CN102626742A - 金属板件冲压圆点连接组合模具 - Google Patents

Abstract

一种金属板件冲压圆点连接组合模具，包括凸模与组合活动凹模，组合活动凹模包括凹模座体、至少两个模瓣，每个模瓣的中部的卡环沟与凹模座体的卡环槽一体拼接后嵌紧有弹性卡环，模瓣的底端具有摆动杆，摆动杆的内侧具有弹簧座，凹模座体上对应的开设有长形槽，长形槽的底面设置有弹簧沉孔座，弹簧沉孔座与弹簧座之间设有压缩弹簧，摆动杆位于长形槽内；凹模座体的顶部具有圆柱、圆柱顶面、台阶面，每个模瓣的顶端具有扇形分瓣，扇形分瓣具有扇形瓣底面、扇形瓣顶面、弧形面、扇形面，由于压缩弹簧的弹性支撑，每个模瓣的弧形面贴靠于圆柱表面，扇形瓣底面紧贴靠在台阶面，扇形边互相靠近以使等分的弧形面以圆柱的圆周为结合面形成弹性收拢状态。

Description

金属板件冲压圆点连接组合模具

技术领域

本技术涉及一种金属板件冲压活动组合模具，尤其涉及一种广泛用于在冲压设备上的一种金属板件冲压连接活动组合模具。

背景技术

所谓的金属板件冲压连接技术，是通过凸模与其相应的凹模之间在外力挤压的作用下迫使被连接材料产生流动，塑性变形后形成镶嵌连接。这种板件连接技术是利用简单几何结构的模具，利用金属板件拉伸变形特点，利用金属材料流动塑性成型的性能，使板件连接后外部形成为一面凹陷、一面凸起的圆形、腰形及各种星点状，板件内部材料流动形成互相镶嵌包扣，紧密的把板件连在一起。这种板件连接技术以其低成本效率高、经济节能环保、质量稳定可靠、不损坏任何表面涂层，及不同材质不同厚度板件多层连接的技术特征，得到了有关各行业的关注认可。目前这种独特的板件连接技术已广泛应用于航天、机械、汽车、家电、五金等领域。在现有的技术应用中，冲压连接技术采用的模具基本上有两种结构模式：

一种是采用封闭式具有导流结构的圆形或腰形凹模与其相应的凸模，在外力的作用下板件按照设计的材料流动范围，并在凹模腔内毫无空隙的充满整个容积，材料沿着凹模几何形状从各个不同方向转移流动，使板与板之间的材料晶粒变细，并互相沿着凹模腔内壁周围的受力方向成纤维流线状均匀延伸，材料内部互相挤压移位形成镶嵌咬合包扣，使表层内形成有利的残余应力分布，经过冷拉伸挤压使板件材料产生塑性变形，从而达到板件连接的目的。

另一种采用的是活动模瓣和模座组合成圆形凹模与其相应的圆形凸模，在外力的作用下板件材料按照活动模瓣和模座组合成的圆形凹陷模腔进行挤压冷拉伸，当被凸模压头顶部压着板件体积变形移位超出活动模瓣的支撑面时，在继续受压力的条件下材料以活动模瓣的支撑面为界面，使凸模压头顶部与模座顶部之间的材料产生向四周均匀流动，这种材料流动体积转移把活动模瓣推开的同时，材料内部互相挤压移位形成镶嵌咬合包扣，同样使表层内形成有利的残余应力分布，使板件材料产生塑性变形，从而达到板件连接的要求。

通过生产实践发现这两种采用不同结构形式的模具虽然都能实现板件冲压圆点连接，但是两种采用不同的模具结构形式仍然存在着各自的缺陷和不足：

1、 封闭式的圆形凹模结构简单、体积较小适应微型圆点连接，但相对于圆点直径较大、板件较厚的板件会出现在对冲压圆点挤压塑性变形的过程中，由于材料流动在封闭式的圆形凹模内，压缩形成的膨胀力把凹模造成劈裂。

2、 由于封闭式的圆形凹模结构在板件连接过程中，因材料流动在封闭式的圆形凹模内，压缩形成的膨胀力会把凹模抱住造成脱模困难，需要增加脱模装置才能完成脱模。

3、 为了加强封闭式的圆形凹模的周边强度只能增加外径尺寸，这样带来的不利因素是模具体积增大会制约板件连接加工范围，特别是对板件狭小的连接部位受到限制。

4、 现有技术的活动模瓣和模座组合成圆形凹模，该结构不足之处是采用局部圆弧接触开合转动关节，这种结构稳定性较差，特别是在板件连接过程中取放工件时，凹模容易受到撞击，使模瓣与模座容易脱位出现加工事故。

5、 在个别方案中，模瓣块与模座的弹性橡胶圈或盘绕巻簧的外围设置一个防护圆套，目的是防止工件对模具的直接撞击，避免模瓣与模座脱位，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，同样会产生在板件连接对狭小位置的制约。

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冲压圆点连接组合模具。 

为了实现以上目的，本发明的技术方案是：一种金属板件冲压圆点连接组合模具，包括凸模以及与所述的凸模对应的组合活动凹模，所述的组合活动凹模包括凹模座体、至少两个安装于所述的凹模座体上的模瓣，其中：

每个所述的模瓣的中部均具有卡环沟，所述的凹模座体相应的具有卡环槽，所述的模瓣的卡环沟与所述的凹模座体的卡环槽一体拼接后嵌紧有弹性卡环以使各个所述的模瓣以所述的弹性卡环为转动关节可转动地连接于所述的凹模座体；

所述的模瓣的底端具有摆动杆，所述的摆动杆的内侧具有弹簧座，所述的凹模座体上对应的开设有长形槽，所述的长形槽的底面设置有弹簧沉孔座，所述的弹簧沉孔座与所述的弹簧座之间设有压缩弹簧，所述的摆动杆位于所述的长形槽内；

所述的凹模座体的顶部具有圆柱、位于所述的圆柱上方的圆柱顶面、位于所述的圆柱下方的台阶面，每个所述的模瓣的顶端具有扇形分瓣，所述的扇形分瓣具有扇形瓣底面、扇形瓣顶面、位于内部的弧形面、位于侧部的扇形面，通过位于所述的沉孔座内的压缩弹簧弹性支撑于所述的弹簧座，每个所述的模瓣的弧形面贴靠于所述的圆柱表面，扇形瓣底面紧贴靠在所述的台阶面上，扇形边互相靠近以使等分的弧形面以所述的圆柱的圆周为结合面，形成由所述的扇形瓣顶面与圆柱顶面组合成内陷圆形的弹性收拢状态。

作为进一步的改进，所述的凹模座体通过设置于所述的凹模座体底部的定模槽固定于冲压设备上。

作为更进一步的改进，所述的模瓣的数目可以是2瓣、3瓣或4瓣。

作为更进一步的改进，所述的模瓣的卡环沟与所述的凹模座体的卡环槽的深度大于或等于所述的弹性卡环的直径。

本发明的板件冲压圆点连接组合模具的核心在于模瓣与模座的活动机构及收紧方式，外形上体积缩小、结构上简单方便，性能上稳定灵活、功能上满足板件不同材质、不同板厚、不同位置、不同夹层、不同涂层的连接需求：

本发明的模座基本结构是一个圆柱体，其结构包括在圆柱体的圆周上设置弧度等分的长形开口槽，槽底部设有弹簧沉孔座，在模座圆柱体的圆周的相应位置上，有一道横向经过长形开口槽的卡环槽；

本发明的模瓣是与模座互相对应活动配合的结合体，其模瓣结构包括一个摆动杆，外部设有卡环沟、内部设有弹簧座、顶部设有支撑功能的几个等分的扇形模瓣，模瓣组合可以是2瓣、3瓣或4瓣。

本发明的板件冲压圆点连接组合模具的连接原理是：当相应的圆柱形凸模压头的顶部紧密的接触被连接板件向凹模挤压时，由于扇形瓣的支撑，板件受力接近模座顶部，板件发生拉伸变形，形成一面凹陷一面凸起的圆形沉孔槽，凹陷与凸起的距离相当于板厚尺寸，实际上是以扇形瓣的顶部接触面为界面，呈现凹凸交错变形，当继续对凸模压头的顶部与凹模座顶部之间的板件挤压时，板件内部材料沿着凸模压头顶部与凹模模座顶部之间的周边，均匀流动移位，以扇形瓣的顶部接触面为界面，使外形体积膨胀推动模瓣向外展开，达到塑性变形的冲压圆点内部互相镶嵌卡死，牢固的完成板件连接。

从而，由于在保持现有技术的活动模瓣和模座组合成圆形凹模的功能基础上，对其模瓣、模座的结构及收紧装置进行全面的更新，使本发明的板件连接的技术核心模具充分体现环保、节能的独创、新颖、实用性，并具有以下优点：

1、   本发明的板件冲压组合凹模的收紧装置采用了压缩弹簧内置的结构，彻底改变了现有技术的组合凹模的收紧装置只能选用弹性橡胶圈或盘绕巻簧外置的方式，避免意外脱落。

2、   本发明的模瓣开合方式采用了弹性卡环固定的活动关节，这种方式可以保证模瓣向模座中心收紧位置的准确，也能保证当扇形瓣外展角度较大时，由于弹性卡环的弹性功能可以随着模瓣的活动范围进行自动调整关节位置。

3、   本发明的弹性卡环固定活动关节虽然是外置，但在配合部位弹性卡环属于是内陷安装，不影响外形尺寸，这种结构与现有技术的半圆接触关节结构相比，不容易受到外力移位。

4、   本发明的冲压组合凹模采用的卡环及模瓣摆杆在开口槽内活动结构形式更加合理实用，去掉了因现有技术组合凹模结构为了防护工件与凹模意外撞击，格外设置了加强防护套，节省附加成本，使模具体积更趋于小型化。

5、   本发明的模瓣摆动杆在模座的开口槽内活动，定位准确、活动自如，结构牢固，避免现有技术模瓣组合包套在模座上结构形式产生的不稳定性。

6、   本发明相对现有技术的封闭式的凹模比较，采用扇形瓣组合成活动凹模结构，当板件拉伸状态时起到支撑作用，便于板件几何形变。

7、   当压力使材料继续流动时，扇形瓣又能自动向侧面滑开，使金属材料体积移位、充分流动、没有阻力，避免了封闭式的凹模因材料挤压因疲劳产生的劈裂事故。

8、  由于扇形瓣的支撑功能转换为侧面滑开功能，使挤压流动的材料失去阻力，不会产生凹模与板件挤压膨胀抱死故障现象，有利于连续、重复工作，避免了凹模另外增加脱模装置，减少了制造成本。

附图说明

附图1为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的组合凹模的主剖视图；附图2为附图1的左视图；附图3为附图1的俯视图；

附图4为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的凹模座体主视图；附图5为附图4的左视图；附图6为附图4的俯视图；

附图7为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的扇形分瓣的主剖视图；附图8为图7的左视图；附图9为图7的俯视图；

附图10为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接过程准备状态示意图；附图11为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接过程定位预紧状态示意图；附图12为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接过程拉伸成型状态示意图；附图13为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接过程挤压成型示意图；附图14为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接脱模结束示意图；

图中：1、凹模座体；11、定模槽；12、弹簧沉孔座；13、卡环槽；14、长形槽；15、圆柱；16、圆柱顶面；17、台阶面；2、压缩弹簧；3、弹性卡环；4、模瓣；41、摆动杆；42、卡环沟；43、弹簧座；44、扇形分瓣；45、扇形瓣底面；46、扇形瓣顶面；47、弧形面；48、扇形面； A、第一层板；B、第二层板；Y、开口槽；Y1、滑动面；Z、支撑边；C、圆点内径；D、圆点外径；N、内层嵌角；W、外层包角；X、圆点底厚值。

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为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的组合凹模的主剖视图；附图2为附图1的左视图；附图3为附图1的俯视图；本实施例中的金属板件冲压圆点连接组合模具，包括凸模以及与凸模对应的组合活动凹模，组合活动凹模包括凹模座体1、至少两个安装于凹模座体1上的模瓣4，模瓣4的数目可以是2瓣、3瓣或4瓣，各个模瓣4呈均分的扇形，凹模座体1通过设置于凹模座体1底部的定模槽11固定于冲压设备上。

附图4为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的凹模座体主视图；附图5为附图4的左视图；附图6为附图4的俯视图；附图7为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的扇形分瓣的主剖视图；附图8为图7的左视图；附图9为图7的俯视图。每个模瓣4的中部均具有卡环沟42，凹模座体1相应的具有卡环槽13，模瓣4的卡环沟42与凹模座体1的卡环槽13一体拼接后嵌紧有弹性卡环3以使各个模瓣4以弹性卡环3为转动关节可转动地连接于凹模座体1，模瓣4的卡环沟42与凹模座体1的卡环槽13的深度大于或等于弹性卡环3的直径；模瓣4的底端具有摆动杆41，摆动杆41的内侧具有弹簧座43，凹模座体1上对应的开设有长形槽14，长形槽14的底面设置有弹簧沉孔座12，弹簧沉孔座12与弹簧座43之间设有压缩弹簧2，摆动杆41位于长形槽14内；凹模座体1的顶部具有圆柱15、位于圆柱15上方的圆柱顶面16、位于圆柱15下方的台阶面17，每个模瓣4的顶端具有扇形分瓣44，扇形分瓣44具有扇形瓣底面45、扇形瓣顶面46、位于内部的弧形面47、位于侧部的扇形面48，通过位于沉孔座12内的压缩弹簧2弹性支撑于弹簧座43，每个模瓣4的弧形面47贴靠于圆柱15表面，扇形瓣底面45紧贴靠在台阶面17上，扇形边48互相靠近以使等分的弧形面47以圆柱15的圆周为结合面，形成由扇形瓣顶面46与圆柱顶面16组合成内陷圆形的弹性收拢状态。

参见附图10至附图14，其示意性的描述了根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接过程的各个步骤的示意图。本发明的板件冲压圆点连接工艺过程分为准备开始、预紧定位、拉伸变形、挤压成形、脱模结束、检验试验过程，以下结合附图对本发明的具体板件连接工艺措施进行说明：

准备开始：附图10为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接过程准备状态示意图，在该步骤中调整凸模与凹模中心位置互相对应，与扇形瓣内弧47周边间隙尺寸合理均等，目的是在板件连接加工过程中受力均匀，将组合材料第二层板B放在第一层板A的下面，第二层板B的底层下面放置扇形瓣顶面46上，凸模在冲压设备上准备向凹模运行。

定位预紧：附图11为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接过程定位预紧状态示意图，在外力作用下凸模对凹模上的组合材料进行接触施加压力，由于凸模端部周边与组合凹模端部周边形成有一定间隙的剪切压力，组合材料向凹腔均匀受力，在支撑边Z的支撑作用下使材料得到预紧定位。

拉伸变形：附图12为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接过程拉伸成型状态示意图，凸模下行使压头底面接触到第一层板A后同时连带把第二层板B挤压向凹模腔内，由于扇形瓣顶面46紧贴第二层板B的下面，扇形瓣底部45紧贴台阶面17，使中间的扇形分瓣44形成支撑块，由于扇形面48互相合并贴靠，使扇形分瓣44与模座顶面16组合成圆形凹形腔，当凸模继续向凹模方向挤压时，被挤压的板件材料就会以凹槽端面圆周边的支撑边Z为压入口，使材料向模座顶面16拉伸变形，形成以扇形瓣顶面46为界面进行体积移位凹凸交错成为凹陷圆形。

挤压成形：附图13为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接过程挤压成型示意图，在拉伸变形的基础上凸模压头的顶部继续向凹模腔内的模座顶面16挤压，此时被挤压的第一层板A与第二层板B的内部材料产生均匀流动，由于被挤压的材料在以扇形瓣顶部46为界面至模座顶面16之间，所以材料是以支撑边Z为起点，向弧形面47的内壁的周围流动产生体积移动、外形膨胀，此时的扇形分瓣44完成了支撑作用，在外形膨胀力的推动下同时产生两个外移动作：一是模瓣4的扇形瓣底面45在台阶面17上平行向外滑动，带动弹性卡环3呈有限张开状态，二是以卡环槽13、卡环沟42、弹性卡环3为活动关节支点，使摆动杆41的弹簧座43上的压缩弹簧2，向凹模座1上底槽14的弹簧沉孔座12方向压缩，模瓣4的滑动面Y1在开口槽Y内为导向呈旋转张开状态，由于模瓣4的整体向外移动的功能使流动的材料失去阻力，非常容易的使外层材料外展让位生成外层包角W,内层材料挤压占位生成内层嵌角N，即完成塑性成形使板件形成合理的纤维流线分布，互相包扣咬合挤压镶嵌牢固的连接。

脱模结束：附图14为根据本发明的金属板件冲压圆点连接组合模具的板件连接脱模结束示意图，上模回程，板件连接完成脱离组合凹模，组合凹模的模瓣4在弹性卡环3的收缩及压缩弹簧2的回弹的作用下，凹模恢复准备初始状态继续下一点连接动作。

检验过程：板件活动组合模具冲压圆点连接检测包括以下三方面：

参见附图11，对体积移位凹凸交错为圆形点的外形进行观察比较，若试压调整时发现压痕明显深浅有别，内外圆周有偏移现象时要调整模具的中心；

参见附图14，对冲压圆点的样件要中进行心线剖面切割检测，目的是观察分析板材连接后材料流动分布是否均匀，是否形成互相挤压镶嵌的几何构造；

对冲压圆点的样件通过抗拉检测，制定最佳连接强度的圆点底厚值X参数，并在连接过程中精确控制这个质量指标，圆点内径C与圆点外径D的实际尺寸是控制圆点底厚值E的参考比较值。

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 (4)

1.一种金属板件冲压圆点连接组合模具，包括凸模以及与所述的凸模对应的组合活动凹模，其特征在于：所述的组合活动凹模包括凹模座体（1）、至少两个安装于所述的凹模座体（1）上的模瓣（4），其中：

每个所述的模瓣（4）的中部均具有卡环沟（42），所述的凹模座体（1）相应的具有卡环槽（13），所述的模瓣（4）的卡环沟（42）与所述的凹模座体（1）的卡环槽（13）一体拼接后嵌紧有弹性卡环（3）以使各个所述的模瓣（4）以所述的弹性卡环（3）为转动关节可转动地连接于所述的凹模座体(1)；

所述的模瓣（4）的底端具有摆动杆（41），所述的摆动杆（41）的内侧具有弹簧座（43），所述的凹模座体（1）上对应的开设有长形槽(14)，所述的长形槽(14)的底面设置有弹簧沉孔座(12)，所述的弹簧沉孔座(12)与所述的弹簧座（43）之间设有压缩弹簧(2)，所述的摆动杆（41）位于所述的长形槽(14)内；

所述的凹模座体（1）的顶部具有圆柱（15）、位于所述的圆柱（15）上方的圆柱顶面（16）、位于所述的圆柱（15）下方的台阶面（17），每个所述的模瓣（4）的顶端具有扇形分瓣（44），所述的扇形分瓣（44）具有扇形瓣底面（45）、扇形瓣顶面（46）、位于内部的弧形面（47）、位于侧部的扇形面（48），通过位于所述的沉孔座(12)内的压缩弹簧(2)弹性支撑于所述的弹簧座（43），每个所述的模瓣（4）的弧形面（47）贴靠于所述的圆柱（15）表面，扇形瓣底面（45）紧贴靠在所述的台阶面（17）上，扇形边（48）互相靠近以使等分的弧形面（47）以所述的圆柱（15）的圆周为结合面，形成由所述的扇形瓣顶面（46）与圆柱顶面（16）组合成内陷圆形的弹性收拢状态。

2.根据权利要求1所述的金属板件冲压圆点连接组合模具，其特征在于：所述的凹模座体（1）通过设置于所述的凹模座体（1）底部的定模槽（11）固定于冲压设备上。

3.根据权利要求1所述的金属板件冲压圆点连接组合模具，其特征在于：所述的模瓣（4）的数目为2瓣、3瓣或4瓣。

4.根据权利要求1所述的金属板件冲压圆点连接组合模具，其特征在于：所述的模瓣（4）的卡环沟（42）与所述的凹模座体（1）的卡环槽（13）的深度大于或等于所述的弹性卡环（3）的直径。

Images