CN108437480B - 一种铆接复合模具及利用铆接复合模具的铆接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车制造技术领域，公开了一种铆接复合模具及利用铆接复合模具的铆接方法，包括下底座和冲头座，所述下底座的内侧设有限位块，所述限位块的上侧设有凹模，所述凹模内设有定位块，所述冲头座的下端卡设外层冲头，所述外层冲头内可滑动设有中顶轴，所述外层冲头的下端连接有扩张块；包括如下实施步骤：预制铆接孔，安装复合模具，向下冲压冲头座。通过对高强板预制铆接孔，方便对复合模具的定位安装，避免铆接过程中对高强板的损伤；通过扩张块对铝合金板的径向作用，实现铝合金板与高强板的无铆钉铆接复合，提高了铆接的可靠性和铆接效率；复合模具可根据高强板和铝合金板的厚度实时调整，提高了复合模具的适用范围，降低成本。

Description

一种铆接复合模具及利用铆接复合模具的铆接方法

技术领域

本发明涉及汽车制造技术领域，特别是涉及一种铆接复合模具及利用铆接复合模具的铆接方法。

背景技术

近年汽车工业发展迅速，汽车生产量和保有量增长较快，由此产生的负面影响也凸显出来，主要体现在能源和环境方面，为节约能源、保护环境、降低碳排放，采用轻量化技术已经成为必然选择。材料、结构和工艺三方面是实现轻量化技术的主要方法，其中材料主要包含轻质合金(如铝合金、镁合金等)、碳纤维复合材料、先进高强钢等，而上述新材料的应用必须解决异质材料连接问题。

铝合金等轻质金属具有低密度、比强度和比刚度高的特点；碳纤维复合材料的碳纤维的密度是钢的1/5，强度可达到钢的数倍，与铝合金相比减重可达30％以上；先进高强钢具有较高的强度和韧性，价格相对较低。上述材料成为实现汽车轻量化的首选，而随之而来的便是异质材料间的连接问题。

异质材料的连接技术问题是实现汽车轻量化的关键，其将制造技术直接推进到科学领域，正在逐步成为制造技术与科学的最前沿。

实现异质材料连接的主要方法为胶接或机械连接，而传统的电阻电焊无法实现异质材料的连接，胶接连接的胶层受服役环境影响较大，容易发生脆性断裂失效；常用的机械连接如螺栓连接和自冲铆接等连接方式需要引入额外的螺栓或铆钉部件，增加结构重量，为达到轻量化效果，提高生产效率、降低成本和保证结构性能，需要设计一种新型连接方式实现异质材料的高效连接。

目前采用的铆接方式分为有铆钉铆接和无铆钉铆接两种，有铆钉铆接会增加结构重量和成本，所以无铆钉铆接的应用应运而生。现有的无铆钉铆接技术只适用于被连接板材同时具有适当塑性变形特性的金属材料连接，无法连接脆性金属；而已有的用于轻质金属和碳纤维复合材料的无铆钉铆接步骤较为繁琐，需要采用多步步骤完成连接，碳纤维连接板材预制孔与模具的对中性无法保证，同时连接过程会对碳纤维复合材料造成损伤，模具不具备可调节功能，对不同尺寸板材不具备普适性，为实现复合材料或脆性较高的轻质金属材料与轻质金属间的连接，实现模具共用及可调节，保证连接效率和质量，需要采用新型无铆钉铆接方法实现铆接工艺。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种铆接复合模具及利用铆接复合模具的铆接方法，以解决现有铆接复合模具连接效率低、制造损伤大、适用面窄的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铆接复合模具，用以将铝合金板与高强板铆接复合，包括安装在所述高强板预制的铆接孔下侧的下底座和位于所述铝合金板上侧的冲头座，所述下底座的内侧设有限位块，所述限位块的上侧设有凹模，所述限位块与所述凹模之间设有第一弹簧，所述凹模内设有定位块，所述定位块与所述限位块之间设有第二弹簧，所述凹模设有与所述第二弹簧适配的穿孔；

所述冲头座的下端设有开口，所述开口处卡设外层冲头，所述外层冲头内可滑动设有中顶轴，所述外层冲头的上端与所述冲头座之间设有第三弹簧，所述外层冲头的下端连接有可沿所述外层冲头径向运动的扩张块，所述中顶轴的一端与所述扩张块的上端接触，所述中顶轴的另一端延伸进所述冲头座的内部，所述扩张块的下端与所述铝合金板接触。

其中，所述限位块的上端设有与所述第一弹簧适配的第一卡槽和与所述第二弹簧适配的第二卡槽。

其中，所述第二弹簧的直径小于所述第一弹簧的直径。

其中，所述凹模的周侧下端分别设有开槽，所述凹模的中部设有用以方便所述凹模向外扩张变形的圆形通孔。

其中，所述下底座上设有用以调节所述限位块上下位置的调节螺栓。

其中，所述外层冲头的下端设有T形槽，所述扩张块的上端安装在所述T形槽内。

其中，所述中顶轴的下端呈倒金字塔状，所述扩张块的上端设有与所述中顶轴的下端适配的斜面。

其中，所述扩张块的下端侧设有顶角。

其中，所述下底座、所述限位块、所述凹模、所述定位块、所述冲头座、所述外层冲头、所述中顶轴、所述扩张块位于同一中轴线上。

本发明还提供一种利用铆接复合模具的铆接方法，包括如下实施步骤：

在高强板上预制铆接孔，将铝合金板与高强板贴合；

将下底座安装在高强板的铆接孔的下侧，下底座内的凹模的上端与高强板接触，凹模内的定位块卡限在铆接孔内，定位块的上端与铝合金板接触；

将冲头座安装在铝合金板的上侧，并使冲头座与铆接孔、下底座的中轴线重合，扩张块的下端面与铝合金板接触；

向下冲压冲头座，扩张块作用于铝合金板，实现铝合金板与高强板的铆接。

(三)有益效果

本发明提供的一种铆接复合模具，通过对高强板预制铆接孔，方便对复合模具的定位安装，同时，避免铆接过程中对高强板的损伤，保证铆接强度；通过扩张块对铝合金板的径向作用，实现铝合金板与高强板的无铆钉铆接复合，提高了铆接的可靠性和铆接效率；复合模具可根据高强板和铝合金板的厚度实时调整，提高了复合模具的适用范围，降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例复合模具的结构示意图；

图2为本发明实施例复合模具外层冲头的侧视图；

图3为本发明实施例复合模具凹模的侧视图；

图4为本发明实施例复合模具扩张块的结构示意图；

图5为本发明实施例复合模具铆接过程的结构示意图。

图中，1：下底座；2：调节螺栓；3：限位块；4：凹模；5：高强板；6：铝合金板；7：扩张块；8：冲头座；9：第三弹簧；10：外层冲头；11：中顶轴；12：定位块；13：第二弹簧；14：第一弹簧；15：顶角；16：T形槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示，本发明实施例提供一种铆接复合模具，用以将铝合金板6与高强板5铆接复合，包括安装在高强板5预制的铆接孔下侧的下底座1和位于铝合金板6上侧的冲头座8，下底座1的内侧设有限位块3，限位块3的上侧设有凹模4，限位块3与凹模4之间设有第一弹簧14，凹模4内设有定位块12，定位块12与限位块3之间设有第二弹簧13，凹模4设有与第二弹簧13适配的穿孔；

冲头座8的下端设有开口，开口处卡设外层冲头10，外层冲头10内可滑动设有中顶轴11，外层冲头10的上端与冲头座8之间设有第三弹簧9，外层冲头10的下端连接有可沿外层冲头10径向运动的扩张块7，中顶轴11的一端与扩张块7的上端接触，中顶轴11的另一端延伸进冲头座8的内部，扩张块7的下端与铝合金板6接触。

进一步的，复合模具用以将铝合金板6和高强板5无铆钉铆接复合，高强板5具体为碳纤维板或高强钢，本发明以碳纤维板为例，碳纤维板上预制有铆接孔，铝合金板6贴合置于碳纤维板上侧。

其中，复合模具包括安装在铆接孔下侧的下底座1和位于铝合金板6上侧的冲头座8，下底座1的内侧设有限位块3，下底座1的底板中部设有与限位块3适配的调节螺栓2，用以调节限位块3在下底座1内的上下位置，使复合模具适用于不同板厚材料之间的铆接。

进一步的，限位块3的上端面设有直径不同的第一卡槽和第二卡槽，分别用以支撑第一弹簧14和第二弹簧13，第一弹簧14的上端连接有凹模4，第二弹簧13的上端连接有定位块12。

其中，第二弹簧13的直径小于第一弹簧14的直径，凹模4的下端设有与第二弹簧13适配的穿孔，使第二弹簧13安装在第一弹簧14内，第二弹簧13的上端穿过穿孔与定位块12连接，定位块12的尺寸等于或略小于铆接孔的尺寸，定位块12的尺寸与凹模4的内径相同，且设在凹模4内，定位块12可在凹模4内做上下运动。

其中，第一弹簧14与第二弹簧13均处于压缩状态，使凹模4的上端面与碳纤维板接触，凹模4的下端面与限位块3脱离，使定位块12的上端面与铝合金板6接触，定位块12的下端面与凹模4脱离。

进一步的，如图3所示，凹模4周侧下端分别设有开槽，中部设有分别向周侧延伸的四个圆形通孔，方便凹模4受力时向外扩张变形，同时不影响凹模4的结构强度。

其中，凹模4对碳纤维板起到支撑作用，缓解碳纤维板在铆接过程中的变形，避免铆接过程中对碳纤维板的损伤。

进一步的，冲头座8的下端设有开口，开口处卡设外层冲头10，外层冲头10为中空结构，其内侧可滑动设有中顶轴11，外层冲头10的上端面与冲头座8的之间设有第三弹簧9，外层冲头10可在开口处上下运动。

其中，外层冲头10的下端设有T形槽16，T形槽16内设有可径向运动的扩张块7，外层冲头10的下端部均周设有四个扩张块7，扩张块7的下端侧设有顶角15，用以对铝合金板6窝边，扩张块7之间设有复位弹簧，方便扩张块7完成铆接后顺利脱离。

进一步的，中顶轴11的下端呈倒金字塔状，并与扩张块7上端面接触，其上端向上延伸进入冲头座8的内部，且与冲头座8的端面不接触。

其中，扩张块7的上端面设有与中顶轴11的下端面贴合适配的倾斜面，当中顶轴11向下运动时，扩张块7的倾斜面受力沿T形槽16做径向运动，且无法做轴向运动。

进一步的，下底座1、限位块3、凹模4、定位块12、冲头座8、外层冲头10、中顶轴11、扩张块7位于同一中轴线上。

如图5所示，本发明还提供一种利用上述铆接复合模具的铆接方法，包括如下实施步骤：

在碳纤维板上采用水切割方式预制铆接孔，将碳纤维板置于水切割机上，在需要铆接的位置上根据所需的孔径切割出铆接孔，再将铝合金板贴合放置在碳纤维板的上侧；

将下底座安装在碳纤维板的铆接孔的下侧，使复合模具与铆接孔位于同一中轴线上，定位块卡限在铆接孔内，定位块的上端面与铝合金板接触，凹模的上端面与碳纤维板接触，定位块位于可变形的凹模内，保证定位块可在凹模内上下运动，且定位块、凹模和铆接孔之间没有径向位移，有效避免铆接过程中对碳纤维板的损伤；

将冲头座安装在铝合金板的上侧，在第三弹簧的作用下，外层冲头、中顶轴和扩张块相对静止，扩张块的下端面与铝合金板接触；

向下冲压冲头座，扩张块与外层冲头受力向上挤压第三弹簧，第三弹簧有少量压缩，使中顶轴与冲头座内端面距离减小，但两者不接触。外层冲头受第三弹簧反作用力向下运动，使扩张块向下压铝合金板，铝合金板向下并在铆接孔内变形，推动定位块沿凹模的内壁向下运动至与凹模的内侧下端面接触；

定位块与凹模作为一个整体向下运动至凹模与限位块的上端面接触，外层冲头、扩张块和铝合金板停止向下运动，冲头座继续向下运动，使第三弹簧进一步压缩，中顶轴与冲头座内端面接触，冲头座压迫中顶轴向下运动，中顶轴推动扩张块在T形槽内沿径向运动，顶角向外挤压铝合金板，使铝合金板的铆接部位向外扩张，同时凹模在铝合金板的作用下发生变形，使铝合金板与碳纤维板更好的铆接复合。

进一步的，水切割是一种利用高压水流切割工件的工艺，具有成本低、易操作、良品率高等优点，且受材料质地影响小。水刀是冷态切割，切割时不产生热效应、不变形、无挂渣、无烧蚀，不会改变材料的物理化学性质。水切割适用于硬度高、脆性大的材料，尤其适用于碳纤维板的切割。在高速水射流中混入石榴沙磨料，能获得平滑的切口，使切割面整齐平滑，不会在切割过程中使被切割物体有任何损伤，可以起到许多切割工具无法实现的切割作业。

本发明提供的一种铆接复合模具，通过对高强板预制铆接孔，方便对复合模具定位块的精准定位安装，有效防止偏心铆接，提高了铆接精准性，同时，避免铆接过程中对高强板的损伤，保证铆接强度；通过扩张块对铝合金板的径向作用，实现铝合金板与高强板的无铆钉铆接复合，提高了铆接的可靠性和铆接效率；复合模具可根据高强板和铝合金板的厚度实时调整，提高了复合模具的适用范围，降低成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铆接复合模具，其特征在于，用以将铝合金板与高强板铆接复合，包括安装在所述高强板预制的铆接孔下侧的下底座和位于所述铝合金板上侧的冲头座，所述下底座的内侧设有限位块，所述限位块的上侧设有凹模，所述限位块与所述凹模之间设有第一弹簧，所述凹模内设有定位块，所述定位块与所述限位块之间设有第二弹簧，所述凹模设有与所述第二弹簧适配的穿孔；

所述冲头座的下端设有开口，所述开口处卡设外层冲头，所述外层冲头内可滑动设有中顶轴，所述外层冲头的上端与所述冲头座之间设有第三弹簧，所述外层冲头的下端连接有可沿所述外层冲头径向运动的扩张块，所述中顶轴的一端与所述扩张块的上端接触，所述中顶轴的另一端延伸进所述冲头座的内部，所述中顶轴与所述冲头座的端面不接触，所述扩张块的下端与所述铝合金板接触；

所述凹模的周侧下端分别设有开槽，中部设有用以方便所述凹模向外扩张变形的圆形通孔；

扩张块的下端侧设有顶角，用以对铝合金板窝边；

复合模具与铆接孔位于同一中轴线上，定位块卡限在铆接孔内；

所述中顶轴的下端呈倒金字塔状，所述扩张块的上端设有与所述中顶轴的下端适配的斜面。

2.如权利要求1所述的铆接复合模具，其特征在于，所述限位块的上端设有与所述第一弹簧适配的第一卡槽和与所述第二弹簧适配的第二卡槽。

3.如权利要求2所述的铆接复合模具，其特征在于，所述第二弹簧的直径小于所述第一弹簧的直径。

4.如权利要求1所述的铆接复合模具，其特征在于，所述下底座上设有用以调节所述限位块上下位置的调节螺栓。

5.如权利要求1所述的铆接复合模具，其特征在于，所述外层冲头的下端设有T形槽，所述扩张块的上端安装在所述T形槽内。

6.如权利要求1-5任一项所述的铆接复合模具，其特征在于，所述下底座、所述限位块、所述凹模、所述定位块、所述冲头座、所述外层冲头、所述中顶轴、所述扩张块位于同一中轴线上。

7.一种利用如权利要求1-6任一项所述的铆接复合模具的铆接方法，其特征在于，包括如下步骤：

在高强板上预制铆接孔，将铝合金板与高强板贴合；

将下底座安装在高强板的铆接孔的下侧，下底座内的凹模的上端与高强板接触，凹模内的定位块卡限在铆接孔内，定位块的上端与铝合金板接触；

将冲头座安装在铝合金板的上侧，并使冲头座与铆接孔、下底座的中轴线重合，扩张块的下端面与铝合金板接触；

向下冲压冲头座，扩张块作用于铝合金板，实现铝合金板与高强板的铆接。