CN107639201A - 一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置及其自冲铆连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置及其自冲铆连接方法，属于紧固件技术领域。本发明包括一个双层内锁半空心自冲铆铆钉、一个用于双层内锁半空心自冲铆铆钉铆接的下铆模；所述双层内锁半空心自冲铆铆钉包括钉帽、双层且具有中心孔的钉杆。本发明双层内锁半空心自冲铆铆钉铆接完成后，内侧钉杆向凹腔Ⅰ内扩，外侧钉杆向凹腔Ⅱ外扩，铆钉嵌入板料从而完成铆接。本发明的双层内锁半空心自冲铆钉，具有更容易刺入板料，所形成机械内锁结构更牢靠的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置及其自冲铆连接方法，属于紧固件技术领域。
背景技术
自冲铆接技术是一种机械冷成型技术，可实现同种或异种多层板材的有效链接，其连接原理是通过冲头下行压迫铆钉刺入板材，铆钉在刺入板材的过程中沿周向扩张形成铆扣，在基板中形成一个永久性紧固结构，从而将基板紧紧连接在一起。目前在自冲铆连接技术中，半空心铆钉铆接方式主要依靠铆钉脚沿周向扩张而在板料内形成机械内锁结构以起到对板材的连接作用，但是传统方法内锁结构单一，对于铆接强度要求较高的场合难于实现对于板材的可靠连接。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置及其自冲铆连接方法，以解决传统半空心铆钉铆接内锁结构单一，对于铆接强度要求较高的场合难于实现板材的可靠连接等问题。
本发明技术方案是：一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，包括一个双层内锁半空心自冲铆铆钉24、一个用于双层内锁半空心自冲铆铆钉铆接的下铆模27；所述双层内锁半空心自冲铆铆钉24包括钉帽1、双层且具有中心孔的钉杆2；钉杆2包括内层钉杆和外层钉杆，每层钉杆又包括内侧钉杆和外侧钉杆，所述双层且具有中心孔的钉杆2整体以其中心轴线呈轴对称结构，钉帽1与钉杆2为一体式结构且具有相同的中心轴线，内外层钉杆之间通过穹顶Ⅰ3过渡连接；内层钉杆与钉帽连接处通过穹顶Ⅱ4和圆倒角Ⅰ5来过渡；外层钉杆与钉帽连接处通过圆倒角Ⅱ6来过渡。
所述内层钉杆和外层钉杆的钉杆结构均相同，钉杆端部形成刃角，其边缘均依次设有直线边Ⅰ7、圆弧边Ⅰ8、直线边Ⅱ9、圆弧边Ⅱ10、直线边Ⅲ11、圆弧边Ⅲ12、直线边Ⅳ13进行过渡连接，直线边Ⅱ9与直线边Ⅲ11延伸至下边缘处通过圆弧边Ⅱ10连接；所述下铆模27以其中心轴线为轴对称结构，其内侧模腔内设有用于双层内锁半空心自冲铆铆钉24内层钉杆铆接的凹腔Ⅰ，外侧设有承纳外扩式的外层钉杆的凹腔Ⅱ。
所述穹顶Ⅰ3为圆弧形，穹顶Ⅱ4为平面。
所述双层内锁半空心自冲铆铆钉24在竖直方向的高度与直线边Ⅰ7到铆钉对称中心轴线的水平距离比值为：4.5~5.5。
所述圆弧边Ⅱ10的圆心到直线边Ⅳ13水平距离与钉杆壁厚之比为：0.55~0.65；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅱ9的垂线与竖直方向的夹角为65°~75°；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅲ11的垂线与竖直方向的夹角为55°~65°；
所述圆弧边Ⅱ10的半径为0.03~0.25mm。
所述下铆模27整体以其中心轴线呈轴对称结构，下铆模27外围的凹腔Ⅱ由扩张槽14、模圆弧边Ⅰ15、模圆弧边Ⅱ16、模圆弧边Ⅲ17、模倒角23构成；内层的凹腔Ⅰ由模圆弧边Ⅳ18、模直线边Ⅰ19、模圆弧边Ⅴ20、底直线边21、模直线边Ⅱ22构成；凹腔Ⅰ上端的模圆弧边Ⅳ18通过模直线边Ⅱ22与凹腔Ⅱ上端的模圆弧边Ⅲ17过渡连接，凹腔Ⅰ下端通过模圆弧边Ⅴ20与底直线边21过渡连接。
所述模圆弧边Ⅳ18与模直线边Ⅱ22的交点到下铆模对称中心的距离与底直线边21到模直线边Ⅱ22的竖直方向距离之比为1.0~1.2；
所述模直线边Ⅰ19与竖直方向夹角为30°~45°。
所述模圆弧边Ⅱ16的半径与模圆弧边Ⅰ15半径比值为4~5，且模圆弧边Ⅱ16曲线方程的二阶导为正值，同时模圆弧边Ⅰ15曲线方程二阶导恒为负。
所述扩张槽14圆弧段的半径为2~3mm。
一种利用上述装置进行自冲铆连接的方法，所述方法的具体步骤为：
Step1、将需要进行自冲铆连接的上板25和下板26充分靠近或者接触，通过相关模具的定位作用将组合的上下板放置在下铆模27上方；
Step2、启动自冲铆接设备，自冲铆设备上的压边圈压紧板料，冲头推动铆钉下行推动双层内锁半空心自冲铆铆钉24的内层钉杆向凹腔Ⅰ内扩，外层钉杆向凹腔Ⅱ外扩，铆钉嵌入板料；
Step3、板料塑性变形完成，铆钉与板料间机械内锁形成后，自冲铆设备上的冲头上行回归到原位，自冲铆连接过程完成。
本发明的工作原理是：铆接时，钉杆2根部的刃角刺入板料，半空心铆钉的内层铆钉脚引导内层钉杆向内缩形成第一层内锁结构，同时，外层钉杆向外沿周向扩张而形成第二层内锁结构，下铆模的凹腔Ⅰ，凹腔Ⅱ分别用于承纳内缩式钉杆和外扩式钉杆。
本发明的有益效果是：
1）铆接所形成的内缩式内锁结构中，铆钉可以牢牢抓住下板料，铆钉引起的下板料塑性流动程度较小，铆钉与板料之间产生间隙的概率降低；
2）铆接结构形成了双层内锁，有利于提高板材的连接强度。
附图说明
图1为本发明剖视图；
图2为图1中顶杆脚Ⅰ处局部视图；
图3为本发明下铆模剖视图；
图4为本发明凹模和被连接件铆接完成后的剖视图。
图1-4中各标号：1-钉帽，2-钉杆，3-穹顶Ⅰ，4-穹顶Ⅱ，5-圆倒角Ⅰ，6-圆倒角Ⅱ，7-直线边Ⅰ，8-圆弧边Ⅰ，9-直线边Ⅱ，10-圆弧边Ⅱ，11-直线边Ⅲ，12-圆弧边Ⅲ，13-直线边Ⅳ，14-扩张槽，15-模圆弧边Ⅰ，16-模圆弧边Ⅱ，17-模圆弧边Ⅲ，18-模圆弧边Ⅳ，19-模直线边Ⅰ，20-模圆弧边Ⅴ，21-底直线边，22-模直线边Ⅱ，23-模倒角，24-双层内锁半空心自冲铆铆钉，25-上板，26-下板，27-下铆模。
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1：一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，如图1-2所示，包括一个双层内锁半空心自冲铆铆钉24、一个用于双层内锁半空心自冲铆铆钉铆接的下铆模27；所述双层内锁半空心自冲铆铆钉24包括钉帽1、双层且具有中心孔的钉杆2；钉杆2包括内层钉杆和外层钉杆，每层钉杆又包括内侧钉杆和外侧钉杆，所述双层且具有中心孔的钉杆2整体以其中心轴线呈轴对称结构，钉帽1与钉杆2为一体式结构且具有相同的中心轴线，内外层钉杆之间通过穹顶Ⅰ3过渡连接；内层钉杆与钉帽连接处通过穹顶Ⅱ4和圆倒角Ⅰ5来过渡；外层钉杆与钉帽连接处通过圆倒角Ⅱ6来过渡。
进一步的，所述内层钉杆和外层钉杆的钉杆结构均相同，钉杆端部形成刃角，其边缘均依次设有直线边Ⅰ7、圆弧边Ⅰ8、直线边Ⅱ9、圆弧边Ⅱ10、直线边Ⅲ11、圆弧边Ⅲ12、直线边Ⅳ13进行过渡连接，直线边Ⅱ9与直线边Ⅲ11延伸至下边缘处通过圆弧边Ⅱ10连接；所述下铆模27以其中心轴线为轴对称结构，其内侧模腔内设有用于双层内锁半空心自冲铆铆钉24内层钉杆铆接的凹腔Ⅰ，外侧设有承纳外扩式的外层钉杆的凹腔Ⅱ。
进一步的，所述穹顶Ⅰ3为圆弧形，穹顶Ⅱ4为平面。
进一步的，所述双层内锁半空心自冲铆铆钉24在竖直方向的高度与直线边Ⅰ7到铆钉对称中心轴线的水平距离比值为：4.5~5.5。
进一步的，所述圆弧边Ⅱ10的圆心到直线边Ⅳ13水平距离与钉杆壁厚之比为：0.55~0.65；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅱ9的垂线与竖直方向的夹角为65°~75°；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅲ11的垂线与竖直方向的夹角为55°~65°；
所述圆弧边Ⅱ10的半径为0.03~0.25mm。
进一步的，如图3所示，所述下铆模27整体以其中心轴线呈轴对称结构，下铆模27外围的凹腔Ⅱ由扩张槽14、模圆弧边Ⅰ15、模圆弧边Ⅱ16、模圆弧边Ⅲ17、模倒角23构成；内层的凹腔Ⅰ由模圆弧边Ⅳ18、模直线边Ⅰ19、模圆弧边Ⅴ20、底直线边21、模直线边Ⅱ22构成；凹腔Ⅰ上端的模圆弧边Ⅳ18通过模直线边Ⅱ22与凹腔Ⅱ上端的模圆弧边Ⅲ17过渡连接，凹腔Ⅰ下端通过模圆弧边Ⅴ20与底直线边21过渡连接。
进一步的，所述模圆弧边Ⅳ18与模直线边Ⅱ22的交点到下铆模对称中心的距离与底直线边21到模直线边Ⅱ22的竖直方向距离之比为1.0~1.2；
所述模直线边Ⅰ19与竖直方向夹角为30°~45°。
进一步的，所述模圆弧边Ⅱ16的半径与模圆弧边Ⅰ15半径比值为4~5，且模圆弧边Ⅱ16曲线方程的二阶导为正值，同时模圆弧边Ⅰ15曲线方程二阶导恒为负。
进一步的，所述扩张槽14圆弧段的半径为2~3mm。
一种利用上述装置进行自冲铆连接的方法，所述方法的具体步骤为：
Step1、将需要进行自冲铆连接的上板25和下板26充分靠近或者接触，通过相关模具的定位作用将组合的上下板放置在下铆模27上方；
Step2、启动自冲铆接设备，自冲铆设备上的压边圈压紧板料，冲头推动铆钉下行推动双层内锁半空心自冲铆铆钉24的内层钉杆向凹腔Ⅰ内扩，外层钉杆向凹腔Ⅱ外扩，铆钉嵌入板料；
Step3、板料塑性变形完成，铆钉与板料间机械内锁形成后，自冲铆设备上的冲头上行回归到原位，自冲铆连接过程完成。
本发明的双层内锁半空心自冲铆铆钉24铆接完成后，内层钉杆内缩，外层钉杆外扩，并嵌入被连接的上板25和下板26，完成铆接，如图4所示。
实施例2：如图1-4所示，一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置及其自冲铆连接方法，本实施例与实施例1相同，其中：
进一步的，所述双层内锁半空心自冲铆铆钉24在竖直方向的高度与直线边Ⅰ7到铆钉对称中心轴线的水平距离比值为：4.5。
进一步的，所述圆弧边Ⅱ10的圆心到直线边Ⅳ13水平距离与钉杆壁厚之比为：0.55；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅱ9的垂线与竖直方向的夹角为65°；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅲ11的垂线与竖直方向的夹角为55°；
所述圆弧边Ⅱ10的半径为0.03mm。
进一步的，所述模圆弧边Ⅳ18与模直线边Ⅱ22的交点到下铆模对称中心的距离与底直线边21到模直线边Ⅱ22的竖直方向距离之比为1.0；
所述模直线边Ⅰ19与竖直方向夹角为30°。
进一步的，所述模圆弧边Ⅱ16的半径与模圆弧边Ⅰ15半径比值为4，且模圆弧边Ⅱ16曲线方程的二阶导为正值，同时模圆弧边Ⅰ15曲线方程二阶导恒为负。
进一步的，所述扩张槽14圆弧段的半径为2mm。
实施例3：如图1-4所示，一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置及其自冲铆连接方法，本实施例与实施例1相同，其中：
进一步的，所述双层内锁半空心自冲铆铆钉24在竖直方向的高度与直线边Ⅰ7到铆钉对称中心轴线的水平距离比值为： 5.5。
进一步的，所述圆弧边Ⅱ10的圆心到直线边Ⅳ13水平距离与钉杆壁厚之比为：0.65；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅱ9的垂线与竖直方向的夹角为75°；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅲ11的垂线与竖直方向的夹角为65°；
所述圆弧边Ⅱ10的半径为0.25mm。
进一步的，所述模圆弧边Ⅳ18与模直线边Ⅱ22的交点到下铆模对称中心的距离与底直线边21到模直线边Ⅱ22的竖直方向距离之比为1.2；
所述模直线边Ⅰ19与竖直方向夹角为45°。
进一步的，所述模圆弧边Ⅱ16的半径与模圆弧边Ⅰ15半径比值为5，且模圆弧边Ⅱ16曲线方程的二阶导为正值，同时模圆弧边Ⅰ15曲线方程二阶导恒为负。
进一步的，所述扩张槽14圆弧段的半径为3mm。
实施例4：如图1-4所示，一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置及其自冲铆连接方法，本实施例与实施例1相同，其中：
进一步的，所述双层内锁半空心自冲铆铆钉24在竖直方向的高度与直线边Ⅰ7到铆钉对称中心轴线的水平距离比值为：5。
进一步的，所述圆弧边Ⅱ10的圆心到直线边Ⅳ13水平距离与钉杆壁厚之比为：0.6之间；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅱ9的垂线与竖直方向的夹角为70°；
过所述圆弧边Ⅱ10圆心的直线边Ⅲ11的垂线与竖直方向的夹角为60°；
所述圆弧边Ⅱ10的半径为0.1mm。
进一步的，所述模圆弧边Ⅳ18与模直线边Ⅱ22的交点到下铆模对称中心的距离与底直线边21到模直线边Ⅱ22的竖直方向距离之比为1.1；
所述模直线边Ⅰ19与竖直方向夹角为40°。
进一步的，所述模圆弧边Ⅱ16的半径与模圆弧边Ⅰ15半径比值为4.5，且模圆弧边Ⅱ16曲线方程的二阶导为正值，同时模圆弧边Ⅰ15曲线方程二阶导恒为负。
进一步的，所述扩张槽14圆弧段的半径为2.5mm。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，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 (10)
1.一种双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，其特征在于：包括一个双层内锁半空心自冲铆铆钉（24）、一个用于双层内锁半空心自冲铆铆钉铆接的下铆模（27）；所述双层内锁半空心自冲铆铆钉（24）包括钉帽（1）、双层且具有中心孔的钉杆（2）；钉杆（2）包括内层钉杆和外层钉杆，每层钉杆又包括内侧钉杆和外侧钉杆，所述双层且具有中心孔的钉杆（2）整体以其中心轴线呈轴对称结构，钉帽（1）与钉杆（2）为一体式结构且具有相同的中心轴线，内外层钉杆之间通过穹顶Ⅰ（3）过渡连接；内层钉杆与钉帽连接处通过穹顶Ⅱ（4）和圆倒角Ⅰ（5）来过渡；外层钉杆与钉帽连接处通过圆倒角Ⅱ（6）来过渡。
2.根据权利要求1所述双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，其特征在于：所述内层钉杆和外层钉杆的钉杆结构均相同，钉杆端部形成刃角，其边缘均依次设有直线边Ⅰ（7）、圆弧边Ⅰ（8）、直线边Ⅱ（9）、圆弧边Ⅱ（10）、直线边Ⅲ（11）、圆弧边Ⅲ（12）、直线边Ⅳ（13）进行过渡连接，直线边Ⅱ（9）与直线边Ⅲ（11）延伸至下边缘处通过圆弧边Ⅱ（10）连接；所述下铆模（27）以其中心轴线为轴对称结构，其内侧模腔内设有用于双层内锁半空心自冲铆铆钉（24）内层钉杆铆接的凹腔Ⅰ，外侧设有承纳外扩式的外层钉杆的凹腔Ⅱ。
3.根据权利要求1所述双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，其特征在于：所述穹顶Ⅰ（3）为圆弧形，穹顶Ⅱ（4）为平面。
4.根据权利要求2所述双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，其特征在于：所述双层内锁半空心自冲铆铆钉（24）在竖直方向的高度与直线边Ⅰ（7）到铆钉对称中心轴线的水平距离比值为：4.5~5.5。
5.根据权利要求2所述双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，其特征在于：所述圆弧边Ⅱ（10）的圆心到直线边Ⅳ（13）水平距离与钉杆壁厚之比为：0.55~0.65；
过所述圆弧边Ⅱ（10）圆心的直线边Ⅱ（9）的垂线与竖直方向的夹角为65°~75°；
过所述圆弧边Ⅱ（10）圆心的直线边Ⅲ（11）的垂线与竖直方向的夹角为55°~65°；
所述圆弧边Ⅱ（10）的半径为0.03~0.25mm。
6.根据权利要求1所述双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，其特征在于：所述下铆模（27）整体以其中心轴线呈轴对称结构，下铆模（27）外围的凹腔Ⅱ由扩张槽（14）、模圆弧边Ⅰ（15）、模圆弧边Ⅱ（16）、模圆弧边Ⅲ（17）、模倒角（23）构成；内层的凹腔Ⅰ由模圆弧边Ⅳ（18）、模直线边Ⅰ（19）、模圆弧边Ⅴ（20）、底直线边（21）、模直线边Ⅱ（22）构成；凹腔Ⅰ上端的模圆弧边Ⅳ（18）通过模直线边Ⅱ（22）与凹腔Ⅱ上端的模圆弧边Ⅲ（17）过渡连接，凹腔Ⅰ下端通过模圆弧边Ⅴ（20）与底直线边（21）过渡连接。
7.根据权利要求6所述双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，其特征在于：所述模圆弧边Ⅳ（18）与模直线边Ⅱ（22）的交点到下铆模对称中心的距离与底直线边（21）到模直线边Ⅱ（22）的竖直方向距离之比为1.0~1.2；
所述模直线边Ⅰ（19）与竖直方向夹角为30°~45°。
8.根据权利要求6所述双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，其特征在于：所述模圆弧边Ⅱ（16）的半径与模圆弧边Ⅰ（15）半径比值为4~5，且模圆弧边Ⅱ（16）曲线方程的二阶导为正值，同时模圆弧边Ⅰ（15）曲线方程二阶导恒为负。
9.根据权利要求6所述双层内锁半空心自冲铆铆钉装置，其特征在于：所述扩张槽（14）圆弧段的半径为2~3mm。
10.一种利用权利要求1-9任一项所述的装置进行自冲铆连接的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤为：
Step1、将需要进行自冲铆连接的上板（25）和下板（26）充分靠近或者接触，通过相关模具的定位作用将组合的上下板放置在下铆模（27）上方；
Step2、启动自冲铆接设备，自冲铆设备上的压边圈压紧板料，冲头推动铆钉下行推动双层内锁半空心自冲铆铆钉（24）的内层钉杆向凹腔Ⅰ内扩，外层钉杆向凹腔Ⅱ外扩，铆钉嵌入板料；
Step3、板料塑性变形完成，铆钉与板料间机械内锁形成后，自冲铆设备上的冲头上行回归到原位，自冲铆连接过程完成。
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2017
- 2017-09-30 CN CN201710913143.5A patent/CN107639201B/zh active Active
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