流动以使被挤压的底厚值X小于连接板件的总厚度，在此过程中，在挤压流动推力的状态下分瓣块的槽口侧面自动张开，从而一部分材料流动至凸模的对称边副刃的两侧，此时拉伸内槽边角、拉伸外形边角塑性成型，另一部分材料流至切断分离层的下方两侧，沿着交错间隙C流动出来的材料堆积成卡边角，其中，卡边角长度值Y大于切口槽值A，从而将连接板件在切压点紧密卡死。

作为更进一步的改进，还包括测量并记录切点底厚X、卡边角长度值Y并与预定值相比较的检验过程，根据比较结果判定产品质量的好坏。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下优点：

1、板件连接切压点连接是利用模具，特别是凹模组合体的活动组合结构，使板材切断分离、拉伸变形、材料流动、体积转移、形成卡边角，在板件交错间隙位置卡死锁住完成板件连接； 

2、凹模组合成型的巧妙创意在于是凹模主体上通过通透槽，内置压缩弹簧以对称的小轴为活动关节支点，支撑在对称对应的分瓣块的弹簧支座上，使分瓣块的顶部顶面向凹模中心弹性收紧，在挤压流动推力的状态下分瓣块的顶部顶面自动张开，挤压推力卸载后自动关闭成槽口式准备下次动作，这种压缩弹簧内置活动自如的收紧装置结构，彻底改变现有技术的活动组合凹模内置弹簧必须方形配扭簧；外置弹簧必须是圆形配弹性胶圈或盘绕卷簧的常规模式，使体积更加紧凑精巧、方便灵活；

3、凹模组合成型的进一步改进在于凹模外形上部的活动收紧区域采用圆锥体结构，在动推力的状态下分瓣块的顶部顶面自动张开后，分瓣块的外形弧形锥面在凹模下部圆柱体圆周内范围，避开了因在凹陷的定模套安装使周围产生的干涉，便于隐形安装防止较大、较重侧向力冲击，有利于凹模保护；

4、凹模组合成型的更进一步改进在于在圆形体上对称设计定位小轴孔，通过小轴联接成为分瓣块定位的转动关节，这种定位转动关节结构保证了，对称分瓣块向心收紧形成的凹槽几何尺寸的精度，避免了现有技术的组合圆形凹模的分瓣块是浮动半圆接触转动关节，容易受力脱位，凹槽几何尺寸的精度会出现偏差造成加工事故。定位转动关节结构有益效果是提高了组合活动凹模收紧装置的精度，从而保证了产品质量的稳定，是一种值得普及推荐、广泛应用的板件连接新模具、新技术。

附图说明

附图1为根据本发明的金属板件切点连接模具的凸模的主视图；

附图2为附图1的俯视图；

附图3为附图1的右视图；

附图4为根据本发明的金属板件切点连接模具的凹模组合体的主剖视图；

附图5为附图4的俯视图；

附图6为附图4的左视图；

附图7为根据本发明的金属板件切点连接模具的凹模主体的主视图；

附图8为图7的俯视图；

附图9为图7的左视图；

附图10为根据本发明的金属板件切点连接模具的凹模主体的立体图；

附图11为根据本发明的金属板件切点连接模具的分瓣块的示意图；

附图12为根据本发明的金属板件切点连接方法的板件切压准备过程横向示意图；

附图13为根据本发明的金属板件切点连接方法的板件切压准备过程纵向示意图；

附图14为根据本发明的金属板件切点连接方法的切断分离与拉伸变形过程横向示意图；

附图15为根据本发明的金属板件切点连接方法的切断分离与拉伸变形过程纵向示意图；

附图16为根据本发明的金属板件切点连接方法的材料流动与残余成形过程横向示意图；

附图17为根据本发明的金属板件切点连接方法的材料流动与残余成形过程纵向示意图；

附图18为根据本发明的金属板件切点连接方法的成型状态横向示意图；

附图19为根据本发明的金属板件切点连接方法的成型状态纵向示意图；

图中：1、凸模；11、对称边副刃；12、顶面主刃；H1、凸模纵向切刃厚度；2、凹模主体；21、通透槽；22、主体小轴孔；23、槽底侧面；24、槽口底面；H2、凹模纵向切口宽度；H3、凹模槽口底面厚度；3、分瓣块；31、小轴孔；32、头部顶面；33、槽口侧面；34、弹簧座；4、压缩弹簧；5、小轴；6、连接板件；61、内槽边角；62、板件一；63、板件二；64、外形边角；65、切断分离层；66、卡边角；A、切口槽值；Y、卡边角长度值；C、交错间隙；D、偏移值；X、底厚值。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

附图1、附图2、附图3示意性的描述了金属板件切点连接模具的凸模。凸模具备冲裁、拉伸、挤压的功能，包括凸模主体1、位于凸模主体1端部的顶面主刃12、位于顶面主刃12两侧的对称边副刃11；其结构表现形式是在圆柱体冲压头部加工成中心对称的平行扁状体，对称边副刃11呈斜角边或向中心凹陷的弧形边，目的是与凹模组合体的开口槽对应形成剪切刃，其中，凸模纵向切刃厚度定义为H1。

附图4、附图5、附图6示意性的描述了金属板件切点连接模具的凹模组合体的主剖视图；附图7、附图8、附图9示意性的描述了金属板件切点连接模具的凹模主体的主视图；附图10为金属板件切点连接模具的凹模主体的立体图；附图11为金属板件切点连接模具的分瓣块的示意图。位于凸模下方的凹模组合体包括凹模主体2、一对分别位于凹模主体2两侧的分瓣块3，其中，分瓣块3的中部设有小轴孔31，凹模主体2对应设有主体小轴孔22，分瓣块3以穿设于小轴孔31、主体小轴孔22内的小轴5为转动关节可转动地连接于凹模主体2两侧；凹模主体2具有槽底面24、位于槽底面24两侧的槽底侧面23，分瓣块3的一端具有头部顶面32、槽口侧面33，槽底侧面23、槽底面24、头部顶面32、槽口侧面33包围形成与凸模相配合的开口槽；凹模主体2上开设有通透槽21，分瓣块3的另一端具有弹簧座34，槽口侧面33通过位于通透槽21内的压缩弹簧4弹性支撑于弹簧座34上而紧密的贴靠于槽底侧面23，使凹模纵向切口宽度H2与凹模槽口底面厚度H3尺寸一致，形成凹模组合体呈圆锥体式弹性收拢环抱的待用状态。

参见附图12至附图19，其示意性的描述了根据本发明的金属板件切压点连接方法的各个步骤中的横向示意图与纵向示意图。

板件切压准备过程：如附图12、13所示，调整安装在冲压设备上的凸模的对称边副刃11（可以是斜角边或向中心凹陷的弧形边）、顶面主刃12在纵向上与凹模主体2的由槽底侧面23、槽底面24、头部顶面32、槽口侧面33包围形成的开口槽的纵向中心相对应，其中，凸模纵向刃口厚度H1、凹模组合槽口宽度H2、凹模槽口底面厚度H3互相组合成剪切尺寸配合，将作为待加工的连接板件6的板件一62与板件二63依次堆叠在凹模组合体的分辨块3的头部顶面32上。

切断分离与拉伸变形过程：如附图14、15所示，凸模的对称边副刃11与顶面主刃12将板件一62与板件二63切压进入凹模组合体的开口槽中，从而板件一62与板件二63之间紧密贴实、板厚均匀拉伸变形为一面凹槽另一面凸起，以使连接板件6处于纵向截面整体相连而横向截面上下等分交错的状态，其中，凸起的偏移值D等于或大于连接板件6的总厚度，凹槽两侧的切断分离层65的间距定义为切口槽值A；板件切断分离与拉伸变形即指切压初始状态，表现为纵向拉伸变形与整体板件相连，横向切断与整体板件部分分开。该过程是材料表面层金属初次在外力的作用下对板件连接点进行切断分离、拉伸变形而达到的过度形状。

材料流动与残余成形过程：如附图16、17所示，对顶面主刃12与槽底面24之间的连接板件6继续加力挤压，被压部位的板件之间的材料开始发生转移流动以使被挤压的底厚值X小于连接板件的总厚度，在此过程中，在挤压流动推力的状态下分瓣块3的槽口侧面33自动张开，从而一部分材料流动至拉伸变形的凹槽横向底边两端，即凸模的对称边副刃11的两侧，此时拉伸内槽边角61按凸模几何形态塑性成型，拉伸外形边角64同时随着材料流动量的多少适当变形；另一部分材料流至切断分离层65的下方两侧，沿着交错间隙C流动出来的材料堆积成卡边角66，产生的卡边角长度值Y大于切口槽值A，这种插扣的方式把连接板件在切压点的位置上牢固紧密卡死。

附图18为根据本发明的金属板件切点连接方法的成品成型状态的横向示意图，板件一62拉伸成形为内槽边角61，板件二63拉伸为外形边角64；附图19为根据本发明的金属板件切点连接方法的成品成型状态的纵向示意图，对称切断分离层65构成A切口槽值，在对称的交错间隙C材料流动成为残余卡边角66，构成 Y卡边角长度值，偏移值D表示切压点凸出尺寸，底厚值X表示切压点残余参数。

在生产加工过程中卡边角长度值Y与底厚值X互相是正比关系，即底厚值X越薄卡边角长度值Y越长，底厚值X与卡边角长度值B都是残余控制参数。这个参数是在样件试验中确定，在加工过程中调整、在成品完成时检验的重要的质量依据。因此，还包括测量并记录切点底厚X、卡边角长度值Y并与预定值相比较，根据比较结果判定产品质量的好坏的检验过程。

如附图18、附图19所示，板件切压点连接样件试验及检验控制过程如下： 

a、切断分离与拉伸变形过程，对连接板件的切断分离层65的断口处观察，及顶面主刃12对板件一62与出现的轻微压痕；板件二63对槽底面24的轻微压痕观察比较发现偏移量，及时对模具调整对准以保证产品质量的稳定；

b、对卡边角长度值Y测量后，要比较切断分离层65之间的槽口距离的切口槽值A差是多少，是否是在试验确定强度的范围之内，卡边角长度值Y是重要的必须的控制要素，底厚值X相对于卡边角长度值Y是不可缺少的参考值，判断是否调整压力来改变底厚值X来调整卡边角长度值Y，达到板件连接质量要求；

c、对板件的切压点的样件进行整体连接抗拉检测，要分别进行对板件连接切压点的横向、纵向、上下不同方向的抗拉、抗剪检测，从而制定最佳连接强度的卡边角长度值Y和底厚值X，为精确控制这个质量指标确定依据。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种金属板件切压点连接模具，其特征在于，它包括： 

凸模，包括凸模主体(1)、位于所述的凸模主体(1)端部的顶面主刃（12）、位于所述的顶面主刃（12）两侧的对称边副刃（11）；

位于所述的凸模下方的凹模组合体，包括凹模主体(2)、一对分别位于所述的凹模主体(2)两侧的分瓣块(3)，其中，所述的分瓣块(3)的中部设有小轴孔(31)，所述的凹模主体(2)对应设有主体小轴孔(22)，所述的分瓣块(3)以穿设于所述的小轴孔(31)、主体小轴孔(22)内的小轴(5)为转动关节可转动地连接于所述的凹模主体(2)两侧；所述的凹模主体(2)具有槽底面(24)、位于所述的槽底面(24)两侧的槽底侧面(23)，所述的分瓣块(3)的一端具有头部顶面(32)、槽口侧面(33)，所述的槽底侧面(23)、槽底面(24)、头部顶面(32)、槽口侧面(33)包围形成与所述的凸模相配合的开口槽；所述的凹模主体(2)上开设有通透槽(21)，所述的分瓣块(3)的另一端具有弹簧座（34），所述的槽口侧面(33)通过位于所述的通透槽(21)内的压缩弹簧(4)弹性支撑于所述的弹簧座（34）上而紧密的贴靠于所述的槽底侧面(23），以使所述的凹模组合体呈弹性收拢的待用状态。

2.根据权利要求1所述的金属板件切压点连接模具，其特征在于：所述的对称边副刃（11）呈斜角边或向中心凹陷的弧形边。

3.根据权利要求1所述的金属板件切压点连接模具，其特征在于：所述的凹模组合体的整体外形呈圆锥体。

4.一种用于如权利要求1或2或3所述的金属板件切压点连接模具的金属板件切压点连接方法，其特征在于，依次进行如下步骤： 

板件切压准备过程：调整安装在冲压设备上的凸模的对称边副刃（11）、顶面主刃（12）在纵向上与凹模主体（2）的由槽底侧面(23)、槽底面(24)、头部顶面(32)、槽口侧面(33)包围形成的开口槽的纵向中心相对应，其中，凸模纵向刃口厚度H1、凹模组合槽口宽度H2、凹模槽口底面厚度H3互相组合成剪切尺寸配合，将作为待加工的连接板件（6）的板件一（62）与板件二（63）依次堆叠在凹模组合体的分辨块（3）的头部顶面（32）上；

切断分离与拉伸变形过程：所述的凸模的对称边副刃（11）与顶面主刃（12）将所述的板件一（62）与板件二（63）切压进入所述的凹模组合体的开口槽中，从而所述的板件一（62）与板件二（63）之间紧密贴实、板厚均匀拉伸变形为一面凹槽另一面凸起，以使所述的连接板件（6）处于纵向截面整体相连而横向截面上下交错的状态，其中，凸起的偏移值D等于或大于连接板件（6）的总厚度，凹槽两侧的切断分离层(65)的间距定义为切口槽值A；

材料流动与残余成形过程：对所述的顶面主刃（12）与槽底面（24）之间的连接板件（6）继续加力挤压，被压部位的板件之间的材料开始发生转移流动以使被挤压的底厚值X小于连接板件的总厚度，在此过程中，在挤压流动推力的状态下分瓣块（3）的槽口侧面(33)自动张开，从而一部分材料流动至凸模的对称边副刃（11）的两侧，此时拉伸内槽边角（61）、拉伸外形边角（64）塑性成型，另一部分材料流至切断分离层（65）的下方两侧，沿着偏移值D与底厚值X之间的交错间隙C流动出来的材料堆积成卡边角（66），其中，卡边角长度值Y大于切口槽值A，从而将连接板件（6）在切压点紧密卡死。

5.根据权利要求4所述的金属板件切压点连接方法，其特征在于：其特征在于：还包括测量并记录切点底厚X、卡边角长度值Y并与预定值相比较的检验过程，根据比较结果判定产品质量的好坏。

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