CN104399859B - 薄板自锁紧固连接方法及系统 - Google Patents
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Abstract
薄板自锁紧固连接方法及系统,设连接系统有下端为尖形圆环的圆筒杆部的自锁铆钉、铆钉外的压边圈、被连薄板及下方的有环形凹槽的凹模；被连薄板为2-3层：最底层延伸率≥12％；最底层到最上层厚度和强度逐渐减小；最底层厚度大于总厚度的1/3。启动自锁铆接工具,首先驱动冲锤和压边圈对薄板进行预压紧,继续加压自锁铆钉刺穿上薄板，使下薄板向环形凹槽内发生塑性变形；然后扩张后形成机械自锁结构。解决了不能点焊薄板的连接难题。实现冲孔、铆接一次完成，效率高，连接一个铆钉周期仅为3秒。生产中无烟、汽、火花、粉尘、碎屑、噪音，满足了汽车轻质材料、连接、大规模自动化生产及环保优良的需求。可用于薄铝板、金属与非金属、有涂漆或镀层黑色金属等间的固紧连接。
Description
(一)技术领域：本发明薄板自锁紧固连接方法及系统,主要用于汽车上有色金属、非金属、凃漆、有镀层的、可焊性差的薄板间的紧固连接。属金属机械加工的铆接类(B21J)和紧固件类(F16B)。
(二)背景技术：
现有汽车车身釆用钢板制作时,其板间连接的主要方法仍是点焊(电阻焊),这不仅有利于大批量生产，而且连接质量也牢固可靠。
随着汽车工业的发展，对汽车轻量化的要求越来越高，汽车制造商更加重视车身轻量化和材料连接的高质量，减少车身重量的主要办法之一就是使用轻型材料。例如采用轻质薄铝板(有色金属)，但轻质薄铝板间用点焊连接则非常困难。
此外金属与非金属间、非金属间、可焊性差的板材间、有涂漆或镀层的黑色金属间的连接，点焊也非常困难。
如果对薄铝板间的连接采用传统的铆接技术，首先要对被连接板材进行预冲孔，然后再进行铆接，这样的工作效率低。
(三)发明内容：
本发明提出的薄板自锁紧固连接方法及系统,其目的就是解决上述现有不能点焊的轻质薄板间的连接难题及优化紧固连接问题。并满足制造轻量化汽车的需求。轻质薄板包括有色金属间、金属与非金属间、非金属间、可焊性差的板材间、有涂漆或镀层的黑色金属间。
其技术方案如下：
薄板自锁紧固连接方法,其特征是:包括如下步驟:
第一步:制作如下的薄板自锁紧固连接系统:1)设由头部3.1和杆部3.2组成的自锁铆钉3,杆部是外表为光杆面的圆筒，筒内孔前端为尖形圆环3.3；头部采用沉头头部或平头头部。2)设连接时,套在自锁铆钉外的圆筒形压边圈4；并设放在被连薄板2下面的凹模1；凹模上方有环形凹槽1.1。3)设向自锁铆钉施压并由自锁铆接工具6驱动的冲锤5,压边圈4套在冲锤外圆,两者间为过渡配合。4)被连薄板为2-3层；最底层下薄板2.1的延伸率≥12％；从最底层下薄板2.1到最上层上薄板(2.2)其厚度和强度逐渐减小；下薄板厚度大于被连薄板总厚度的三分之一。第二步：将被连接薄板2置于冲锤和凹模之间，自锁铆钉3通过机械带式传送放于冲锤下上薄板2.2表面上,将压边圈套在自锁铆钉外。第三步夹紧阶段:启动自锁铆接工具,驱动冲锤并通过自锁铆钉垂直向下对薄板进行预压紧,同时压边圈也随冲锤向下压紧被连薄板。第四步冲压阶段:自锁铆接工具通过冲锤继续向下加压自锁铆钉，杆部的尖形圆环3.3刺穿上薄板，同时也驱使下薄板2.1向凹模环形凹槽1.1内发生塑性变形。第五步扩张阶段:继续加压铆接，下薄板逐渐填充环形凹槽1.1，在杆部及凹模环形凹槽的共同作用下，杆部3.2向周围扩张。第六步自锁铆接工具停止加压阶段:当自锁铆钉下压至头部3.1与上薄板2.2上表面平齐,且与下凹部分紧密接触形成了自锁铆钉与薄板间的机械自锁结构3A时,自锁铆接工具停止加压。第七步紧固连接完成:自锁铆接工具上移返回初始工位,压边圈和冲锤同时上移回位，完成一个自锁铆钉的紧固连接。
在上述第二步中可首先对自锁铆钉3表面进行抛光、镀锌、镀锡或喷涂表面处理。
完成上述薄板自锁紧固连接方法所需的薄板自锁紧固连接系统，其特征是
1)设由头部3.1和杆部3.2组成的自锁铆钉3,杆部是外表为光杆面的圆筒，筒内孔前端为尖形圆环3.3；头部采用沉头头部或平头头部。2)设连接时,套在自锁铆钉外的圆筒形压边圈4；并设放在被连薄板2下面的凹模1；凹模上方有环形凹槽1.1。3)设向自锁铆钉施压并由自锁铆接工具6驱动的冲锤5,压边圈4套在冲锤外圆,两者间为过渡配合。4)被连薄板为2-3层；最底层下薄板2.1的延伸率≥12％；从最底层下薄板到最上层上薄板其厚度和强度逐渐减小；下薄板厚度大于被连薄板总厚度的三分之一。
本发明有益效果：
1)解决了有色金属间(如薄铝板)、金属与非金属间、非金属间、可焊性差的板材间、有涂漆或镀层的黑色金属间的连接难题(易碎板材除外，如玻璃板、脆质塑料板等)。为汽车车体采用新型轻量化材料及连接开辟了新途径。2)自锁连接方法克服了传统铆接的弊端，实现冲、铆一次完成，使得加工工序简单，大大提高工作效率，通常连接一个自锁铆钉周期仅为3秒，尤其适合汽车车身制造这种大规模自动化生产的需求。3)被连薄板可以适应多种材质的板材和多层板材组：A.高强钢板。B.铝合金板。C塑料板。D.复合夹层板。4)本方法是用于连接两层或多层板件的冷成形工艺，与电阻点焊工艺相比，首先无热效应，因此连接中不会破坏涂漆或镀层。同时生产中无烟、汽、火花、粉尘、碎屑、噪音等产生的优点，极大的提高了工艺安全性和工作环境的清洁性，降低了对工作人员身体的伤害，环保优良，符合未来绿色工业的发展趋势，因而在汽车工业中具有广阔的应用前景。5)铆接点强度高。6)铆接质量稳定，用如下方法控制：一是铆接点质量通过视觉观察，即通过目测铆钉头部高度和铆接自锁结构形状是否正常确定。二是可通过铆接工具对铆接力-位移曲线的检测，对铆接质量进行管理和控制。7)自锁铆钉
进行表面处理，一方面为铆钉提供了防腐保护，同时可满足用户对于美观的要求；且可根据用户的要求，进行不同的表面处理。9)自锁铆钉头部形状可分为沉头和平头两种型式。沉头自锁铆钉主要用于金属间薄板的紧固连接。平头主要是用于非金属与金属、非金属与非金属间薄板的紧固连接。
(四)附图说明
图1薄板自锁紧固连接系统总体布置和结构示意图。也是薄板自锁紧固连接连接方法第一、二、三步示图。
图2自锁铆钉3剖视图。(沉头头部)
图3平头头部示图。
图4第四步冲压阶段示图。
图5第五步扩张阶段示图。
图6第六步自锁铆接工具停止加压阶段示图。
图7第七步紧固连接完成示图。
(五)具体实施方式
本实施例薄板自锁紧固连接方法,包括如下步驟:
第一步:制作如下的薄板自锁紧固连接系统:
见图2，设由头部3.1和杆部3.2组成的自锁铆钉3,杆部是外表为光杆面的圆筒，筒内孔前端为尖形圆环3.3，头部3.1为沉头头部。见图3，头部3.1a为平头头部。
见图1，设连接时,套在自锁铆钉3外的圆筒形压边圈4；并设放在被连薄板2下面的凹模1,凹模上方有圆环凹槽1.1。设向自锁铆钉施压的并由自锁铆接工具6驱动的冲锤5,压边圈4套在冲锤外圆,两者间为过渡配合。
见图1，本实施例被连薄板为2层：下薄板2.1材料为碳钢，厚度为2mm，强度为360MPa，延伸率≥12％；上薄板2.2材料为铝合金，厚度为1.5mm，强度为230MPa。可以看出：从下薄板到上薄板其厚度和强度逐渐减小；且下薄板2.1厚度大于被连薄板2总厚度的三分之一。
第二步:见图1，在制作好上述薄板自锁紧固连接系统后紧固连接前,首先对自锁铆钉3表面进行抛光、镀锌、镀锡或喷涂表面处理。然后将被连接薄板2置于冲锤5和凹模1之间，自锁铆钉3通过机械带式传送放于冲锤5下被连上薄板2.2表面上,将压边圈4套在自锁铆钉外。机械带式传送体由外部动力驱动的棘轮3a转动，将整齐排列于铆钉带3b上的自锁铆钉3逐一送到冲锤5下方上薄板2.1表面上就位。
第三步夹紧阶段:见图1,启动自锁铆接工具6,驱动冲锤5并通过自锁铆钉3垂直向下对上薄板2.2进行预压紧,同时压边圈4也随冲锤5向下压紧被连薄板2。
第四步冲压阶段:见图4，自锁铆接工具6通过冲锤5继续向下加压自锁铆钉3，杆部的尖形圆环3.3刺穿上薄板2.2，同时也驱使下薄板2.1向凹模1内的环形凹槽1.1发生塑性变形。
第五步扩张阶段:见图5继续加压铆接，下薄板2.1逐渐填充环形凹槽1.1，在杆部及环形凹槽共同作用下，杆部3.2向周围扩张。
第六步铆接工具停止加压阶段:见图6，当自锁铆钉下压至头部3.1与上薄板2.2上表面平齐,且与下凹部分紧密接触形成了自锁铆钉与薄板间的机械自锁结构3A时,自锁铆接工具6停止加压。
第七步紧固连接完成:见图7，自锁铆接工具6上移返回初始工位,压边圈4和冲锤5同时上移回位，完成一个自锁铆钉的紧固连接。
本实施例釆用上述薄板自锁紧固连接方法所需的薄板自锁紧固连接系统与本实施例方法第一步中薄板自锁紧固连接系统完全相同，这里不再重复。
Claims (2)
1.薄板自锁紧固连接方法,其特征是:包括如下步骤:
第一步:制作如下的薄板自锁紧固连接系统:
1)设由头部(3.1)和杆部(3.2)组成的自锁铆钉(3),杆部是外表为光杆面的圆筒，筒内孔前端为尖形圆环(3.3)；头部采用沉头头部或平头头部；2)设连接时,套在自锁铆钉外的圆筒形压边圈(4)；并设放在被连薄板(2)下面的凹模(1)；凹模上方有环形凹槽(1.1)；3)设向自锁铆钉施压并由自锁铆接工具(6)驱动的冲锤(5),压边圈套在冲锤外圆,两者间为过渡配合；4)被连薄板为2-3层；最底层下薄板(2.1)的延伸率≥12％；从最底层下薄板(2.1)到最上层上薄板(2.2)其厚度和强度逐渐减小；下薄板厚度大于被连薄板总厚度的三分之一；
第二步:首先对自锁铆钉(3)表面进行抛光、镀锌、镀锡或喷涂表面处理,然后,将被连薄板(2)置于冲锤和凹模之间，自锁铆钉通过机械带式传送放于冲锤下上薄板(2.2)表面上,将压边圈套在自锁铆钉外；
第三步夹紧阶段:启动带有铆接力-位移曲线检测的自锁铆接工具(6),驱动冲锤并通过自锁铆钉垂直向下对被连薄板进行预压紧,同时压边圈也随冲锤向下压紧被连薄板；
第四步冲压阶段:自锁铆接工具通过冲锤继续向下加压自锁铆钉，杆部的尖形圆环(3.3)刺穿上薄板，同时也驱使下薄板向凹模环形凹槽内发生塑性变形；
第五步扩张阶段:继续加压铆接，下薄板(2.1)逐渐填充环形凹槽(1.1)，在杆部及凹模环形凹槽的共同作用下，杆部(3.2)向周围扩张；
第六步自锁铆接工具停止加压阶段:当自锁铆钉下压至头部(3.1)与上薄板上表面平齐,且与下凹部分紧密接触形成了自锁铆钉与薄板间的机械自锁结构(3A)时,自锁铆接工具停止加压；
第七步紧固连接完成:自锁铆接工具上移返回初始工位,压边圈和冲锤同时上移回位，完成一个自锁铆钉的紧固连接。
2.完成权利要求1所述薄板自锁紧固连接方法所需的薄板自锁紧固连接系统，其特征是
1)设由头部(3.1)和杆部(3.2)组成的自锁铆钉(3),杆部是外表为光杆面的圆筒，筒内孔前端为尖形圆环(3.3)；头部采用沉头头部或平头头部；
2)设连接时,套在自锁铆钉外的圆筒形压边圈(4)；并设放在被连薄板(2)下面的凹模(1)；凹模上方有环形凹槽(1.1)；
3)设向自锁铆钉施压并由自锁铆接工具(6)驱动的冲锤(5),压边圈套在冲锤外圆,两者间为过渡配合；
4)被连薄板为2-3层；最底层下薄板(2.1)的延伸率≥12％；从最底层下薄板(2.1)到最上层上薄板(2.2)其厚度和强度逐渐减小；下薄板厚度大于被连薄板总厚度的三分之一。
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