CN108555219A - 一种半空心铆钉的自冲铆接装置及自冲铆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半空心铆钉的自冲铆接装置及自冲铆方法，包括铆钉主体、上压边圈、上冲杆、上凹模、下压边圈、下凹模和下冲头，所述铆钉主体上端为圆盘形钉帽，所述铆钉主体的下端为与所述钉帽一体成型的空心钉杆，所述钉杆底部外侧为外斜面、内侧为内斜面，所述钉帽顶部设有限位台；所述上冲杆或所述上凹模上下活动嵌入所述上压边圈，所述下凹模或所述下冲头上下活动嵌入所述下压边圈；所述上冲杆底部端面设有与所述限位台相配合的限位台槽；所述下冲头的上端设有冲芯和行程终止环，解决了半空心铆钉铆接内锁结构单一，以及铆接强度要求较高、板材难于连接问题，使铆接后板料和半空心铆钉之间形成双重机械自锁结构，铆接强度高。

Description

一种半空心铆钉的自冲铆接装置及自冲铆方法

技术领域

本发明涉及自冲铆接技术领域，具体是一种半空心铆钉的自冲铆接装置及自冲铆方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，对汽车经济性要求越来越高，从而使汽车制造商更加重视车身总成的轻量化和连接的高质量，并寻求减少车身重量的办法，减少尾气排放，其中之一的方法就是大量使用轻型材料，如铝和塑料等原料.到目前为止，点焊是连接钢板车身结构的主要方法，但是点焊无法实现黑金属与有色金属的连接、有色金属(如薄铝板)之间的连接、金属与非金属的连接、非金属之间的连接，为了适应快速和自动化的生产需要，为了连接不能进行点焊和难于点焊的材料，铆接越来越受到重视和青睐。

常用的自冲铆接技术是一种机械冷连接技术，可实现同种或异种多层板料的有效连接，其连接原理是通过冲头下行压迫铆钉刺入料板，铆钉在刺入料板的过程中沿周向扩张形成铆扣，在板料中形成一个自锁的紧固结构，从而将板料紧紧连接在一起，现有技术中半空心铆钉自冲铆接方式主要依靠铆钉钉杆沿周向扩张而在板料内形成一个机械内锁结构以起到对板料的连接作用，但是传统方法内锁结构单一，降低了连接强度以及所产生的连接的寿命，现有的连接无法保证例如汽车领域的连接质量要求，不适用于铆接强度要求较高的场合。

发明内容

本发明的目的是提供一种连接强度高，连接可靠，适用于铆接强度要求较高难于可靠连接板材的半空心铆钉的自冲铆接装置及自冲铆方法。

为了实现上述目的，本发明提供的一种半空心铆钉的自冲铆接装置，包括铆钉主体、上压边圈、上冲杆和上凹模，其特征在于，还包括下压边圈、下凹模和下冲头，所述铆钉主体上端为圆盘形钉帽，所述铆钉主体的下端为与所述钉帽一体成型的空心钉杆，所述钉杆的底部呈环锥形，所述钉杆底部外侧为外斜面、内侧为内斜面，所述钉帽顶部设有限位台，所述钉杆内部为空腔；所述上冲杆或所述上凹模上下活动嵌入所述上压边圈，所述下凹模或所述下冲头上下活动嵌入所述下压边圈；所述上冲杆底部端面设有与所述限位台相配合的限位台槽；所述下冲头的上端设有冲芯和行程终止环。

优选地，空腔顶面与侧面交接处设有内弧面。

优选地，所述外斜面与水平面呈75-85°夹角，所述内斜面与水平面呈70-80°夹角。

优选地，所述限位台顶部端面为平面，所述空腔顶面的直径不大于所述限位台的端面直径，所述限位台底面直径不大于所述钉杆的外径。

优选地，所述限位台与所述钉帽的交接面为限位面，所述限位面与所述钉帽顶部平面呈135°夹角。

优选地，所述冲芯的顶端直径不大于所述空腔的内径。

优选地，所述行程终止环为环形且设在所述下冲头上端外缘。

优选地，所述行程终止环内径不小于所述钉帽外径，所述行程终止环顶端到所述冲芯顶端的距离不大于要铆接的板料厚度总和。

优选地，所述上冲杆与所述上凹模外径相同，所述下凹模与所述下冲头外径相同。

使用本发明所述半空心铆钉的自冲铆接装置进行自冲铆接的方法，具体步骤如下：

(1)一次冲裁阶段：

将需要进行铆接的板料摞在一起，并放置在所述下凹模上方，启动自冲铆接设备，所述上压边圈压紧板料上表面，所述下压边圈压紧板料下表面，所述上冲杆正下方的板料上表面放置所述铆钉主体，所述上冲杆开始下行移动；

(2)扩张阶段：

所述上冲杆推动所述铆钉主体刺穿上板料，同时所述铆钉主体迫使下板料在所述下凹模内产生塑性变形，随着下板料逐渐填充所述下凹模，在所述外斜面和所述内斜面及所述下凹模形状的作用下，所述钉杆底部向周围扩张同时刺入下板料，所述钉杆外侧面与上板料和下板料接触面形成下内变形面，下板料的底面在所述下凹模的作用下形成下外变形面，最终所述下内变形面与上板料和下板料之间形成机械自锁结构；

(3)一次回程：

一次冲裁完成，所述上压边圈和所述下压边圈保持静压力，所述上冲杆和所述下凹模返回初始工位，此时，通过机械手将所述上冲杆替换成所述上凹模，将所述下凹模替换成所述下冲头，所述上凹模下行压在所述限位台上方待命；

(4)二次冲裁及变形阶段：

所述下冲头顶住所述下外变形面，随着所述冲芯的上行，所述下外变形面及下板料和上板料随着所述冲芯外轮廓变形，同时所述限位台也逐渐沿着所述上凹模内轮廓变形，所述行程终止环顶面顶住下板料底面时，所述下冲头停止，所述铆钉主体顶面与上凹模内轮廓紧密接触形成铆钉变形面，下板料底部与所述冲芯外轮廓接触面形成冲头变形面，所述空腔顶面与上板料接触面挤压形成上内变形面B，所述空腔中的上板料与下板料接触面形成上内变形面A；

(6)复合冲铆完成：

所述上凹模和所述下冲头返回初始工位，所述上压边圈和所述下压边圈释放压边力，上板料和下板料复合铆接完成。

本发明提供的所述半空心铆钉的自冲铆接装置及自冲铆方法，具有如下有益效果：

1.所述半空心铆钉复合铆冲装置及其自冲铆方法对板料实施复合铆冲，降低了铆钉与料板之间产生间隙的概率，形成了双重机械自锁结构，提高了板料的连接强度，连接更可靠。

附图说明

图1为本发明中所述铆钉主体的剖视图；

图2为所述上冲杆和所述下凹模行进中的剖视图；

图3为所述上冲杆和所述下凹模行程结束的剖视图；

图4为一次铆接回程的剖视图；

图5为所述上凹模和所述下冲头行进中的剖视图；

图6为所述上凹模和所述下冲头行程结束的剖视图；

图7为上板料和下板料整个铆接过程完成后的剖视图；

图中：

1.铆钉主体 11.钉帽 12.钉杆 121.外斜面

122.内斜面 13.限位台 131.端面 132.限位面

14.空腔 141.空腔顶面 142.内弧面 2.上板料

21.铆钉变形面 22.上内变形面A 23.冲头变形面

24.上内变形面B 3.下板料 31.下内变形面 32.下外变形面

4.上压边圈 5.下压边圈 6.上冲杆 61.限位台槽

7.下凹模 8.上凹模 9.下冲头 91.冲芯

92.行程终止环。

具体实施方式

如图1所示，一种半空心铆钉的自冲铆接装置，包括铆钉主体1、上压边圈4、上冲杆6和上凹模8，还包括下压边圈5、下凹模7和下冲头9，所述铆钉主体1的上端为圆盘形钉帽11，所述铆钉主体1的下端为与所述钉帽11一体成型的空心钉杆12，所述钉杆12的底部呈环锥形，所述钉杆12底部外侧为外斜面121、内侧为内斜面122，所述外斜面121与水平面呈75-85°夹角，所述内斜面122与水平面呈70-80°夹角，所述铆钉主体1受到向下的冲击力时所述钉杆12底部容易向外侧弯曲产生塑性变形，易刺入板材内，形成机械自锁结构；所述钉帽11顶部设有限位台13，所述钉杆12内部为空腔14，空腔顶面141与侧面交接处设有内弧面142，避免受压过大时应力集中，保证铆钉的强度；所述限位台13顶部端面131为平面，所述空腔顶面141的直径不大于所述限位台13的端面131的直径，所述限位台13的底面直径不大于所述钉杆12的外径，可使所述铆钉主体1受力均匀，在受压变形时所述限位台13部分也能起到一定的导向限位作用，防止受力不均歪斜压溃；所述限位台13与所述钉帽11的交接面为限位面132，所述限位面132与所述钉帽11顶部平面呈135°夹角。

如图2至6所示，所述上冲杆6或所述上凹模8上下活动嵌入所述上压边圈4，所述下凹模7或所述下冲头9上下活动嵌入所述下压边圈5，所述上冲杆6底部端面设有与所述限位台13相配合的限位台槽61，所述限位面132为斜面，在冲压的过程中所述限位台槽61容易卡合所述限位台13用于导向限位；所述下冲头9的上端设有冲芯91和行程终止环92，所述冲芯91的顶端直径不大于所述空腔14的内径，容易进入所述空腔14内挤压板料，如图7所示，使板料的形变往所述冲芯91顶端的两侧流动，形成了双重机械自锁结构；所述行程终止环92为环形且设在所述下冲头9上端外缘，所述行程终止环92内径不小于所述钉帽11的外径，起限位作用，防止二次冲裁时所述钉杆12底端的机械自锁结构遭到破坏，所述行程终止环92顶端到所述冲芯91顶端的距离不大于要铆接的板料厚度总和，防止铆接的过程中冲断损坏板料或铆钉；所述上冲杆6与所述上凹模8外径相同，所述下凹模7与所述下冲头9外径相同，可以使用机械手自动更换。

使用所述半空心铆钉的自冲铆接装置进行自冲铆接的方法，具体步骤如下：

(1)一次冲裁阶段：

如图2所示，将需要进行铆接的上板料2和下板料3摞在一起，并放置在所述下凹模7上方，启动自冲铆接设备，所述上压边圈4压紧上板料2上表面，所述下压边圈5压紧下板料3下表面，所述上冲杆6正下方的板料上表面放置所述铆钉主体1，所述上冲杆6开始下行移动；

(2)扩张阶段：

如图3所示，所述上冲杆6推动所述铆钉主体1刺穿上板料2，同时所述铆钉主体1迫使下板料3在所述下凹模7内产生塑性变形，随着下板料3逐渐填充所述下凹模7，在所述外斜面121和所述内斜面122及所述下凹模7形状的作用下，所述钉杆12底部向周围扩张同时刺入下板料3，所述钉杆12外侧面与上板料2和下板料3接触面形成下内变形面31，下板料3的底面在所述下凹模7的作用下形成下外变形面32，最终所述下内变形面31与上板料2和下板料3之间形成机械自锁结构；

(3)一次回程：

如图4和5所示，一次冲裁完成，所述上压边圈4和所述下压边圈5保持静压力，所述上冲杆6和所述下凹模7返回初始工位，此时，通过机械手将所述上冲杆6替换成所述上凹模8，将所述下凹模7替换成所述下冲头9，所述上凹模8下行压在所述限位台13上方待命；

(4)二次冲裁及变形阶段：

如图5和6所示，所述下冲头9顶住所述下外变形面32，随着所述冲芯91的上行，所述下外变形面32及下板料3和上板料2随着所述冲芯91外轮廓变形，同时所述限位台13也逐渐沿着所述上凹模8内轮廓变形，所述行程终止环92顶面顶住下板料3底面时，所述下冲头9停止，所述铆钉主体1顶面与上凹模8内轮廓紧密接触形成铆钉变形面21，下板料3底部与所述冲芯91外轮廓接触面形成冲头变形面23，所述空腔顶面141与上板料2接触面挤压形成上内变形面B24，所述空腔14中的上板料2与下板料3接触面形成上内变形面A22，如图7所示，所述铆钉变形面21和所述上内变形面B24之间形成机械自锁结构；

(6)复合冲铆完成：

所述上凹模8和所述下冲头9返回初始工位，所述上压边圈4和所述下压边圈5释放压边力，如图7所示，上板料2和下板料3复合铆接完成。

本发明解决了传统半空心铆钉铆接内锁结构单一，以及铆接强度要求较高的板材难于可靠连接问题，使铆接后板料和半空心铆钉之间形成双重机械自锁结构，提高了铆接的强度，连接更可靠。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半空心铆钉的自冲铆接装置，包括铆钉主体、上压边圈、上冲杆和上凹模，其特征在于，还包括下压边圈、下凹模和下冲头，所述铆钉主体上端为圆盘形钉帽，所述铆钉主体的下端为与所述钉帽一体成型的空心钉杆，所述钉杆的底部呈环锥形，所述钉杆底部外侧为外斜面、内侧为内斜面，所述钉帽顶部设有限位台，所述钉杆内部为空腔；所述上冲杆或所述上凹模上下活动嵌入所述上压边圈，所述下凹模或所述下冲头上下活动嵌入所述下压边圈；所述上冲杆底部端面设有与所述限位台相配合的限位台槽；所述下冲头的上端设有冲芯和行程终止环。

2.根据权利要求1所述的半空心铆钉的自冲铆接装置，其特征在于，空腔顶面与侧面交接处设有内弧面。

3.根据权利要求1所述的半空心铆钉的自冲铆接装置，其特征在于，所述外斜面与水平面呈75-85°夹角，所述内斜面与水平面呈70-80°夹角。

4.根据权利要求1所述的半空心铆钉的自冲铆接装置，其特征在于，所述限位台顶部端面为平面，所述空腔顶面的直径不大于所述限位台的端面直径，所述限位台底面直径不大于所述钉杆的外径。

5.根据权利要求4所述的半空心铆钉的自冲铆接装置，其特征在于，所述限位台与所述钉帽的交接面为限位面，所述限位面与所述钉帽顶部平面呈135°夹角。

6.根据权利要求1所述的半空心铆钉的自冲铆接装置，其特征在于，所述冲芯的顶端直径不大于所述空腔的内径。

7.根据权利要求1所述的半空心铆钉的自冲铆接装置，其特征在于，所述行程终止环为环形且设在所述下冲头上端外缘。

8.根据权利要求7所述的半空心铆钉的自冲铆接装置，其特征在于，所述行程终止环内径不小于所述钉帽外径，所述行程终止环顶端到所述冲芯顶端的距离不大于要铆接的板料厚度总和。

9.根据权利要求1所述的半空心铆钉的自冲铆接装置，其特征在于，所述上冲杆与所述上凹模外径相同，所述下凹模与所述下冲头外径相同。

10.使用权利要求1-9任意一项所述的半空心铆钉的自冲铆接装置进行自冲铆接的方法，具体步骤如下：

(1)一次冲裁阶段：

将需要进行铆接的板料摞在一起，并放置在所述下凹模上方，启动自冲铆接设备，所述上压边圈压紧板料上表面，所述下压边圈压紧板料下表面，所述上冲杆正下方的板料上表面放置所述铆钉主体，所述上冲杆开始下行移动；

(2)扩张阶段：

所述上冲杆推动所述铆钉主体刺穿上板料，同时所述铆钉主体迫使下板料在所述下凹模内产生塑性变形，随着下板料逐渐填充所述下凹模，在所述外斜面和所述内斜面及所述下凹模形状的作用下，所述钉杆底部向周围扩张同时刺入下板料，所述钉杆外侧面与上板料和下板料接触面形成下内变形面，下板料的底面在所述下凹模的作用下形成下外变形面，最终所述下内变形面与上板料和下板料之间形成机械自锁结构；

(3)一次回程：

一次冲裁完成，所述上压边圈和所述下压边圈保持静压力，所述上冲杆和所述下凹模返回初始工位，此时，通过机械手将所述上冲杆替换成所述上凹模，将所述下凹模替换成所述下冲头，所述上凹模下行压在所述限位台上方待命；

(4)二次冲裁及变形阶段：

所述下冲头顶住所述下外变形面，随着所述冲芯的上行，所述下外变形面及下板料和上板料随着所述冲芯外轮廓变形，同时所述限位台也逐渐沿着所述上凹模内轮廓变形，所述行程终止环顶面顶住下板料底面时，所述下冲头停止，所述铆钉主体顶面与上凹模内轮廓紧密接触形成铆钉变形面，下板料底部与所述冲芯外轮廓接触面形成冲头变形面，所述空腔顶面与上板料接触面挤压形成上内变形面B，所述空腔中的上板料与下板料接触面形成上内变形面A；

(6)复合冲铆完成：

所述上凹模和所述下冲头返回初始工位，所述上压边圈和所述下压边圈释放压边力，上板料和下板料复合铆接完成。