CN108799291A - 热熔钻铆铆钉和钻铆连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种热熔钻铆铆钉和钻铆连接方法，热熔钻铆铆钉包括芯杆和钉帽，所述芯杆的头部用于对被连接工件进行钻孔，所述芯杆的尾部用于连接驱动电机的套筒或夹爪，在钻铆时向所述芯杆的头部传递扭力；所述钉帽套设在所述芯杆的外周，在铆接过程中，所述钉帽能够被压缩或者被扩撑膨胀，用于铆接被连接工件。本发明还提供一种热熔钻铆连接方法。本发明的铆钉，其芯杆能够传递扭矩并进行钻孔，减小刺穿工件的阻力；其芯杆外部设置的钉帽能够被压缩，并对被连接工件及其延伸层进行压紧，使得本发明的铆钉，在铆接后有双支承结构防止被连接工件摆动，并且能够复合钻孔和铆接于一体，一步完成，大大缩短铆接工序，提高效率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及铆接技术领域，特别是涉及一种热熔钻铆铆钉和钻铆连接方法。
背景技术
金属材料的连接技术在工业领域广泛应用。金属材料的连接技术已有很多种，如：电焊、电阻点焊、旋转磨擦点焊、固态铆接、拉铆接、旋转磨擦拉铆接、自冲铆接以及无铆钉铆接等等。
自冲铆接技术和无铆钉铆接技术都属机械连接技术，它们能克服传统的熔焊技术在连接轻有色金属合金材料、不同质板材以及涂有保护层板材时存在的不足，在汽车生产中已得到广泛应用。自冲铆接是一种冷变形连接工艺，在铆接时，将被铆接板材放在一个内设有锥型凸台的小型模具之上并压紧，由冲头将一个半空心钢质铆钉冲压进入板材，铆钉穿透上层板后进入下层板，并在模具内锥型凸台的作用下使铆钉的空心部分扩张，形成机械互锁。然而，由于安装过程中存在的各种问题，自冲铆钉并不适用于目前普遍的高强度材料，例如钢铁和铝合金，尤其不可能得到足够可靠的理想连接强度。
经检索，申请号为201110155803.0的中国发明专利申请公开了一种轻金属板材的搅拌摩擦铆接装置，包括铆接装置和铆钉，它还包括板料压紧环、位于板料压紧环内的可旋转的铆钉夹持装置、铆钉、模具和位于模具孔内的活塞杆；所述板料压紧环为一空心的圆环；所述铆钉包括铆钉本体和铆钉顶头；铆钉本体包括夹持杆、铆钉帽和空心铆钉体。通过铆钉的高速旋转，使其与被铆接板材之间形成摩擦，利用摩擦产生的热量软化被铆接板材，降低铆钉的给进阻力，使铆钉在较小压力的作用下刺穿被铆接板材，并在本发明所涉及的活塞式模具及活塞杆的顶压下，使铆钉与被铆接板材之间形成机械互锁，实现对轻金属合金板材的机械连接。上述铆钉在穿透强度比较高的材料时，难以穿透，当增加压力进行穿透时，易损坏铆钉的头部。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种热熔钻铆铆钉，以克服现有技术的上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种热熔钻铆铆钉，包括芯杆和钉帽，所述钉帽包括中空的帽管，所述帽管的一端径向向外延伸形成直径大于所述帽管的帽头；所述芯杆包括芯杆本体和头部，所述芯杆本体从所述帽头延伸通过所述钉帽，所述头部一体地连接到所述芯杆本体，且所述芯杆头部的直径大于或等于所述帽管的外径，在铆接过程中，所述帽管能够被压缩或者被扩撑膨胀，铆接被连接工件；所述头部沿轴向开设有用于收集钻屑的盲孔。
优选地，所述盲孔的形状为锥形、圆柱形或者台阶形。
优选地，所述头部设有切口，所述切口从所述头部的底端向上开口，且与所述盲孔连通。
优选地，所述切口的端部通过第一斜面过渡到所述盲孔，所述第一斜面能够引导材料的流动方向，使得所述钻屑能够更好地进入到所述盲孔内。
优选地，所述芯杆头部的形状为锥状体，用于对被连接工件进行转孔时减小刺穿工件的阻力。
优选地，所述芯杆的尾部的横截面呈多边形或者为带有防滑齿的圆形，所述芯杆上靠近中部的位置设有断点环槽，在铆接完成后，所述芯杆在所述断点环槽处断开。
优选地，所述芯杆的头部通过台阶过渡到芯杆本体上，在拉铆时，所述台阶能够挤压所述帽管使其被压缩。
优选地，所述帽管的外壁上设有一个压槽或沿轴向设有多个压槽，当所述钉帽被压缩后，所述压槽的两侧形成鼓包，用于锁紧所述钉帽并防止所述钉帽松动。
优选地，所述芯杆的头部通过第二斜面过渡到芯杆本体上，所述第二斜面便于在拉铆时所述芯杆进入到所述钉帽的帽管内，此时所述钉帽的帽管被所述芯杆头部扩撑膨胀。
本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种钻铆连接方法，包括如下步骤：
S1、将芯杆的尾部连接在铆接设备的驱动电机的套筒或夹爪上，将所有的被连接工件上下叠放在一起，并用力压紧；
S2、启动铆接设备，使铆钉高速旋转，移动铆接设备，使铆钉高速旋转摩擦被连接工件，然后穿过被连接工件，钻孔时产生的钻屑进入所述盲孔内；
S3、停止旋转铆钉，向上拉动芯杆，芯杆的头部进入帽管，使帽管被扩撑膨胀，被连接工件被压紧固定在帽头与芯杆的头部之间，形成双支承结构，防止被连接工件摆动；
S4、从断点环槽处切断芯杆，形成最终的铆接接头。
如上所述，本发明涉及的热熔钻铆铆钉和钻铆连接方法，具有以下有益效果：
本发明用于钻铆连接的铆钉，其芯杆能够传递扭矩并进行钻孔，减小刺穿工件的阻力；其芯杆外部设置的钉帽能够被压缩或者被扩撑膨胀，并对被连接工件及其延伸层进行压紧，使得本发明的铆钉，在铆接后有双支承结构防止被连接工件摆动，并且能够复合钻孔和铆接于一体，一步完成，大大缩短铆接工序，提高效率，降低生产成本。
进一步地，通过在芯杆的头部开设半空心盲孔，能够钻孔时收集钻屑，防止钻孔时从工件上脱落的钻屑漏入被连接工件的型腔中，造成异响，能够极大地提高多层材料组合工件尤其是带有型腔工件的铆接质量。
附图说明
图1是本发明专利实施例1中铆钉结构示意图。
图2是本发明专利实施例1中芯杆结构示意图。
图3是图2中芯杆头部I部分的局部放大剖视图。
图4是本发明专利实施例1中铆钉铆接过程的送钉阶段示意图。
图5是本发明专利实施例1中铆钉铆接过程的钻孔阶段示意图。
图6是本发明专利实施例1中铆钉铆接过程的穿孔阶段示意图。
图7是本发明专利实施例1中铆钉铆接过程的拉铆阶段示意图。
图8是本发明专利实施例1铆接完成后铆钉与被连接工件的连接关系示意图。
图9是本发明专利实施例2中铆钉主视结构示意图。
图10是本发明专利实施例2中铆钉主视结构的剖面示意图。
图11是本发明专利实施例2中铆钉轴侧结构示意图。
图12是本发明专利实施例2的变形实施例中铆钉主视结构示意图。
图13是本发明专利实施例2的变形实施例中铆钉主视结构的剖面示意图。
图14是本发明专利实施例2的变形实施例中铆钉轴侧结构示意图。
图15是本发明实施例2的变形实施例中铆钉铆接过程的送钉阶段示意图。
图16是本发明实施例2的变形实施例中铆钉铆接过程的穿孔阶段示意图。
图17是本发明实施例2的变形实施例中铆钉铆接过程的拉铆阶段示意图。
图18是本发明实施例2的变形实施例中铆接完成后铆钉与被连接工件的连接关系示意图。
图19是本发明实施例3中铆钉铆接过程的送钉阶段示意图。
图20是本发明实施例3中铆钉铆接过程的穿孔阶段示意图。
图21是本发明实施例3中铆钉铆接过程的拉铆阶段示意图。
图22是本发明实施例3中铆接完成后铆钉与被连接工件的连接关系示意图。
元件标号说明
1 芯杆
11 头部
111 盲孔
112 切口
113 第一斜面
114 第二斜面
12 尾部
13 断点环槽
2 钉帽
21 帽头
22 帽管
23 压槽
3 被连接工件
31 顶层片材
32 中间层片材
33 型材
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
在一个实施例中，本发明用于钻铆连接的铆钉的结构如图1所示，包括芯杆1和钉帽2，其中，芯杆1的结构如图2所示，芯杆1的头部11形状为锥状体，用于对被连接工件进行转孔，减小刺穿工件的阻力；芯杆1的尾部12的横截面为六边形、八边形等多边形或者为带有防滑齿的圆形，用于配合连接驱动电机的套筒或夹爪，在钻铆时向铆钉头部(即芯杆头部) 传递扭力；芯杆的中部设置有断点环槽13，在铆接完成后，芯杆1在断点环槽13处断开。
在图1中可以看到，钉帽2包括帽头21、帽管22，帽管22套设在芯杆1的外周，并且芯杆1锥状体头部11的最大外径尺寸大于或者等于帽管22的最大外径尺寸，如此可使钉帽 2套设在芯杆的外周，不会从芯杆的头部11处滑落，并且当锥状体头部11对被连接工件进行钻孔后，钉帽2和芯杆1能够一起穿过钻孔。帽头21为帽管22远离芯杆1头部11的一端径向向外延伸形成的一圈凸缘。
进一步，本实施例中，参考图1，当芯杆1与钉帽2组合装配完成后，在帽管22上进行压槽加工，形成压槽23，当铆接过程中，钉帽2能够被压缩，被压缩后压槽23的两侧形成鼓包，鼓包的数量由压槽23的数量确定，用于锁紧钉帽2并防止钉帽2松动，起到预紧和防松作用。钉帽的材料可以是钢质，铝质或不锈钢质材料。在图1中可以看到，钉帽2上被加工有3个压槽，在其他实施例中，压槽的数目可以为其他数目，本发明对压槽的数量不进行限定。
图2中芯杆头部11的I部分的局部放大剖视图如图3所示，在图3中可以看到，锥状体头部11中开设有半空心盲孔111，用于在钻孔时收集钻屑，防止钻孔时从工件上脱落的钻屑漏入被连接工件的型腔中，造成异响。所述盲孔111的形状可以为锥形、圆柱形或者台阶形，本发明对盲孔的形状不进行限制。在其他实施例中，考虑到有些材料的工件，钻屑不会从工件上脱落的情况，锥状体头部11也可以为实心的。
在本实施例中，本发明专利用于钻铆连接的铆钉和热熔鉆铆连接方法及过程如图4-7所示，首先如图4所示，将铆钉传输到被连接工件3处，被连接工件3包括顶层片材31、中间层片材32和带有型腔的型材33。在其他实施例中，被连接工件可以为其他结构，在此不作限定。然后如图5所示，在驱动电机的旋转推动作用下，芯杆头部旋转钻入并刺穿被连接工件3。然后如图6所示，在驱动电机的向下按压作用下，铆钉的芯杆1和钉帽2共同穿过钻孔向下运动，直到钉帽2的帽头与顶层片材31的顶部相接触。然后如图7所示，铆钉的芯杆 1和钉帽2被施加相反方向的力，具体在图7中，钉帽2被向下按压，芯杆1被向上拉动，从而使得钉帽被压缩，被连接工件及其延伸层被压紧固定在钉帽的帽头与芯杆的头部之间，形成双支承结构防止被连接工件摆动。铆接完成后，铆钉与被连接工件的连接关系如图8所示，芯杆1在断点环槽处断开，此时钉帽2的压槽处形成有几个鼓包，起到预紧和防松作用。
实施例2
在本实施例中，本发明用于钻铆连接的铆钉的结构如图9-11所示，图9为铆钉的主视图，图10为铆钉的主视图的剖视图，图11为铆钉的轴侧图。在本实施例中，铆钉包括芯杆1和钉帽2，其中，芯杆1的头部11内沿轴向开设有盲孔111，在穿透的过程中，盲孔111内能容纳板材材料，所述头部22的外周壁上对称设置有两个切口112，所述切口112从所述头部 11的底部向上开口，所述切口112与所述盲孔111连通，这种设置使得所述头部11尽可能的充分容纳板材材料，两个切口112将所述头部11的下端分成两个切削点刃，通过切削点刃来减小铆钉在穿透过程中与被连接工件的接触面积，使铆钉在搅拌摩擦穿透过程中与被连接工件实现点接触，从而能够以更小的穿透力穿透被连接工件。可以理解的是，所述切口112 可以为三个或者三个以上，本发明对切口112的数量不进行限制，但是不建议设置过多切口，否则会降低铆钉头部11的强度，从而降低了铆钉的穿透力，提高损坏铆钉的风险。
另外，在本实施例中，芯杆1的尾部12的横截面为六边形、八边形等多边形或者为带有防滑齿的圆形，用于连接驱动电机，在钻铆时向铆钉头部(即芯杆头部)传递扭力；芯杆的中部设置有断点环槽13，在铆接完成后，芯杆1在断点环槽13处断开。
优选地，如图9-11所示，所述切口112的端部通过第一斜面113过渡到所述盲孔221，第一斜面113能够引导材料的流动方向，使得穿透被连接工件的过程中产生多余的切屑更好地进入到盲孔111内，避免切屑包裹在铆钉侧面形成衬套结构。优选地，所述切口112的端部呈弧线形。
所述切口113的形状可以设置成多种。在本实施例中，如图9-11所示，所述切口222呈矩形，第一斜面224的两侧通过该矩形结构过渡交汇。在本实施例的变形实施例中，如图12-13 所示，图12为铆钉的主视图，图13为铆钉的主视图的剖视图，图14为铆钉的轴侧图。在该变形实施例中，所述切口113呈三角形，从正面看过去，两个第一斜面224可以交汇于一条线，如图13所示，通常所述盲孔111的深度应大于所述三角形的高度，便于容纳更多的切屑。在本实施例以及本实施例的变形实施例中，所述芯杆1的头部11通过第二斜面114过渡到芯杆本体，便于芯杆1更好的进入到钉帽2的帽管22内。
本发明提供了上述变形实施例的铆钉搅拌摩擦单面铆接过程，如图15-18所示。首先如图15所示，铆钉旋转抵达被连接工件3，然后如图16所示，在驱动电机的旋转推动作用下，铆钉对被连接工件3进行搅拌切削穿透，芯杆1的头部11和钉帽2的帽管22穿过被连接工件3，然后如图17所示，铆钉的芯杆1和钉帽2被施加相反方向的力，具体在图17中，钉帽2被向下按压，芯杆1被向上拉动，使芯杆1的头部11进入钉帽2的帽管22中，帽管22 被扩撑膨胀，被连接工件3被压紧固定在钉帽的帽头21与被扩撑膨胀的帽管22之间，形成双支承结构防止被连接工件摆动。然后如图18所示，芯杆1被继续向上拉动，在断点环槽13处被拉断，完成铆接过程。
实施例3
在本实施例中，本实施例的铆钉为单鼓铆钉结构，其具体结构以及铆接过程如图19-22 所示，图19为铆钉旋转抵达被连接工件3时的状态示意图，图20为铆钉对被连接工件3进行搅拌切削穿透的状态示意图，图21为铆钉的芯杆1和钉帽2被施加相反方向的力时，钉帽的帽管22被挤压形变产生单鼓锁紧结构的状态示意图，图22为芯杆1被继续向上拉动，在断点环槽13处被拉断的状态示意图。在图21中可以看到，在拉铆的过程中，钉帽的帽管22通过形变产生单鼓锁紧结构，从而形成稳定的接头，被连接工件3被压紧固定在钉帽的帽头21与单鼓之间，形成双支承结构防止被连接工件摆动。单鼓铆钉可以选用现有技术中的常规技术，也可采用以下实施例。优选地，如图19-22所示，所述芯杆1的头部11通过台阶过渡到芯杆本体上，芯杆1的头部11外径大于或等于帽管22的外径，在拉铆时，台阶能挤压帽管22，使之形成单鼓形状。
本发明用于钻铆连接的铆钉，其芯杆能够传递扭矩并进行钻孔，减小刺穿工件的阻力；其芯杆外部设置的钉帽能够被压缩或者被扩撑膨胀，以对被连接工件及其延伸层进行压紧，使得本发明的铆钉，在铆接后有双支承结构防止被连接工件摆动，并且能够复合钻孔和铆接于一体，一步完成，大大缩短工序，提高效率，降低生产成本。并且在优选的实施例中，通过在芯杆的头部开设半空心盲孔，能够收集钻孔时从工件上脱落的钻屑，一方面能够防止钻屑漏入被连接工件的型腔中，造成异响，极大地提高多层材料组合工件尤其是带有型腔工件的铆接质量；另一方面，能够防止钻孔时形成包裹着铆钉侧面的衬套结构，极大地提高钻孔效率以及钻孔质量。
需要说明的是，在本发明中，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件组合成新的部件，以实现本发明的目的，均属于对本案的简单变形或变换，落入本案的保护范围内。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种热熔钻铆铆钉，其特征在于，包括芯杆(1)和钉帽(2)，所述钉帽(2)包括中空的帽管(22)，所述帽管(22)的一端径向向外延伸形成直径大于所述帽管(22)的帽头(21)；所述芯杆(1)包括芯杆本体和头部(11)，所述芯杆本体从所述帽头(21)延伸通过所述钉帽(2)，所述头部(11)一体地连接到所述芯杆本体，且所述头部(11)的直径大于或等于所述帽管(22)的外径，在铆接过程中，所述帽管(22)能够被压缩或者被扩撑膨胀，铆接被连接工件；所述头部(11)沿轴向开设有收集钻屑的盲孔(111)。
2.根据权利要求1所述的热熔钻铆铆钉，其特征在于：所述盲孔(111)的形状为锥形、圆柱形或者台阶形。
3.根据权利要求2所述的热熔钻铆铆钉，其特征在于：所述头部(11)设有切口(112)，所述切口(112)从所述头部(11)的底端向上开口，且与所述盲孔(111)连通。
4.根据权利要求3所述的热熔钻铆铆钉，其特征在于：所述切口(112)的端部通过第一斜面过渡到所述盲孔(111)。
5.根据权利要求1所述的热熔钻铆铆钉，其特征在于：所述芯杆头部(11)的形状为锥状体。
6.根据权利要求1所述的热熔钻铆铆钉，其特征在于：所述芯杆(1)的尾部(12)的横截面呈多边形或者为带有防滑齿的圆形，所述芯杆(1)上靠近中部的位置设有断点环槽(13)。
7.根据权利要求1或6所述的热熔钻铆铆钉，其特征在于：所述芯杆的头部(11)通过台阶过渡到芯杆本体上。
8.根据权利要求7所述的热熔钻铆铆钉，其特征在于：所述帽管(22)的外壁上设有一个或沿轴向设有多个压槽(23)。
9.根据权利要求1或6所述的热熔钻铆铆钉，其特征在于：所述芯杆的头部(11)通过第二斜面(114)过渡到芯杆本体上。
10.一种热熔钻铆连接方法，利用权利要求1至9中任一项所述的热熔钻铆铆钉，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将芯杆(1)的尾部(12)连接在铆接设备的驱动电机的套筒或夹爪上，将所有的被连接工件(3)上下叠放在一起，并用力压紧；
S2、启动铆接设备，使铆钉高速旋转，移动铆接设备，使铆钉旋转摩擦穿过被连接工件(3)，钻孔时产生的钻屑进入所述盲孔(111)内；
S3、停止旋转铆钉，向上拉动芯杆(1)，芯杆(1)的头部进入帽管(22)，使帽管(22)被扩撑膨胀，被连接工件(3)被压紧固定在帽头(21)与芯杆(1)的头部之间，形成双支承结构，防止被连接工件(3)摆动；
S4、从断点环槽(13)处切断芯杆(1)，形成最终的铆接接头。
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