CN109482718B - 开孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开孔方法，该方法包括如下步骤：定位步骤，在待开孔件上确定待开设的安装孔的位置；放置步骤，在对应于开孔位置处，将设置有凹槽的第一模具放置于待开孔件的下方，凹槽与开孔位置相对应，并且，凹槽的形状与安装孔的形状相匹配；成形步骤，对待开孔件的开孔位置处施加液压力以使待开孔件向凹槽处凹陷，并对待开孔件的侧部施加外力以对待开孔件进行补料，直至待开孔件凹陷部位的形状与凹槽的形状相匹配，从而待开孔件的凹陷部位形成具有预设壁厚的凹槽孔；攻丝步骤，在凹槽孔的内壁攻螺纹以形成安装孔。本发明中凹槽孔是通过待开孔件塑性变形形成，有效地保证了位置精度和尺寸精度，安装扭矩大，承载能力强，减少了重量和成本。

Description

开孔方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体而言，涉及一种开孔方法。

背景技术

随着国家节能减排的法律法规要求日益严苛，新能源汽车，尤其是纯电动新能源汽车，因其无燃油排放物的优势而成为主机厂优选的下一代重点开发方向。现阶段，续航里程是困扰客户选择新能源汽车的主要影响因素之一，其主要由电池总能量与整车重量决定。受限于现有电池技术，提升电池包的能量密度将降低整车安全性，主机厂只能在限定电池包能量密度(法规≤120KWh/L)的前提下通过增加电池包的数量来以提高续航里程，而续航里程与整车重量呈负相关关系。实践表明，新能源整车重量降低10％，续航里程将增加3％～4％。因此，整车轻量化成为主机厂必须面对的难题，尤其是白车身轻量化成为整车轻量化的核心。

白车身轻量化的核心在于通过优化的结构设计与(或)轻质材料的组合，在保证白车身结构刚度/强度的前提下降低重量。铝合金钣金因其设计自由度高，生产效率高，生产成本低广泛应用于主机厂的车身设计中，较低的生产制造成本成为新能源汽车白车身设计的优选结构及材料。然而，连接工艺是目前困扰铝合金广泛应用的难题。

一般而言，铝合金钣金件之间的连接包括：热连接和冷连接。其中，热连接即为焊接，因铝合金钣金的导热率高于钢，焊接后易发生变形，焊缝开裂等缺陷，导致白车身尺寸合格率较低，需要进行大量的返修工作，造成人力物力浪费。冷连接即螺接、胶铆连接，胶铆连接需要对生产线进行大范围更改，需要较大的一次性投资；螺接，即通过螺栓与螺母配接形式，这种方式通常有两种实施方案。其中一种是在钣金上开孔后焊接套筒，在套筒上攻螺纹或预制钢丝螺套，由于钣金与套筒属于薄铝合金与厚铝合金焊接，受导热快慢的影响，钣金易发生较大变形，无法保证套筒位置精度，安装其他零件时螺栓易与套筒干涉；另一种是在钣金表面预制孔并通过专用工具拉铆螺母，需要对生产线需要大范围修改。综上，上述的连接方式均不能有效保证汽车铝合金钣金件之间的稳定连接，并且，容易增加车身的重量和成本。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种开孔方法，旨在解决现有技术无法有效地保证汽车铝合金钣金件之间稳定连接且增加了重量和成本的问题。

本发明提出了一种开孔方法，该方法包括如下步骤：定位步骤，在待开孔件上确定待开设的安装孔的位置；放置步骤，在对应于开孔位置处，将设置有凹槽的第一模具放置于待开孔件的下方，凹槽与开孔位置相对应，并且，凹槽的形状与安装孔的形状相匹配；成形步骤，对待开孔件的开孔位置处施加液压力以使待开孔件向凹槽处凹陷，并对待开孔件的侧部施加外力以对待开孔件进行补料，直至待开孔件凹陷部位的形状与凹槽的形状相匹配，从而待开孔件的凹陷部位形成具有预设壁厚的凹槽孔；攻丝步骤，在凹槽孔的内壁攻螺纹以形成安装孔。

进一步地，上述开孔方法中，成形步骤进一步包括：预成形子步骤，对待开孔件的开孔位置处施加第一预设液压力，以使待开孔件向凹槽处凹陷；施压子步骤，在达到第一预设时间后，对待开孔件的凹陷部位施加第二预设液压力，并对待开孔件相对的两侧同时施加具有第一预设压力的外力，以使待开孔件的凹陷部位具有预设壁厚；成形子步骤，在达到第二预设时间后，停止对待开孔件相对的两侧施加外力，并对待开孔件的凹陷部位施加第三预设液压力，在达到第三预设时间后卸载第三预设液压力，待开孔件凹陷至凹槽内的部分形成凹槽孔。

进一步地，上述开孔方法中，放置步骤进一步包括：在对应于开孔位置处，将开设有通孔的第二模具放置于待开孔件的上方，通孔与开孔位置相对应。

进一步地，上述开孔方法中，通孔的孔径与凹槽孔的孔径相匹配。

进一步地，上述开孔方法中，放置步骤中，在第二模具与待开孔件之间放置压边圈，压边圈与通孔和开孔位置均对应。

进一步地，上述开孔方法中，预成形子步骤中，设定压边圈的压力，以使得待开孔件以第一预设速率进行面向补料。

进一步地，上述开孔方法中，施压子步骤中，第一预设压力应使得待开孔件以第二预设速率进行面向补料。

进一步地，上述开孔方法中，成形步骤中，第一预设液压力、第二预设液压力和第三预设液压力，以及第一预设时间、第二预设时间和第三预设时间，均是根据安装孔的孔径和孔高比来确定的。

进一步地，上述开孔方法中，成形步骤中，通过液体介质对待开孔件的开孔位置处施压液压力。

进一步地，上述开孔方法中，攻丝步骤进一步包括：将钢丝螺套放置于安装孔内且与安装孔内壁的螺纹相螺接。

本发明中，通过液压力作用于待开孔件的开孔位置，使得待开孔件向第一模具的凹槽处凹陷从而形成凹槽孔，该凹槽孔是通过待开孔件在液压力作用下发生塑性变形形成的，无需如现有技术中焊接套筒从而避免了焊接导致的热变形，有效地保证了凹槽孔的位置精度，并且，也无需如现有技术中拉铆螺母从而避免了对生产线的大范围更改，也无需使用专用设备，简单方便，便于操作，在凹槽孔内攻螺纹形成安装孔，安装孔的尺寸精度高，安装扭矩大，承载能力强，提高了待开孔件与待连接件连接处的耐疲劳强度，还大大减少了重量和成本，降低了制造难度，解决了现有技术无法有效地保证汽车金属件之间稳定连接且增加了重量和成本的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的开孔方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的开孔方法中，待开孔件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的开孔方法中，成形步骤的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1，图1为本发明实施例提供的开孔方法的流程图。开孔方法包括如下步骤：

定位步骤S1，在待开孔件上确定待开设的安装孔的位置。

具体地，汽车中有的连接件进行连接时是通过螺栓进行连接的。因此，将其中一个连接件记作待开孔件，另一个连接件记作待连接件。参见图2，在待开孔件1上设置有供与螺栓相螺接的螺纹孔，该螺纹孔记为安装孔11，这样螺栓穿设于待连接件且置于待开孔件1上的安装孔11内，螺栓与安装孔11相螺接，以实现待开孔件1与待连接件之间的连接。因此，安装孔11开设于待开孔件1上，为了确保螺栓与安装孔11之间稳定地螺接，需确定安装孔11的孔径，并在待开孔件1上确定安装孔11的位置。

具体实施时，待开孔件1的材质可以为铝合金钣金等，以减轻梁的重量，实现轻量化。当然，待开孔件1也可以为其他材质，本实施例对此不作任何限制。

放置步骤S2，在对应于开孔位置处，将设置有凹槽的第一模具放置于待开孔件的下方，凹槽与开孔位置相对应，并且，凹槽的形状与安装孔的形状相匹配。

具体地，第一模具可以为一个连接板，连接板具有预设厚度，连接板上设置有向内部凹陷的凹槽。第一模具也可以为连接板的中间部位向下弯折呈U型，该U型形成了凹槽。当然，第一模具也可以为其他的结构，本实施例对此不作任何限制。其中，凹槽的形状与待开设的安装孔11的形状相同，凹槽的尺寸与待开设的安装孔11的尺寸也相同，并且，第一模具放置的位置应使得凹槽与待开孔位置相对应。

成形步骤S3，对待开孔件的开孔位置处施加液压力以使待开孔件向凹槽处凹陷，并对待开孔件的侧部施加外力以对待开孔件进行补料，直至待开孔件凹陷部位的形状与凹槽的形状相匹配，从而待开孔件的凹陷部位形成具有预设壁厚的凹槽孔。

具体地，参见图2，通过液体介质对待开孔件1的开孔位置处施加液压力F1，也就是说，液体介质对待开孔件1施压液压力F1，该液压力F1是通过控制液体介质的压力来实现的。其中，液体介质可以为油液、水等，本实施例对此不作任何限制。具体实施时，液体介质施加液压力的方式可以有很多种，下面仅仅介绍其中一种：可以在待开孔件1的开孔位置的上方放置一连接管，连接管内流通液体介质，连接管的一端与开孔位置相对应，另一端与水泵相连接，水泵调节输送至连接管内液体介质的压力，进而使得液体介质对待开孔件1产生不同的液压力。当然，也可以在连接管上设置调节阀，通过调节阀来调节液体介质的液压力。

在施加液压力的过程中，待开孔件1在液压力F1的作用下向第一模具的凹槽处凹陷，则待开孔件1发生塑性变形，待开孔件1在变形过程中壁厚会变薄，这样容易导致待开孔件1的稳定性降低并且使得后续形成的安装孔11易损坏，因此，对待开孔件1相对的两侧同时施加外力F2，即该外力F2作用于待开孔件1的径向，该外力F2使得待开孔件1进行面向补料，从而使得待开孔件1的壁厚得到补偿，即凹槽孔具有预设壁厚。持续对待开孔件1施加液压力F1和外力F2，直至待开孔件1向凹槽处凹陷部位的形状与凹槽的形状相匹配，停止施加液压力F1和外力F2，这时，待开孔件1凹陷部位形成了凹槽孔。

攻丝步骤S4，在凹槽孔的内壁攻螺纹以形成安装孔。

具体地，采用攻丝工具在凹槽孔的内壁攻丝。与待开孔件1相连接的待连接件开设有穿设孔，螺栓穿设于该穿设孔且置于该安装孔11内，螺栓与该安装孔11内的螺纹相螺接。具体实施时，安装孔的高度可以根据实际情况来确定。

优选的，该攻丝步骤S4进一步包括：

将钢丝螺套放置于安装孔内且与安装孔内壁的螺纹相螺接。

具体地，把钢丝螺套放置于安装孔11内，钢丝螺套的外壁与安装孔11的内壁的螺纹相螺接，以使钢丝螺套与安装孔11的内壁相固定。螺栓穿设于待连接件上的穿设孔且置于钢丝螺套内，螺栓与钢丝螺套的内壁相螺接，以使待开孔件1与待连接件稳定连接。具体实施时，钢丝螺套的尺寸与凹槽孔的尺寸相匹配，例如，M6/M8/M10钢丝螺套，与之相匹配的凹槽孔为Φ6/Φ8/Φ10。

可以看出，本实施例中，通过液压力作用于待开孔件1的开孔位置，使得待开孔件1向第一模具的凹槽处凹陷从而形成凹槽孔，该凹槽孔是通过待开孔件1在液压力作用下发生塑性变形形成的，无需如现有技术中焊接套筒从而避免了焊接导致的热变形，有效地保证了凹槽孔的位置精度，并且，也无需如现有技术中拉铆螺母从而避免了对生产线的大范围更改，也无需使用专用设备，简单方便，便于操作，在凹槽孔内攻螺纹形成安装孔11，安装孔11的尺寸精度高，安装扭矩大，承载能力强，提高了待开孔件1与待连接件连接处的耐疲劳强度，还大大减少了重量和成本，降低了制造难度，解决了现有技术无法有效地保证汽车金属件之间稳定连接且增加了重量和成本的问题。

参见图2，图3为本发明实施例提供的开孔方法中成形步骤的流程图。上述实施例中，成形步骤S3进一步包括：

预成形子步骤S31，对待开孔件的开孔位置处施加第一预设液压力，以使待开孔件向凹槽处凹陷。

具体地，设定液体介质的压力，使其具有第一预设液压力，通过将具有第一预设液压力的液体介质作用于待开孔件1的开孔位置处，待开孔件1在液压力的作用下发生塑性变形，则待开孔件1对应于开孔位置处的部分向第一模具的凹槽处凹陷。

施压子步骤S32，在达到第一预设时间后，对待开孔件的凹陷部位施加第二预设液压力，并对待开孔件相对的两侧同时施加具有第一预设压力的外力，以使待开孔件的凹陷部位具有预设壁厚。

具体地，在具有第一预设液压力的液体介质的作用下加载至第一预设时间后，增大对待开孔件1的液压力，即第二预设液压力大于第一预设液压力。由于在预成形子步骤S31中待开孔件1已向下凹陷，所以继续对待开孔件1的凹陷部位施加第二预设液压力，使得待开孔件1的凹陷部位继续向凹槽内凹陷。在施加第二预设液压力的同时，对待开孔件1径向施加外力F2，以对待开孔件1进行面向补料，进而保证待开孔件1的凹陷部位具有预设壁厚，避免待开孔件1的凹陷部位的壁厚太薄而不满足使用要求。

成形子步骤S33，在达到第二预设时间后，停止对待开孔件相对的两侧施加外力，并对待开孔件的凹陷部位施加第三预设液压力，在达到第三预设时间后卸载第三预设液压力，待开孔件凹陷至凹槽内的部分形成凹槽孔。

具体地，在具有第二预设液压力的液体介质的作用下和具有第一预设压力的外力作用下加载至第二预设时间后，停止对待开孔件的两侧施加具有第一预设压力的外力F2，同时增大对待开孔件1的液压力，即第三预设液压力大于第二预设液压力，继续对待开孔件1的凹陷部位施加第三预设液压力，使得待开孔件1的凹陷部位继续向凹槽内凹陷。在第三预设液压力作用下，当加载至第三预设时间后卸载液压力F1，这时，待开孔件1的凹陷部位完全凹陷至凹槽内，凹陷部位的形状和尺寸均与凹槽的形状和尺寸相同，则待开孔件1的凹陷部分形成了凹槽孔。

需要说明的是，达到第三预设时间时待开孔件1的凹陷部位正好完全凹陷至凹槽内，凹陷部位的形状与凹槽的形状相同，则，具体实施时，第三预设时间可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。

第一预设液压力、第二预设液压力和第三预设液压力，以及第一预设时间、第二预设时间和第三预设时间，均是根据安装孔的孔径和孔高比来确定的。在本实施例中，第一预设液压力为30MPa～60MPa，第二预设液压力为80MPa，第三预设液压力为100MPa。第一预设时间为1min，第二预设时间为60s，第三预设时间为30s。卸载液压力F1后，凹槽孔的壁厚减薄率小于12％。

可以看出，本实施例中，通过对待开孔件1的开孔位置设定不同液压力，使得待开孔件1逐步凹陷至第一模具的凹槽内，有效地提高了待开孔件1的强度，保证了待开孔件1的稳定性，并且，待开孔件1两侧施加的外力能够对待开孔件1进行补料，避免在液压力作用下塑性变形导致的待开孔件1的壁厚太薄而无法正常使用，使得待开孔件1的壁厚均匀性好，有效地满足了安装孔11的壁厚稳定性及安装孔的断面不会发生破裂，避免连接处存在密封问题。

上述各实施例中，放置步骤S2进一步包括：

在对应于开孔位置处，将开设有通孔的第二模具放置于待开孔件的上方，通孔与开孔位置相对应。

具体地，第二模具上开设有通孔，该通孔与开孔位置相对应，则通孔的位置与第一模具的凹槽的位置相对应。具体实施时，第二模具可以为一个连接板，也可以为其他结构，本实施例对此不作任何限制。

使用时，将第一模具放置于待开孔件1的下方，第一模具的凹槽与待开孔件1的开孔位置相对应。再将第二模具放置于待开孔件1的上方，第二模具的通孔与待开孔件1的开孔位置相对应。液体介质通过第二模具的通孔作用于待开孔件1的开孔位置，则液体介质在第二模具之间形成稳定的膜层，摩擦μ值固定，并通过对待开孔件1的径向施加外力，有效地保证了待开孔件1以特定的速率进行补料。

优选的，通孔的孔径与凹槽孔的孔径相匹配。具体地，第一模具的凹槽应为圆柱状，相应的，凹槽孔也为圆柱状，则通孔的孔径和第一模具的凹槽的截面的孔径均与凹槽孔的截面的孔径相同，通孔的圆心和第一模具的凹槽的中心均与凹槽孔的中心位于同一竖向轴线。

优选的，放置步骤S2中，在第二模具与待开孔件之间放置压边圈，压边圈与通孔和开孔位置均对应。

具体地，压边圈置于第二模具的通孔与待开孔件1的开孔位置之间，压边圈的孔径与凹槽孔的截面的孔径相同。通孔的圆心、压边圈的圆心以及第一模具的凹槽的中心均与凹槽孔的中心位于同一竖向轴线。液体介质依次通过第二模具的通孔和压边圈作用于待开孔件1的开孔位置。

可以看出，本实施例中，通过第二模具和压边圈对输送的液体介质进行限定，保证作用于待开孔件1的液压力，使得待开孔件1稳定地向第一模具的凹槽处凹陷。

上述实施例中，预成形步子步骤S31中，设定压边圈的压力，以使得待开孔件以第一预设速率进行面向补料。

具体地，根据第一预设液压力，设定压边圈的压力，第一预设液压力作用于待开孔件1的开孔位置，由于第一预设液压力相对于第二预设液压力和第三预设液压力较小，则待开孔件1的塑性变形较小，这时，无需通过外力对待开孔件1进行补料，压边圈即可实现对待开孔件1的面向补料，以弥补待开孔件1塑性变形导致的壁厚变薄。

具体实施时，第一预设速率可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。在本实施例中，第一预设速率可以为1.5mm/min。

可以看出，本实施例中，设定压边圈的压力，通过压边圈对待开孔件1的塑性变形导致的壁厚变薄进行补料，保证了待开孔件1的壁厚，进而保证了最终的安装孔11的壁厚，使得安装孔11的壁厚均匀性好，有效地满足了安装孔11的壁厚稳定性及安装孔11的断面不会发生破裂。

上述实施例中，施压子步骤S32中，第一预设压力应使得待开孔件以第二预设速率进行面向补料。

具体地，在成形子步骤S33中，第一预设压力应仍使得待开孔件1以第二预设速率进行面向补料。具体实施时，第二预设速率可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。在本实施例中，第二预设速率可以为3mm/min。

可以看出，本实施例中，通过第一预设压力的外力作用于待开孔件1径向，从而保证了待开孔件1的补料速率，进而确保了待开孔件1的壁厚，有效地满足了安装孔11的壁厚稳定性，避免了安装孔11的断面发生破裂。

综上所述，本实施例中，凹槽孔是通过待开孔件1在液压力作用下发生塑性变形形成的，无需如现有技术中焊接套筒从而避免了焊接导致的热变形，有效地保证了凹槽孔的位置精度，并且，也无需如现有技术中拉铆螺母从而避免了对生产线的大范围更改，也无需使用专用设备，简单方便，便于操作，在凹槽孔内攻螺纹形成安装孔11，安装孔11的尺寸精度高，安装扭矩大，承载能力强，提高了待开孔件1与待连接件连接处的耐疲劳强度，还大大减少了重量和成本，降低了制造难度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种开孔方法，其特征在于，包括如下步骤：

定位步骤，在待开孔件上确定待开设的安装孔的位置；

放置步骤，在对应于所述开孔位置处，将设置有凹槽的第一模具放置于所述待开孔件的下方，所述凹槽与所述开孔位置相对应，并且，所述凹槽的形状与所述安装孔的形状相匹配；

成形步骤，对所述待开孔件的所述开孔位置处施加液压力以使所述待开孔件向所述凹槽处凹陷，并对所述待开孔件的侧部施加外力以对所述待开孔件进行补料，直至所述待开孔件凹陷部位的形状与所述凹槽的形状相匹配，从而所述待开孔件的凹陷部位形成具有预设壁厚的凹槽孔；

攻丝步骤，在所述凹槽孔的内壁攻螺纹以形成所述安装孔；

所述放置步骤进一步包括：在对应于所述开孔位置处，将开设有通孔的第二模具放置于所述待开孔件的上方，所述通孔与所述开孔位置相对应；在所述第二模具与所述待开孔件之间放置压边圈，所述压边圈与所述通孔和所述开孔位置均对应；所述压边圈对所述待开孔件的塑性变形导致的壁厚变薄进行补料；

所述成形步骤进一步包括：

预成形子步骤，对所述待开孔件的所述开孔位置处施加第一预设液压力，以使所述待开孔件向所述凹槽处凹陷；

施压子步骤，在达到第一预设时间后，对所述待开孔件的凹陷部位施加第二预设液压力，并对所述待开孔件相对的两侧同时施加具有第一预设压力的外力，所述外力作用于所述待开孔件的径向，以使得所述待开孔件进行面向补料，进而使得所述待开孔件的凹陷部位具有所述预设壁厚；

成形子步骤，在达到第二预设时间后，停止对所述待开孔件相对的两侧施加所述外力，并对所述待开孔件的凹陷部位施加第三预设液压力，在达到第三预设时间后卸载所述第三预设液压力，所述待开孔件凹陷至所述凹槽内的部分形成所述凹槽孔；

所述预成形子步骤中，设定所述压边圈的压力，以使得所述待开孔件以第一预设速率进行面向补料；

所述施压子步骤中，所述第一预设压力应使得所述待开孔件以第二预设速率进行面向补料；

所述液压力通过所述第二模具的通孔作用于所述待开孔件的开孔位置，以在所述第二模具处形成稳定的膜层，并通过所述具有第一预设压力的外力对所述待开孔件的径向施力，进而对所述待开孔件进行面向补料；

所述第二预设液压力大于所述第一预设液压力，所述第三预设液压力大于所述第二预设液压力；在施加所述第一预设液压力，所述压边圈用于对所述待开孔件面向补料，以弥补所述待开孔件塑性变形导致的壁厚变薄。

2.根据权利要求1所述的开孔方法，其特征在于，所述通孔的孔径与所述凹槽孔的孔径相匹配。

3.根据权利要求1所述的开孔方法，其特征在于，所述成形步骤中，

所述第一预设液压力、所述第二预设液压力和所述第三预设液压力，以及所述第一预设时间、所述第二预设时间和所述第三预设时间，均是根据所述安装孔的孔径和孔高比来确定的。

4.根据权利要求1所述的开孔方法，其特征在于，所述成形步骤中，

通过液体介质对所述待开孔件的所述开孔位置处施压液压力。

5.根据权利要求1所述的开孔方法，其特征在于，所述攻丝步骤进一步包括：

将钢丝螺套放置于所述安装孔内且与所述安装孔内壁的螺纹相螺接。

Images