CN110640071B - 一种双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，属于材料连接技术领域。采用在待连接的两个中厚板上预制带环形凹槽的孔，并将形状简单的连接柱放入，通过上、下冲头对连接柱两侧施加外力，使其发生塑性变形填充环形凹槽的方法，实现中厚板间的快速、高效铆接。根据体积不变定律，连接柱塑性形变后能够填充入上、下板料的环形凹槽中，没有明显的凸出高点，减少打磨工序，提高生产效率。所用装置零部件的结构简单，便于加工，与常规的设备兼容性好，对待铆接板材的预处理工艺简单、生产效率高，成本低；连接部位的表面光滑、无突出物，更加美观；而且，当连接柱发生塑性变形后，铆接部位抗拉强度和抗剪强度增加，连接更为稳固。
Description
技术领域
本发明属于材料连接技术领域，具体涉及一种双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法。
背景技术
中厚金属板通常指厚度为4mm～20mm的金属板材，中厚金属板在建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁建造等领域应用广泛。
目前，中厚金属板的连接通常为螺栓连接、压铆、拉铆等铆钉连接等常规方式，但存在表面存在凸起，影响美观，螺栓易松动，造成连接失效的问题。同时，在某些特定场合，要求铆接部位表面无凸起，表面光滑，使得传统铆接方法很难达到使用要求。
专利号为ZL201310185325.7的“双面无凸出物的两构件连接方法及双沉头拉铆钉”，公开了一种双面无凸出物的两构件连接方法，具有“抗剪切力和抗拉强度提高。密封性，防水性高。两被连件不变形、便于检查。”的优点。但是也存在双沉头拉铆钉结构复杂，制作困难，铆接步骤较为繁琐的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，操作简单，生产效率高，成本低；连接部位的表面光滑、无突出物，更加美观；铆接部位抗拉强度和抗剪强度增加，连接更为稳固。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，包括：
对于待铆接的壁厚为t1的上板料和壁厚为t2的下板料，在上板料待铆接部位加工直径为D的圆孔，在圆孔内壁上加工若干直径为D1、高度为h1的环形凹槽；在下板料待铆接部位加工直径为D的圆孔，在圆孔内壁上加工若干直径为D2、高度为h2的环形凹槽；
将上板料和下板料叠放在带有孔的下压板上，上板料和下板料上的圆孔同心对正形成型腔，将带有孔的上压板置于上板料上；对上压板施加向下的力，对下压板施加向上的力，将上板料和下板料压紧；
将体积等于该型腔体积的连接柱贯通插入上板料、下板料、上压板和下压板的圆孔中；
将上冲头下端面与连接柱的上端面对正接触，将下冲头上端面与连接柱的下端面对正接触；
使上冲头和下冲头以相等的速率分别向下、向上运动，对连接柱的上端面和下端面分别施加压力，连接柱产生塑性变形直至完全填充上板料圆孔内的环形凹槽和下板料圆孔内的环形凹槽；
移除上冲头、下冲头、上压板和下压板，打磨铆接部位，完成上板料和下板料的铆接。
优选地，上板料上圆孔内的环形凹槽与圆孔壁之间为半径为r1的圆角，
上板料上圆孔内的环形凹槽底部为半径为R1的圆角，
下板料上圆孔内的环形凹槽与圆孔壁之间为半径为r2的圆角，
下板料上圆孔内的环形凹槽底部为半径为R2的圆角，
优选地，
优选地，当上板料上圆孔内的环形凹槽或下板料上圆孔内的环形凹槽的数量为1时，环形凹槽关于板材厚度方向中心线对称；当上板料上圆孔内的环形凹槽或下板料上圆孔内的环形凹槽的数量大于1时，若干环形凹槽在其所在圆孔的轴向上均匀分布。
优选地，当上板料和下板料材质相同时，连接柱的材质与上板料和下板料的材质相同；当上板料和下板料材质不同时，连接柱的材质与上板料和下板料中塑性较好的材质相同。
优选地，连接柱贯通插入上板料、下板料、上压板和下压板的圆孔中之前，对连接柱进行加热。
优选地，上冲头和下冲头端部具有过渡圆角。
优选地，连接柱为圆柱体，连接柱的直径与圆孔的直径D间隙配合。
进一步优选地，上冲头和下冲头的直径与连接柱的直径相等。
优选地，连接柱贯通插入上板料和下板料的圆孔中时，连接柱凸出上板料的部分的体积与上板料圆孔内环形凹槽的体积相等，连接柱凸出下板料的部分的体积与下板料圆孔内环形凹槽的体积相等。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，采用在待连接的两个中厚板上预制带环形凹槽的孔，并将形状简单的连接柱放入，通过上、下冲头对连接柱两侧施加外力，使其发生塑性变形，根据体积不变定律，连接柱塑性形变后能够填充入上、下板料的环形凹槽中，实现中厚板间的快速、高效铆接。没有明显的凸出高点，减少打磨工序，提高生产效率。所用装置零部件的结构简单，便于加工，与常规的设备兼容性好，对待铆接板材的预处理工艺简单、生产效率高，成本低；连接部位的表面光滑、无突出物，更加美观；而且，当连接柱发生塑性变形后，铆接部位抗拉强度和抗剪强度增加，连接更为稳固。
进一步地，待铆接的板材圆孔内的环形凹槽与圆孔壁之间具有圆角，圆孔内的环形凹槽底部具有圆角，能够使塑性变形后的连接柱能够顺畅流动，不存在死角，增加连接部位的可靠性。
进一步地，各项参数的取值范围，是在本发明原理的基础上，结合铆接过程的特点、材质的特点和经验数值，优化得到的结果，能够更好地实现双面无凸出物的中厚金属板的高效、高质量铆接。
进一步地，当上板料上圆孔内的环形凹槽或下板料上圆孔内的环形凹槽的数量为1时，环形凹槽关于板材厚度方向中心线对称；当上板料上圆孔内的环形凹槽或下板料上圆孔内的环形凹槽的数量大于1时，若干环形凹槽在其所在圆孔的轴向上均匀分布。能够使塑性变形的连接柱与上板料、下板料的连接部位均匀、可靠。
进一步地，当上板料和下板料材质相同时，连接柱的材质与上板料和下板料的材质相同，同种材质的热膨胀系数等物理参数相同，避免膨胀系数不同造成的间隙。当上板料和下板料材质不同时，连接柱的材质与上板料和下板料中塑性较好的材质相同，在减小材料性能差异的同时，更好的塑性有利于填充环形凹槽，实现板料间的有效连接。
进一步地，连接柱贯通插入圆孔之前，对连接柱进行加热，可降低材料变形抗力，提高材料流动效果，使塑性形变后的连接柱能够更好填充型腔，提高连接的可靠度。
进一步地，上冲头和下冲头端部具有过渡圆角，可以使上冲头/下冲头更好的进入上压板/下压板，防止冲头折断或损坏设备。
进一步地，连接柱为圆柱体，圆柱体的外形使得加工简便，容易放入预制的圆孔中；连接柱的直径与圆孔的直径D间隙配合，一定的间隙能够使连接柱顺利进入圆孔。
更进一步地，上冲头和下冲头的直径与连接柱的直径相等，能够使连接柱的上端面和下端面均匀受压，避免当直径不相等时产生翻边，使连接柱不能很好地填充环形凹槽。
进一步地，连接柱凸出上板料的部分的体积与上板料圆孔内环形凹槽的体积相等，连接柱凸出下板料的部分的体积与下板料圆孔内环形凹槽的体积相等，根据体积不变定律，连接柱塑性形变后能够填充入上、下板料的环形凹槽中，凸出的高点低甚至没有，减少打磨工序，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的待铆接的板材预处理后上下叠放的结构主剖视图；
图2为本发明的连接柱安放后铆接前的整体结构主剖视图；
图3为本发明的操作中期连接柱部分变形进入环形凹槽时的整体结构主剖视图；
图4为本发明铆接完成时的整体结构主剖视图；
图5为本发明的一个铆接过程后得到的连接件的整体结构剖视图。
图中：1为上冲头，2为上压板，3为上板料，4为下板料，5为下压板，6 为下冲头，7为连接柱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明的双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，先对待铆接的上板料3 和下板料4进行预处理，如图1，在壁厚为t1的上板料3待铆接部位加工直径为D的圆孔，在圆孔内壁上加工若干直径为D1、高度为h1的环形凹槽；在壁厚为t2的下板料4待铆接部位加工直径为D的圆孔，在圆孔内壁上加工若干直径为D2、高度为h2的环形凹槽；当上板料3上圆孔内的环形凹槽或下板料4 上圆孔内的环形凹槽的数量为1时，环形凹槽关于板材厚度方向中心线对称；当上板料3上圆孔内的环形凹槽或下板料4上圆孔内的环形凹槽的数量大于1 时，若干环形凹槽在其所在圆孔的轴向上均匀分布。
其中，
优选地，上板料3上圆孔内的环形凹槽与圆孔壁之间为半径为r1的圆角，
上板料3上圆孔内的环形凹槽底部为半径为R1的圆角，
下板料4上圆孔内的环形凹槽与圆孔壁之间为半径为r2的圆角，
下板料4上圆孔内的环形凹槽底部为半径为R2的圆角，
将上板料3和下板料4叠放在下压板5上，上板料3和下板料4上的圆孔同心对正形成型腔，将上压板2置于上板料3上；对上压板2施加向下的力，对下压板5施加向上的力，将上板料3和下板料4压紧；
如图2，将体积等于该型腔体积的连接柱7贯通插入上板料3、下板料4、上压板2和下压板5的圆孔中，连接柱7为圆柱体，连接柱7的直径与圆孔的直径D间隙配合。当上板料3和下板料4材质相同时，连接柱7的材质与上板料3和下板料4的材质相同；当上板料3和下板料4材质不同时，连接柱7的材质与上板料3和下板料4中塑性较好者的材质相同。连接柱7贯通插入上板料3、下板料4、上压板2和下压板5的圆孔中之前，对连接柱7进行加热，特别是当连接柱7的材质为塑性较差的金属，如部分铝合金、镁合金时，加热可降低材料变形抗力，提高材料流动效果，使更好填充环形凹槽。
在连接柱7贯通插入上板料3、下板料4、上压板2和下压板5的圆孔中时，使连接柱7凸出上板料3的部分的体积与上板料圆孔内环形凹槽的体积相等，连接柱7凸出下板料的部分的体积与下板料圆孔内环形凹槽的体积相等。可以通过控制连接柱7凸出上板料3的部分的高度ΔH1和连接柱7凸出下板料的部分的ΔH2来实现，连接柱7的直径为D0，可通过以下算式近似得出：
在实际操作中，考虑圆角r1、r2、R1和R2的存在，以及连接柱7直径与圆孔的直径D间隙配合，连接柱7的体积略大于上板料3和下板料4压紧后圆孔所形成的型腔。
如图3、4，将直径与连接柱7的直径相等的上冲头1下端面与连接柱7 的上端面对正接触，将直径与连接柱7的直径相等的下冲头6上端面与连接柱7的下端面对正接触；优选地，上冲头1和下冲头6端部加工有过渡圆角。
使上冲头1和下冲头6以相等的速率V分别向下、向上运动，对连接柱7 的上端面和下端面分别施加压力F1，连接柱7产生塑性变形直至完全填充上板料3圆孔内的环形凹槽和下板料4圆孔内的环形凹槽。
动力源可以通过具有上、下顶出功能和压边功能的的压力机来实现，将上冲头1和下冲头6分别与压力机上、下顶出结构相连，下压板放置于压力机工作台上，通过夹具或顶紧装置对上压板2和下压板4施加压力，将上板料3、下板料4夹紧且固定。
移除上冲头1、下冲头6、上压板2和下压板5，打磨铆接部位，使连接部位粗糙度和平面度满足使用要求，完成上板料3和下板料4的铆接，如图5。
需要注意的是，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，其特征在于，包括：
对于待铆接的壁厚为t1的上板料(3)和壁厚为t2的下板料(4)，在上板料(3)待铆接部位加工直径为D的圆孔，在圆孔内壁上加工若干直径为D1、高度为h1的环形凹槽；在下板料(4)待铆接部位加工直径为D的圆孔，在圆孔内壁上加工若干直径为D2、高度为h2的环形凹槽；
将上板料(3)和下板料(4)叠放在带有孔的下压板(5)上，上板料(3)和下板料(4)上的圆孔同心对正形成型腔，将带有孔的上压板(2)置于上板料(3)上；对上压板(2)施加向下的力，对下压板(5)施加向上的力，将上板料(3)和下板料(4)压紧；
将体积等于该型腔体积的连接柱(7)贯通插入上板料(3)、下板料(4)、上压板(2)和下压板(5)的圆孔中,连接柱(7)凸出上板料(3)的部分的体积与上板料圆孔内环形凹槽的体积相等，连接柱(7)凸出下板料的部分的体积与下板料圆孔内环形凹槽的体积相等；
将上冲头(1)下端面与连接柱(7)的上端面对正接触，将下冲头(6)上端面与连接柱(7)的下端面对正接触；上冲头(1)和下冲头(6)的直径与连接柱(7)的直径相等；
使上冲头(1)和下冲头(6)以相等的速率分别向下、向上运动，对连接柱(7)的上端面和下端面分别施加压力，连接柱(7)产生塑性变形直至完全填充上板料(3)圆孔内的环形凹槽和下板料(4)圆孔内的环形凹槽；
移除上冲头(1)、下冲头(6)、上压板(2)和下压板(5)，打磨铆接部位，完成上板料(3)和下板料(4)的铆接。
2.根据权利要求1所述的双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，其特征在于，上板料(3)上圆孔内的环形凹槽与圆孔壁之间为半径为r1的圆角，
上板料(3)上圆孔内的环形凹槽底部为半径为R1的圆角，
下板料(4)上圆孔内的环形凹槽与圆孔壁之间为半径为r2的圆角，
下板料(4)上圆孔内的环形凹槽底部为半径为R2的圆角，
3.根据权利要求1所述的双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，其特征在于，当上板料(3)上圆孔内的环形凹槽或下板料(4)上圆孔内的环形凹槽的数量为1时，环形凹槽关于板材厚度方向中心线对称；当上板料(3)上圆孔内的环形凹槽或下板料(4)上圆孔内的环形凹槽的数量大于1时，若干环形凹槽在其所在圆孔的轴向上均匀分布。
5.根据权利要求1所述的双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，其特征在于，当上板料(3)和下板料(4)材质相同时，连接柱(7)的材质与上板料(3)和下板料(4)的材质相同；当上板料(3)和下板料(4)材质不同时，连接柱(7)的材质与上板料(3)和下板料(4)中塑性较好的材质相同。
6.根据权利要求1所述的双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，其特征在于，连接柱(7)贯通插入上板料(3)、下板料(4)、上压板(2)和下压板(5)的圆孔中之前，对连接柱(7)进行加热。
7.根据权利要求1所述的双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，其特征在于，上冲头(1)和下冲头(6)端部具有过渡圆角。
8.根据权利要求1所述的双面无凸出物的中厚金属板铆接的方法，其特征在于，连接柱(7)为圆柱体，连接柱(7)的直径与圆孔的直径D间隙配合。
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