CN1060977C - 结合若干块层叠板状构件的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将两块或若干块层叠的板状构件结合在一起的方法，一种实施此方法的装置以及由此方法形成的接头。这种结合过程首先对层叠的板状构件进行拉深，然后挤压拉深出来的杯状部分的底部，使底部的材料向外鼓出，使板状构件之间互相嵌紧锁住。本发明方法的特点在于在冲头后部设置了横向扩大的套筒状部分，这一部分在拉深的后阶段沿轴向挤压杯状部分开口周围的材料，使其沿轴向变形和流动，从而使两块板状构件的结合更牢固。

Description

结合若干块层叠板状构件的方法及其装置

本发明涉及一种将两块或若干块层叠的板状构件结合在一起的方法，一种实施此方法的装置，以及由此方法形成的接头。这种结合过程可以这样实施，例如，首先将两块要结合的板状构件进行拉深，然后向横向挤压这两块板状构件的材料，把其被挤成一种向外鼓出的，使这两块构件互相嵌紧锁住的形状。用这种方法制成的接头通常是紧密型接头。也可以用刺穿一个构件，使它的一部分贯穿在另一构件的未切开部分内成形，然后使前一构件的被刺穿和成形的部分象打桩那样打入另一构件的相邻表面，从而使两个构件以层叠的形式固定在一起。用这种方法制成的接头通常是非紧密型接头。

将板状构件结合在一起，从而制成紧密型或非紧密型接头的方法和设备是已知的。在一些申请案中特别重要的是一种紧密型接头，这种接头是将所述的板状构件拉深，使构件形成具有圆筒形或稍呈锥形的侧壁和一个底壁的杯状部分或凸起部分，然后，向上述底壁施加压力，使其横向向四周挤出，从而形成向四周鼓出的形状，使板状构件以机械方式互相嵌紧锁住。本发明还涉及其它形式的接头。

US-A-4459735号美国专利文献公开了上述型式的装置、方法和接头。该方法是单动冲压型的，即整个加工过程是在冲头与相配的凹模之间一次相对运动中发生的。为了向杯状部分的底壁施压，在凹模模腔的底部设置一固定的砧座，而且上述模腔是能横向扩大的。双动冲压法也已在WO89／07020中公开，根据该专利文献，加压作用是在凹模模腔外部，在第二次冲压行程中发生的。这种模腔通常是不向横向扩大的。上述形式的紧密型接头的问题之一是抗剪切和抗撕裂的强度较低。

这证明拉入模腔内的拉深深度和冲头与凹模模腔间的间隙是关键的参数。

若拉深深度太深和／或冲头与凹模模腔间的间隙太小，那么杯状部分或凸起部分的侧壁，尤其是在板状构件接触冲头之处，就会太薄，当两个构件处于使它们分离的作用力下时，上述侧壁就有断裂的危险。当接头是在多于两层的板之间形成时，这一问题就更加突出。

另一方面，若拉深深度太小和／或冲头与凹模模腔间的间隙太大，则施压过程中底壁向四周的挤出将不足以在板状构件间形成有效的嵌紧，当构件处于分离作用力下时，构件会因此而被拉开。

本发明的一个目的在于提供一种将板状金属和／或其它板状材料结合的方法，以制成紧密型或非紧密型接头，这种接头的强度比已知的接头大大地提高了。

本发明中的装置使用了一种新型的冲头结构，这种结构将对接头的强度大有裨益。

本发明的另一个目的在于提供一种对板状构件叠加后的总厚度的变化敏感度小的装置。

本发明的一个优点在于技术方案简单。

为此，本发明提供一种将两块或若干块重叠的板状构件结合在一起的方法，此方法中，基本上同轴线安装的一个冲头，一个带有模腔的凹模和一个砧座借助于它们之间的相对运动而协同工作，其中，上述重叠板状构件放置于冲头和凹模之间，驱动上述冲头向着上述凹模作同轴线的相对运动，驱动冲头的基本上为圆柱体的芯部，使它与凹模模腔配合工作，在沿模腔的运动过程中，借助于拉伸上述板状构件，形成具有侧壁部分和底壁部分的杯状部分或凸起部分，随后，借助于上述冲头和上述砧座之间的作用力，挤压上述底壁部分，从而形成一种横向扩张的，使板状构件以机械方式互相嵌紧的形状，其特征在于，上述冲头的芯部后端周围的横向扩张部分的外径与模腔的初始开口的直径基本相等或比它小，驱动此横向扩张部分，使主要是上层板状构件的杯状部分或凸起部分的开口周围的材料向凹模沿轴向变形和移动。

而且，本发明还提供一种将两块或若干块重叠的板状构件结合在一起的装置，包括：基本上同轴线安装的一个冲头、一个带有模腔的凹模和一个砧座，借助于它们之间的轴向相对运动而协同工作，驱动上述冲头向上述凹模同轴线地作一相对运动，驱动冲头的基本上为圆柱体的芯部，使它与凹模模腔配合工作，在向模腔的运动过程中，借助于拉伸上述板状构件，形成具有侧壁部分和底壁部分的杯状部分或凸起部分，借助于上述冲头与上述砧座之间的作用力挤压上述底壁，从而形成一种横向扩张的、使板状构件以机械方式互相嵌紧的形状，其特征在于，上述冲头在芯部后端部的周围设置有一个其外径与凹模模腔的初始开口直径基本相等或比它小的横向扩大的部分，此横向扩大部分设置成使杯状部分或凸起部分的开口周围的材料向凹模沿轴向变形和移动。

本发明的其它目的及优点将在参照附图阅读说明书时表现出来。附图中：

图1为冲头和凹模模腔之间的间隙太小的现有接头的剖面图；

图2为冲头和凹模模腔之间的间隙太大的现有接头的剖面图；

图3a-d为冲头、凹模和砧座在根据本发明的装置中形成接头的过程中，相对运动的剖视图；

图4为按照本发明的冲头，它具有可动侧壁挤压元件和横向挤出元件；

图5表示了根据本发明设计的几个不同的冲头实例；

图6为根据本发明的接头的一个实施例。

下面通过描述一个用双动方法制作紧密接头的实施例对本发明进行描述。一个冲压行程是指冲头与凹模的相对的接近运动。为了简化对实施例的描述，接头将在两层重叠的金属板材上形成。接头横向扩张是在凹模外进行的。不过，再强调一次，本发明同样适用于具有横向可移动的或者固定的凹模的单动冲压过程，也适用于两层以上的板状构件，并且也可用于制作非紧密型接头。

图1为冲头和凹模模腔之间间隙过小的现有方法制成的接头的剖面图。杯状部分或凸出部分的底壁的横向扩张是令人满意的。这就是说，构成杯状部分或凸出部分的内壁的构件牢牢地紧嵌在另一构件上形成的菌形腔内。但，另一方面，杯状部分的内侧壁，由于材料的拉深，所以很薄，因而这一部分将成为接头的薄弱区。

图2为在冲头和凹模模腔之间形成的间隙过大的现有接头的剖视图。这种情况下，杯状部分底壁的横向扩张不能令人满意。形成杯状部分内壁的构件没有牢牢地紧嵌在另一构件的菌形腔内。当有外力作用时，构件会如上面所指出的那样分离开来。若拉深深度太小，也会产生同样的结果。

因此，拉深深度和／或冲头与凹模模腔之间的间隙对于接头的强度是很关键的，必须根据构件的总厚度、材料等等仔细地选择。很明显，如果不针对总厚度、板材数目等参数的变化调整拉深深度和间隙，就会有损接头的质量。

图3a-d表示了冲头，凹模和砧座在根据本发明的装置中形成接头的过程中相对运动的剖视图。如图3a所示，需结合的两块金属板1、2放置在凹模3顶部。冲头4安装成与凹模同轴线，以便与凹模在相对运动过程中配合工作。这也就是说，在用机械固定的协调工作的装置中，模具3或冲头4或两者，都可以运动。接合过程中，冲头或凹模，或者这两者是能运动的。对于连接过程来说，冲头和凹模之间的相对运动是最重要的。在凹模内部，砧座5装设成可相对于凹模3和冲头4作同轴线运动。砧座与凹模间的相对运动也是十分重要的。

冲头的芯部6的顶部7基本上是圆柱状，或者有时是稍有些锥度的圆锥状，它的垂直于轴线的断面可是圆形的，或椭圆形的，或者是其它合适的断面形状。

凹模的模腔9，具有根据材料的厚度，所制成的接头的类型等各种情况下选定的，适当的配合截面。

在图3b中，冲头由任何适当的驱动装置驱动，例如：机械的，压缩空气的，液压的或电力的等等。冲头在所施加的外力作用下将两块板状构件1、2的材料向下拉深，进入凹模模腔9内，从而在两件构件的表面上形成杯状部分或凸起部分10。在这一步骤中，由弹簧加载的砧座5克服弹簧的弹力向下运动。

在冲头6的基本上为柱状的芯部的后端周围设置了向外扩大部分8。此扩大部分8在所施加的外力的作用下，使形成杯状部分10的开口11的周围区域的材料沿凹模3的方向变形和流动，这样，就加强了接头侧壁上的薄弱区，从整体上加强了上述侧壁的强度。这种材料的变形和流动在构件1、2上都有，但是在冲头直接作用下的上层构件1上的变形和流动的程度最大。

在所列举的双动冲压法的下一步骤中，砧座5由适当的动力装置驱动，杯状部分10从凹模模腔9中脱出。在这一阶段，冲头不施加压力，随着构件向上运动。然后把砧座5锁定在预定的位置上，在该位置上砧座的顶端与凹模的上表面平齐，或稍超出上述上表面，或稍低于上述上表面。在此需要指出的是，砧座和／或冲头的顶端不一定是平面的，而是可以制成带有隆起或沟槽的，以用来增加材料的挤出。

按图3d所示的最后步骤，第二次冲压行程是通过冲头4施加在锁定的砧座5上的。此时拉深工序结束，杯状部分10的底壁12受到挤压，使得两层板状构件的材料都向横向挤出。于是产生了向横向鼓出的形状，用机械方式把构件1、2嵌紧。

采用了环绕冲头4芯部6后端部的横向扩大部分8，使得有可能大大增强接头的强度。扩大部分的横截面和尺寸可以根据实际施加的作用力，所使用的材料，每一块板的厚度，总的厚度，摩擦力，以及各种不同材料的强度、硬度等性能来选定。

图4所示为按照本发明的另一种冲头，它具有形状为可相对于冲头4的芯部6运动的同轴套筒的横向扩大部分8，和一个侧边加压装置13。在加工工序开始前，横向扩大部分8可以予先调整其在芯部上的位置。在加工过程中，扩大部分8将随着芯部6运动。在另一实施例中，上述套筒可以通过弹簧安装，并只在冲压过程开始的一段随芯部6运动。在另一个实施例中，上述套筒可以自由运动，并且单独驱动，例如可用压缩空气或液压装置驱动。在上述最后一个实施例中，套筒的动作可以先于，同时或迟于冲头芯部的动作，以便于达到对板状构件材料的变形和流动的不同要求。需要进一步指出的是，横向扩大部分8在冲头芯部圆周周围的作用可以是不均匀的。

为了在构件1、2的加工过程中避免接头周围和接头外部的局部变形，可在冲头4的周围设置侧边加压装置13。若如图4所示，冲头上装有套筒8，则侧边加压装置将安装在套筒的外面。这种设计方案可以用将一个弹性材料制成的环套在冲头芯部或套筒上的方式来实施。另一个例子是用弹簧安装的环，或者用压缩空气或液压控制的设备驱动的环，这些都未在图中表示。在图3所示的例子中，侧边加压装置构成了冲头的一个组成部分。

图5a-f所示为根据本发明设计的冲头的几个不同的实施例。冲头芯部6的横向扩大部分8可以有不同的横截面。然而，所有各种截面都能促使材料从形成的杯状部分或凸出部分10的开口11的周围区域向凹模3的方向变形和流动。在图5中，横向扩大部分是冲头的一个组成部分。但是，应该说明，各种截面冲头的横向扩大部分都可以做成环绕冲头芯部的套筒。

图6示出按照本发明的接头的一个实施例。材料沿凹模方向的变形和流动进一步将冲头芯部6顶部7周围的材料向横向挤出，结果使得接头的内侧壁只有标号为14的环状区域与冲头接触。这意味着，由于内壁与冲头之间的摩擦较小，因而把冲头从接头中抽出所需的力也就小得多。另外，由于横向挤出增加，板状构件间的嵌紧也更牢固了。在这种类型的传统接头中，在环绕接头的板材间形成了不希望有的环状空腔15。已经证实，按照本发明的方法，这种空腔可以完全或基本消除掉。

检测显示，按照本发明的方法，能很容易地使接头的机械强度增加20％或更多。

应该说明，用一套冲头、凹模和砧座来加工一定范围的板材总厚度或一定数量板状构件的层数，仍然可以达到比其它方法制成的接头更高的强度。

Claims (9)

1．将两块或若干块重叠的板状构件(1、2)结合在一起的方法，此方法中，基本上同轴线安装的一个冲头(4)，一个带有模腔(9)的凹模(3)和一个砧座(5)借助于它们之间的相对运动而协同工作，其中，上述重叠板状构件(1、2)放置于冲头(4)和凹模(3)之间，驱动上述冲头向着上述凹模(3)作同轴线的相对运动，驱动中头(4)的基本上为圆柱体的芯部(6)，使它与凹模模腔(9)配合工作，在沿模腔的运动过程中，借助于拉伸上述板状构件(1、2)，形成具有侧壁部分和底壁部分(12)的杯状部分或凸起部分(10)，随后，借助于上述冲头(4)和上述砧座(5)之间的作用力，挤压上述底壁部分，从而形成一种横向扩张的，使板状构件(1、2)以机械方式互相嵌紧的形状，其特征在于，上述冲头的芯部(6)后端周围的横向扩张部分(8)的外径与模腔(9)的初始开口的直径基本相等或比它小，驱动此横向扩张部分(8)，使主要是上层板状构件(1)的杯状部分或凸起部分(10)的开口(11)周围的材料向凹模(3)沿轴向变形和移动。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述凹模有平的顶表面。

3．将两块或若干块重叠的板状构件(1、2)结合在一起的装置，包括：基本上同轴线安装的一个冲头(4)、一个带有模腔(9)的凹模(3)和一个砧座(5)，借助于它们之间的轴向相对运动而协同工作，驱动上述冲头(4)向上述凹模(3)同轴线地作一相对运动，驱动冲头(4)的基本上为圆柱体的芯部(6)，使它与凹模模腔(9)配合工作，在向模腔(9)的运动过程中，借助于拉伸上述板状构件(1、2)，形成具有侧壁部分和底壁部分(12)的杯状部分或凸起部分(10)，借助于上述冲头(4)与上述砧座(5)之间的作用力挤压上述底壁，从而形成一种横向扩张的、使板状构件(1、2)以机械方式互相嵌紧的形状，其特征在于，上述冲头在芯部(6)后端部的周围设置有一个其外径与凹模模腔(9)的初始开口直径基本相等或比它小的横向扩大的部分(8)，此横向扩大部分(8)设置成使杯状部分或凸起部分(10)的开口(11)周围的材料向凹模(3)沿轴向变形和移动。

4．如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述横向扩大部分(8)呈可沿所述冲头的芯部(6)滑动的同轴套筒状。

5．如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述横向扩大部分(8)在本装置启动之前预置在一个纵向位置处。

6．如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述横向扩大部分(8)可分别由气动或液压控制装置驱动。

7．如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述冲头的芯部具有一个沿周边设置的侧边加压装置(13)。

8．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述侧边加压装置(13)呈可沿所述冲头芯部(6)同轴滑动的同轴套筒状。

9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述侧边加压装置(13)可分别由气动或液压控制装置驱动。

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