CN107415345A - 一种泡沫金属夹层板自冲铆接成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泡沫金属夹层板自冲铆接成形方法。包括如下步骤：1）根据实际需求选择合适的金属板材和泡沫金属板材；2）以金属板材作为上下板，泡沫金属板材作为夹层板的结构进行自冲铆试验研究，采用剖面直观检测法观察接头成形质量，接头具有良好的铆钉张开度和残余底厚值，同时其钉头高度不宜过大，确定接头的最优自冲铆接参数；3）用自冲铆接机对金属板材‑泡沫金属‑金属板材组合的“三明治”泡沫金属夹层板结构进行自冲铆接。本发明的优点在于运用自冲铆接方法实现了泡沫金属夹层板的有效连接，相比于传统铆接、粘接、螺钉连接及焊接，其连接效率高，接头性能较好。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫金属自冲铆接工艺技术领域，特别是一种泡沫金属夹层板自冲铆接成形方法。
背景技术
泡沫金属是一种新型的低密度材料，具有体积密度小、相对质量轻、比表面积大、比力学性能高和阻尼性能好等特点，已成为一种优秀的新型功能结构材料。由于其具有优异的物理性能和力学性能被广泛应用于航空航天、交通运输、建筑和电化学等领域，涉及过滤、消声、吸振、隔热阻火和催化反应工程等诸多方面的用途。
在实际工程应用中，“三明治”夹层结构因具有轻质、高强度等特点被广泛应用。泡沫金属芯体“三明治”夹层结构即在两层金属板间添加一层泡沫金属板。当所连接的三层板为同种材料时，通常使用焊接技术进行连接；当所连接的三层板为异种材料时，由于异种板材的熔点与热膨胀系数差异较大，通常使用螺钉连接、传统铆接和粘接等连接技术；传统的机械连接需要预先打孔，通过机械外锁方式实现板材连接，其造成接头不美观及密封性差；粘接性能受温度影响较大，在工程应用中不适宜高温和低温的工作环境。
自冲铆接是一种连接两层或多层薄板材料的冷成型技术，其原理是冲头将一个半空心铆钉压入板材，刺穿上层板料，在下模作用下铆钉管腿在底层板料中翻开形成铆扣，获得机械内锁结构从而将板材连接在一起。自冲铆接可分为夹紧、刺穿、展开、释放四个过程。自冲铆接可有效连接多层、有镀层的同种或异种板材，其连接性能不受温度等环境因素影响，铆接过程无需预打孔操作、工艺简单，接头平整美观，具有良好的密封性和防腐蚀性能。
泡沫金属夹层板自冲铆接技术应用于实际工程应用中，接头应具有良好的成形质量和力学性能。申请人对工程领域常用的金属板材-泡沫金属板材-金属板材组成的“三明治”夹层结构进行了可连接性试验研究并对自冲铆接头的力学性能进行了试验研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种泡沫金属夹层板自冲铆接成形方法，以解决现有传统连接技术受板材种类和环境因素制约、接头连接性能存在缺陷的问题。
本发明的泡沫金属夹层板自冲铆接成形方法为：
1）根据实际需求选择合适的金属上板1、金属下板4和泡沫金属板材2，其中金属上板1和金属下板4材质相同，其厚度为1.5-2 mm，泡沫金属板材2的厚度为0.5-2 mm；
2）金属上板1、金属下板4以及泡沫金属板材2作为夹层板的按顺序放置并通过自冲铆钉3连接进行自冲铆试验，采用剖面直观检测法观察接头成形质量，其中接头铆钉张开度大于0.3mm，残余底厚值大于0.14mm，钉头高度小于0.5mm，然后确定接头的最优自冲铆接参数；
3）用自冲铆接机按照步骤2中的自冲铆接参数设置后对金属板材-泡沫金属-金属板材组合的“三明治”泡沫金属夹层板结构进行自冲铆接。
其中自冲铆接参数包括冲头行程、预压紧力、刺穿力和整形力。
本发明的有益效果：运用自冲铆接方法实现了泡沫金属夹层板的有效连接，接头平整美观、密封性良好，接头具有良好的成形质量和静力学性能；解决了传统连接技术受板材种类和环境因素制约、接头连接性能存在缺陷的问题，促进了泡沫金属在工业中的应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的自冲铆接头成形质量检测标准示意图；
图3为本发明实施例2-6中试验所用接头形状及尺寸图；
图4为实施例2的接头截面成形质量图；
图5为实施例2的接头的载荷-位移曲线图；
图6为实施例3的接头截面成形质量图；
图7为实施例3的接头的载荷-位移曲线图；
图8为实施例4的接头截面成形质量图；
图9为实施例4的接头的载荷-位移曲线图；
图10为实施例5的接头截面成形质量图；
图11为实施例5的接头的载荷-位移曲线图；
图12为实施例6的接头截面成形质量图；
图13为实施例6的接头的载荷-位移曲线图；
图14为实施例7的接头截面成形质量图；
图15为实施例7的接头的载荷-位移曲线图；
图中标号：1―金属上板，2―泡沫金属板材，3―自冲铆钉，4―金属下板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：本发明中泡沫金属夹层板自冲铆接的成形方法为：1）根据实际需求选择合适种类的金属上板1、金属下板4和泡沫金属板材2，其中金属上板1和金属下板4材质相同，其厚度为1.5-2 mm，泡沫金属板材2的厚度为0.5-2 mm；
2）如图1-2所示，金属上板1、金属下板4以及泡沫金属板材2作为夹层板的按顺序放置并通过自冲铆钉3连接进行自冲铆试验，采用剖面直观检测法观察接头成形质量，其中接头铆钉张开度大于0.3mm，残余底厚值大于0.14mm，钉头高度小于0.5mm，然后确定接头的最优自冲铆接参数；
3）用自冲铆接机按照步骤2中的自冲铆接参数设置后对金属板材-泡沫金属-金属板材组合的“三明治”泡沫金属夹层板结构进行自冲铆接。
实施例2：金属上板1和金属下板4选用厚度为1.5 mm AA5052铝合金板，泡沫金属板材2选用厚度为1.0 mm的泡沫镍进行单搭自冲铆接试验及接头力学性能试验，所用泡沫镍体密度为0.28g/cm³，孔数为90PPI，孔隙率为98%；铆接时所用参数如下：冲头行程为132.46mm，预压紧力为5MPa，刺穿力为15MPa，整形力为10MPa；如图3所示，试验所用接头搭接形式为单搭形式，金属上板1和金属下板4的长度为110mm，宽度为20mm，作为夹层板的泡沫金属板材2的长度为20mm，搭接部分长度为20mm，接头截面成形质量如图4所示，截面成形质量较好，其钉头高度为0.18mm，铆钉张开度为0.78mm，残余底厚为0.35mm，满足要求；试验研究表明了很好的可连接性，接头的载荷-位移曲线如图5所示，接头的静失效载荷均值为3365.6 N，其静失效载荷满足工程应用需求，能量吸收值为11.9 J，接头失效形式为下板与铆钉分离。
实施例3：金属上板1和金属下板4选用厚度为1.5 mm的AA5052铝合金板，泡沫金属板材2选用厚度为1.0 mm的泡沫铁镍进行单搭自冲铆接试验及接头力学性能试验，所用泡沫铁镍体密度为0.35g/cm³，孔数为90PPI，孔隙率为98%；铆接时所用参数如下：冲头行程为132.46mm，预压紧力为5MPa，刺穿力为15MPa，整形力为10MPa；本试验中采用与实施例2相同形式和尺寸的搭接，接头截面成形质量如图6所示，截面成形质量较好，其钉头高度为0.49mm，铆钉张开度为0.66mm，残余底厚为0.47mm，满足要求；试验研究表明了很好的可连接性，接头的载荷-位移曲线如图7所示，接头的静失效载荷均值为3479.5 N，，其静失效载荷满足工程应用需求，能量吸收值为12.7 J，接头失效形式为下板与铆钉分离且下板铆扣区域脱落。
实施例4：金属上板1和金属下板4选用厚度为1.5 mm的AA5052铝合金板，泡沫金属板材2选用厚度为1.0 mm的泡沫铜进行单搭自冲铆接试验及接头力学性能试验，所用泡沫铜体密度为0.45g/cm³，孔数为90PPI，孔隙率为98%；铆接时所用参数如下：冲头行程为132.46mm，预压紧力为5MPa，刺穿力为15MPa，整形力为10MPa；本试验中采用与实施例2相同形式和尺寸的搭接，接头截面成形质量如图8所示，截面成形质量较好，其钉头高度为0.39mm，铆钉张开度为0.6mm，残余底厚为0.45mm，满足要求；试验研究表明了很好的可连接性，接头的载荷-位移曲线如图9所示，接头的静失效载荷均值为3297.7 N，其静失效载荷满足工程应用需求，能量吸收值为9.8 J，接头失效形式为下板与铆钉分离。
实施例5：金属上板1和金属下板4选用厚度为1.5 mm的AA5052铝合金板，泡沫金属板材2选用厚度为1.5 mm的泡沫铜进行单搭自冲铆接试验及接头力学性能试验，所用泡沫铜体密度为0.45g/cm³，孔数为90PPI，孔隙率为98%；铆接时所用参数如下：冲头行程为132.46mm，预压紧力为5MPa，刺穿力为15MPa，整形力为10MPa；本试验中采用与实施例2相同形式和尺寸的搭接，接头截面成形质量如图10所示，截面成形质量较好，其钉头高度为0.4mm，铆钉张开度为0.68mm，残余底厚为0.49mm，满足要求；试验研究表明了很好的可连接性，接头的载荷-位移曲线如图11所示，接头的静失效载荷均值为3483.9 N，其静失效载荷满足工程应用需求，能量吸收值为10.1 J，接头失效形式为下板与铆钉分离。
实施例6：金属上板1和金属下板4选用厚度为2.0mm的AA5052铝合金板，泡沫金属板材2选用厚度为2.0 mm的泡沫镍进行单搭自冲铆接试验及接头力学性能试验，所用泡沫镍体密度为0.5g/cm³，孔数为85PPI，孔隙率为93%；铆接时所用参数如下：冲头行程为130.38mm，预压紧力为5MPa，刺穿力为18MPa，整形力为11MPa；本试验中采用与实施例2相同形式和尺寸的搭接，接头截面成形质量如图12所示，截面成形质量较好，其钉头高度为0.32mm，铆钉张开度为0.8mm，残余底厚为0.47mm，满足要求；试验研究表明了很好的可连接性，接头的载荷-位移曲线如图13所示，接头的静失效载荷均值为4841.6N，其静失效载荷满足工程应用需求，能量吸收值为23.5 J，接头失效形式为下板与铆钉分离。
实施例7：金属上板1和金属下板4选用厚度为2.0mm的AA5052铝合金板，泡沫金属板材2选用厚度为0.5 mm的泡沫铜进行单搭自冲铆接试验及接头力学性能试验，所用泡沫铜体密度为0.45g/cm³，孔数为90PPI，孔隙率为98%；铆接时所用参数如下：冲头行程为130.38mm，预压紧力为5MPa，刺穿力为18MPa，整形力为11MPa；本试验中采用与实施例2相同形式和尺寸的搭接，接头截面成形质量如图14所示，截面成形质量较好，其钉头高度为0.34mm，铆钉张开度为0.99mm，残余底厚为0.58mm，满足要求；试验研究表明了很好的可连接性，接头的载荷-位移曲线如图15所示，接头的静失效载荷均值为4623.0N，其静失效载荷满足工程应用需求，能量吸收值为21J，接头失效形式为下板与铆钉分离。
以上实例证明，泡沫金属夹层板自冲铆接头具有稳定的力学性能和良好的成形质量，运用自冲铆接技术连接泡沫金属板材和金属板材时接头性能满足实际工程应用要求。
上面结合图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种泡沫金属夹层板自冲铆接成形方法，其特征在于，按以下步骤进行：
1）根据实际需求选择合适的金属上板（1）、金属下板（4）和泡沫金属板材（2），其中金属上板（1）和金属下板（4）材质相同，其厚度为1.5-2 mm，泡沫金属板材（2）的厚度为0.5-2mm；
2）金属上板（1）、金属下板（4）以及泡沫金属板材（2）作为夹层板的按顺序放置并通过自冲铆钉（3）连接进行自冲铆试验，采用剖面直观检测法观察接头成形质量，其中接头铆钉张开度大于0.3mm，残余底厚值大于0.14mm，钉头高度小于0.5mm，然后确定接头的最优自冲铆接参数；
3）用自冲铆接机按照步骤2中的自冲铆接参数设置后对金属板材-泡沫金属-金属板材组合的“三明治”泡沫金属夹层板结构进行自冲铆接。
2.根据权利要求1所述的泡沫金属夹层板自冲铆接成形方法，其特征在于，所述自冲铆接参数包括冲头行程、预压紧力、刺穿力和整形力。
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