CN107671185B - 一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形装置及工艺，连接开始前，下模具固定不动，第一云母片固定在下模具上，用压边圈压住上、下板材，第二云母片放置于压边圈台阶面下方；连接过程开始，冲头向下运动，接触上板材，同时接通电源，通过导线连接电源、冲头、上板材、上板材和下模具构成电流回路，当上、下板材温度达到材料的塑性变形温度时，切断电源，冲头继续向下运动，冲头挤压上、下板材，使上、下板材发生塑性变形，上板材嵌入下板材，在上、下板材之间形成一个机械锁，实现上板材、下板材之间的连接，上、下板材完全成形之后，冲头和压边圈向上运动，将上、下板材取出，本发明具有成形力小、连接点强度高和连接质量可靠等优点。

Description

一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形装置及工艺
技术领域
本发明属于板材连接技术领域，具体涉及一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形装置及工艺。
背景技术
近些年，随着轻量化板材在汽车、飞机等交通工具中的大范围使用，适用于连接汽车轻量化板材的无铆连接工艺得到了迅速的发展。无铆连接工艺是指利用板材的塑性变形能力，采用专用的凸凹模具对被连接的板材进行冲压，使板材之间内嵌实现板材之间的连接。与传统的板材连接方式相比，无铆连接工艺不仅在经济、能耗、工作环境方面具有很大的优势，而且非常适用于异种材质、表面有镀层或油漆等板材的连接。该工艺在连接的过程中不需铆钉等任何辅助材料，是实现铝合金等轻量化板材连接的重要方法之一，对于汽车的轻量化具有重要的意义，但其又不可避免地存在以下缺点：无铆连接所形成的连接点静态强度较低；连接点的一侧为凸起，另一侧为凹坑，严重影响了板材连接的外观，目前汽车板材连接的一个重要指标就是其美观程度，而无铆连接由于存在凸起和凹孔，一定程度上限制了该技术的应用，尤其是板材表面有相对运动的场合；传统无铆连接的凸模和凹模要求严格对中，一旦产生偏移将会严重影响连接点的强度。
为了克服上述传统无铆连接的缺点，有学者提出了平底无铆连接工艺，但该连接方式又存在以下不足：传统的平底无铆连接过程中可调节的参数少，可调节性差；传统平底无铆连接过程中材料沿凸模向上流动，凸模对它的摩擦阻力大，容易形成内部材料的损伤甚至裂纹；传统平底无铆连接的流动是单向的反挤压方式，流动时阻力大，成形时需要的外界载荷大，成形难度大；
自阻加热辅助金属塑性成形工艺，是指在传统金属塑性成形工艺中，利用板材自身自有的电阻，通过施加电流对板材进行加热，以提高成形质量、改善工艺效果的工艺过程。与传统金属塑性成形工艺相比，自阻加热辅助金属塑性工艺具有金属塑性成形能力高、成形力小、金属材料流动性好、产品质量高等优点。
目前还没有发现将自阻加热和平底无铆连接相结合的文献报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形装置及工艺，能有效提高连接点的强度，降低成形力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形装置，包括固定不动的下模具5，下模具5上固定有第一云母片7，下模具5的上表面平整光滑，下模具5的上表面与第一云母片7的上表面共面，在下模具5上表面叠放有上板材3和下板材4，上板材3的正上方设置有压边圈2，压边圈2的台阶面下方设置有第二云母片6，第二云母片6与压边圈2的中心轴重合，压边圈2的中心设置有冲头1，冲头1的中心轴与压边圈2的中心轴重合，冲头1和下模具5分别接电源8的正负极，通过导线将电源8、冲头1、上板材3、下板材4和下模具5构成电流回路。
一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形工艺，包括以下步骤：
连接开始前，下模具5固定不动，第一云母片7固定在下模具5上，将上板材3和下板材4叠放在下模具5的上表面，用压边圈2压住上板材3 和下板材4，第二云母片6放置在台阶形压边圈2的台阶面下方，第二云母片6的中心轴与压边圈2的中心轴重合，冲头1的中心轴与压边圈2的中心轴重合；
连接过程开始，冲头1向下运动，接触上板材3，同时接通电源8，通过导线连接电源8、冲头1、上板材3、下板材4和下模具5构成电流回路，当电流通过上板材3和下板材4时会产生热能，热能的增加引起上板材3 和下板材4的温度升高，当热能
Figure BDA0001426445900000031
达到设定要求，即上板材3 和下板材4温度达到材料的塑性变形温度时，切断电源8，冲头继续向下运动，冲头1挤压上板材3和下板材4，使上板材3和下板材4发生变形，压边圈2限制了上板材3和下板材4的材料向外流动，上板材3和下板材4 的材料只能向冲头1和压边圈2之间的间隙流动，从而使上板材3嵌入下板材4中，在上板材3和下板材4之间形成一个机械锁，实现上板材3和下板材4之间的连接，由于下模具5的上表面平整光滑，所以下板材4的下表面始终是平整的，上板材3和下板材4完全成形之后，冲头1和压边圈2向上运动，将上板材3和下板材4取出，成形结束。
所述的电源8的电流大小需根据被连接板材的材质和连接点的成形质量能够进行调节。
所述的压边圈2的位置和压边力根据被连接板材的连接点的成形质量能够进行调节。
所述的冲头1的位置、速度和压力根据被连接板材的连接点的成形质量能够分别进行调节。
本发明具有以下优点：材料流动阻力小，需要的成形力低，接头成形效果好；可有效预防材料内部产生的损伤和裂纹；不需要铆钉等辅助材料；平底无铆连接无需将上下模具对中，提高生产效率；可连接材料的组合广泛，可连接异种材质的板材；连接质量可靠，连接的强度高；形成的连接点表面平整光滑。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图。
图2是本发明连接结束后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
参照图1，一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形装置，包括固定不动的下模具5，下模具5上固定有第一云母片7，下模具5的上表面平整光滑，下模具5的上表面与第一云母片7的上表面共面，第一云母片 7主要用于减少电流分流到压边圈台阶面所对应的下板材4的外侧，提高板材加热效率，在下模具5上表面叠放有上板材3和下板材4，上板材3设置有压边圈2，用压边圈2压住上板材3和下板材4，压边圈2的台阶面下方设置有第二云母片6，第二云母片6主要用于保证上板材3和压边圈2之间的绝缘，以免电流分流进入压边圈而影响加热效果，第二云母片 6与压边圈2的中心轴重合，压边圈2的中心设置有冲头1，冲头1的中心轴与压边圈2的中心轴重合，冲头1和下模具5分别接电源8的正负极，通过导线将电源8、冲头1、上板材3、下板材4和下模具5构成电流回路。
一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形工艺，包括以下步骤：
参照图1，连接开始前，下模具5固定不动，第一云母片7固定在下模具5上，将上板材3和下板材4叠放在下模具5的上表面，用压边圈2压住上板材3和下板材4，第二云母片6放置压边圈2的台阶面下方，第二云母片6与压边圈2的中心轴重合，冲头1的中心轴与压边圈2的中心轴重合；
参照图2，连接过程开始，冲头1向下运动，接触上板材3，同时接通电源8，电源8的电流可根据被连接板材的材质和连接点的质量进行调节，通过导线连接电源8、冲头1、上板材3、下板材4和下模具5构成电流回路，当电流通过上板材3和下板材4时会产生热能，热能的增加引起上板材 3和下板材4的温度升高，当热能
Figure BDA0001426445900000051
达到设定要求，即上板材3 和下板材4温度达到材料的塑性变形温度时，切断电源8，冲头继续向下运动，冲头1挤压上板材3和下板材4，使上板材3和下板材4发生变形，压边圈2限制了上板材3和下板材4的材料向外流动，上板材3和下板材4 的材料只能向冲头1和压边圈2之间的间隙流动，从而使上板材3嵌入下板材4中，在上板材3和下板材4之间形成一个机械锁，实现上板材3和下板材4之间的连接，由于下模具5的上表面平整光滑，所以下板材4的下表面始终是平整的，上板材3和下板材4完全成形之后，冲头1和压边圈2向上运动，将上板材3和下板材4取出，成形结束。

Claims (4)

1.一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形工艺，包括以下步骤：
连接开始前，下模具(5)固定不动，第一云母片(7)固定在下模具(5)上，将上板材(3)和下板材(4)叠放在下模具(5)的上表面，用压边圈(2)压住上板材(3)和下板材(4)，第二云母片(6)放置于压边圈(2)的台阶面下方，第二云母片(6)的中心轴与压边圈(2)的中心轴重合，冲头(1)的中心轴与压边圈(2)的中心轴重合；
连接过程开始，冲头(1)向下运动，接触上板材(3)，同时接通电源(8)，通过导线连接电源(8)、冲头(1)、上板材(3)、下板材(4)和下模具(5)构成电流回路，当电流通过上板材(3)和下板材(4)时会产生热能，热能的增加引起上板材(3)和下板材(4)的温度升高，当热能
Figure FDF0000007971220000011
达到设定要求，即上板材(3)和下板材(4)温度达到材料的塑性变形温度时，切断电源(8)，冲头(1)继续向下运动，冲头(1)挤压上板材(3)和下板材(4)，使上板材(3)和下板材(4)发生变形，压边圈(2)限制了上板材(3)和下板材(4)的材料向外流动，上板材(3)和下板材(4)的材料只能向冲头(1)和台阶形压边圈(2)之间的间隙流动，从而使上板材(3)嵌入下板材(4)中，在上板材(3)和下板材(4)之间形成一个机械锁，实现上板材(3)和下板材(4)之间的连接，由于下模具(5)的上表面平整光滑，所以下板材(4)的下表面始终是平整的，上板材(3)和下板材(4)完全成形之后，冲头(1)和压边圈(2)向上运动，将上板材(3)和下板材(4)取出，成形结束；
上述工艺采用的轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形装置，包括固定不动的下模具(5)，下模具(5)上固定有第一云母片(7)，下模具(5)的上表面平整光滑，下模具(5)的上表面与第一云母片(7)的上表面共面，在下模具(5)上表面叠放有上板材(3)和下板材(4)，上板材(3)设置有压边圈(2)，压边圈(2)的台阶面下方设置有第二云母片(6)，第二云母片(6)与压边圈(2)的中心轴重合，压边圈(2)的中心设置有冲头(1)，冲头(1)的中心轴与压边圈(2)的中心轴重合，冲头(1)和下模具(5)分别接电源(8)的正负极，通过导线将电源(8)、冲头(1)、上板材(3)、下板材(4)和下模具(5)构成电流回路。
2.根据权利要求1所述的一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形工艺，其特征在于：所述的电源(8)的电流根据被连接板材的材质和连接点的质量能够进行调节。
3.根据权利要求1所述的一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形工艺，其特征在于：所述的压边圈(2)的位置和压边力根据被连接板材的连接点的成形质量能够进行调节。
4.根据权利要求1所述的一种轻量化板材的自阻加热平底无铆连接成形工艺，其特征在于：所述的冲头(1)的位置、速度和压力根据被连接板材的连接点的成形质量能够分别进行调节。
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