CN110976672A - 一种利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法及装置，属于材料连接技术领域。将板材预先翻边与管材缩孔相结合，利用板材翻边部分发生塑性变形，实现板材与管材端部的塑性连接。该方法操作简单，能够采用现有的设备进行对应装置的构建，对动力源要求低，步骤简单，适合大批量生产，由模具保证成形精度，重复性高，生产效率高，且不污染环境。采用塑性变形的方式，使得整个连接过程无有害物质产生，对环境友好。实现该方法方法的装置，结构简单，设计合理，安装便捷，与常规设备兼容性好。

Description

一种利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法及装置
技术领域
本发明属于材料连接技术领域，具体涉及一种利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法及装置。
背景技术
管材板材连接在汽车、建筑等工程领域应用广泛，传统的连接方法主要焊接、胶粘、机械紧固或铆接等方式。但是，上述连接方式均有待优化：在管材端部与板材进行焊接，易产生有害气体，污染环境，且存在焊缝缺陷影响使用强度的问题；采用胶接的方法只适用于连接强度低的使用场合，但对于连接强度要求较高的场合，不能满足使用需求。机械紧固采用螺栓或铆钉连接，需提前预制多个孔，在振动环境下使用，易出现螺栓脱落，连接失效的问题。因此，有必要寻求一种新的高效、稳定的实现金属板材与管材连接的方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法及装置，该方法模具结构简单，对动力源要求低，步骤简单，适合大批量生产，由模具保证成形精度，重复性高，生产效率高，且不污染环境。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，包括板材翻边、管材缩口和板材与管材连接三道工序：
板材翻边：在板材上的拟连接部位预制圆孔，固定板材，在圆孔处进行翻边形成圆环状凸缘；
管材缩口：固定管材，在管材拟连接的一端进行缩口，缩口端的口径大于板材凸缘的外径；
板材与管材连接：将管材的缩口端套在板材的凸缘外侧，固定板材和管材，对板材的凸缘端部施加压力，使凸缘发生塑性失稳产生折叠皱纹并与管材缩口处紧密连接，完成板材与管材的连接。
优选地，在对板材的凸缘端部施加压力前，对板材的凸缘部位进行电磁感应加热。
进一步优选地，电磁感应加热的范围为在凸缘轴线长度方向上距离凸缘端部30％～60％凸缘轴线长度的区域。
优选地，缩口端的口径为板材凸缘的外径的105％～120％。
本发明公开了一种实现上述利用板材塑性变形实现板材与管材连接方法的装置，包括板材翻边装置、管材缩口装置和板材与管材连接装置；
板材翻边装置，包括翻边凸模、压边圈和翻边凹模；压边圈和翻边凹模协同配合，用于板材的固定；翻边凸模用于板材的翻边；
管材缩口装置，包括缩口凹模、挡块和缩口凸模；缩口凹模和缩口凸模对应设置，用于管材的缩口；挡块与缩口凹模连接，挡块用于控制缩口端的口径；
板材与管材连接装置，包括固定上模、固定下模和连接凸模；固定上模和固定下模协同配合，用于板材和管材的固定；连接凸模用于对板材的凸缘端部施加压力。
优选地，挡块与缩口凹模通过连接件可拆卸的连接。
优选地，翻边凸模和连接凸模的端部为球面或锥形面。
优选地，缩口凹模的底部为圆角。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，将板材预先翻边与管材缩孔相结合，利用板材翻边部分发生塑性变形，实现板材与管材端部的塑性连接。管材缩口部分被夹持在板材凸缘的折叠部分，形成锁扣结构，连接结构的径向和轴向位移均被很好的限制，同时抗拉强度和抗剪强度也能够维持在较高的水平。该方法操作简单，能够采用现有的设备进行对应装置的构建，对动力源要求低，步骤简单，适合大批量生产，由模具保证成形精度，重复性高，生产效率高，且不污染环境。采用塑性变形的方式，使得整个连接过程无有害物质产生，对环境友好。
进一步地，在对板材的凸缘端部施加压力前，对板材的凸缘部位进行电磁感应加热，能够使板材翻边部分局部塑性软化，降低变形抗力，在端部力作用下实现精确省力的塑性失稳。尤其是对塑性较差的金属，如部分铝合金、镁合金，改善塑性变形的条件。
更进一步地，电磁感应加热的范围为电磁感应加热的范围为在凸缘轴线长度方向上距离凸缘端部30％～60％凸缘轴线长度的区域，在该位置的板材凸缘中部进行局部加热，此区域塑性软化，而凸缘端部和根部仍具有较高的强度，在连接凸模力的作用下，加热区域发生塑性失稳，可以降低成形力，降低破裂的产生风险。
进一步地，缩口端的口径为板材凸缘的外径的105％～120％，若二者间隙过小，会导致连接前装配困难或连接时缩口端划伤凸缘根部，导致后者破裂的风险；若二者间隙过大，连接后存在较大空隙，连接强度降低。
本发明公开的实现上述利用板材塑性变形实现板材与管材连接方法的装置，结构简单，设计合理，安装便捷，与常规设备兼容性好。
进一步地，挡块与缩口凹模通过连接件可拆卸的连接，能够根据最终连接部分长度，更换不同直径的挡块，调节缩口后的管材直径，满足不同连接结构和强度的需求。
进一步地，翻边凸模和连接凸模的端部为球面或锥形面，极限翻边系数较小，更容易使孔口部产生塑性变形，避免损伤。
进一步地，缩口凹模的底部为圆角，能够对缩口时的管材端部起到圆滑导向作用，提高缩口效率，避免损伤。
附图说明
图1为板材圆孔翻边前的示意图；
图2为板材圆孔翻边后的示意图；
图3为管材端部缩口前的示意图；
图4为管材端部缩口后的示意图；
图5为板材和管材塑性连接前的示意图；
图6为板材和管材塑性连接后的示意图；
图7为最终获得的板材和管材连接件的结构示意图。
图中：1为翻边凸模，2为压边圈，3为板坯，4为翻边凹模，5为缩口凹模，6为连接件，7为挡块，8为管坯，9为缩口凸模，10为固定上模，11为固定下模，12为连接凸模。
具体实施方式
本发明的一种利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，包括板材翻边、管材缩口和板材与管材连接三道工序：
板材翻边：在板材上的拟连接部位预制圆孔，固定板材，在圆孔处进行翻边形成圆环状凸缘；
管材缩口：固定管材，在管材拟连接的一端进行缩口，缩口端的口径大于板材凸缘的外径，缩口端的口径一般为板材凸缘的外径的105％～120％。
板材与管材连接：将管材的缩口端套在板材的凸缘外侧，固定板材和管材，当板材为塑性较差的金属，如部分铝合金、镁合金时，对板材的凸缘部位进行电磁感应加热，电磁感应加热的范围为电磁感应加热的范围为在凸缘轴线长度方向上距离凸缘端部30％～60％凸缘轴线长度的区域，即图5中距离凸缘端部30％～60％L的中部区域；然后对板材的凸缘端部施加压力，使凸缘发生塑性失稳产生折叠皱纹并与管材缩口处紧密连接，完成板材与管材的连接。
下面结合附图和一个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。
根据本发明的一种利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法构建一套装置，具体包括板材翻边装置、管材缩口装置和板材与管材连接装置。如图1、图2，板材翻边装置包括翻边凸模1，压边圈2和翻边凹模4，板坯3放置于压边圈2和翻边凹模4中间，翻边凸模1位于压边圈2内部，翻边凸模1底部与板坯3上表面接触。
如图3、图4，管材缩口装置包括缩口凹模5，连接件6，挡块7和缩口凸模9，连接件6采用螺钉，缩口凹模5和挡块7通过螺钉紧固连接，优选地，缩口凹模5的底部为圆角；缩口凸模9和缩口凹模5对应放置，管坯8上部外壁与缩口凹模5内壁接触，管坯8下部外壁与缩口凸模9内壁接触。
如图5、图6，板材与管材连接装置包括固定上模10，固定下模11和连接凸模12。板坯3放置于固定上模10和固定下模11中间，管坯8置于固定下模11和板坯3构成的内腔中，连接凸模12位于管坯8内部，其上部与板坯3翻边部分接触，其下部与管坯8内壁接触。
优选地，翻边凸模1和连接凸模12的端部为球面或锥形面。
采用该装置进行连接时，包括以下步骤：
1)将已预制圆孔D1的板坯3置于压边圈2和翻边凹模4中间，并对压边圈2施加力F1，对翻边凸模1施加速度V1，直至完成翻边；
2)将管坯8置于缩口凸模9和缩口凹模5内部，对缩口凹模5施加力F2的同时，对缩口凸模9施加速度V2，对管坯8端部进行缩口，至内径为D2；
3)将翻边后的板坯3与缩口后的管坯8置于塑性连接模具中，分别对固定上模10和固定下模11施加作用力F3和F4，使管坯8和板坯3在连接过程中保持不变，对连接凸模12施加向上的速度V3，使板坯3翻边部分L区域发生塑性失稳；
4)连接凸模12继续以速度V3向上运动，将L区域皱纹压至折叠，并紧密连接在一起；
5)从连接凸模12上取出固定上模10，从管坯8外部取出固定下模，从连接凸模12上取出板坯3与管坯8的连接件，如图7所示，完成一个连接过程。
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)

1.一种利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，其特征在于，包括板材翻边、管材缩口和板材与管材连接三道工序：
板材翻边：在板材上的拟连接部位预制圆孔，固定板材，在圆孔处进行翻边形成圆环状凸缘；
管材缩口：固定管材，在管材拟连接的一端进行缩口，缩口端的口径大于板材凸缘的外径；
板材与管材连接：将管材的缩口端套在板材的凸缘外侧，固定板材和管材，对板材的凸缘端部施加压力，使凸缘发生塑性失稳产生折叠皱纹并与管材缩口处紧密连接，完成板材与管材的连接。
2.根据权利要求1所述的利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，其特征在于，在对板材的凸缘端部施加压力前，对板材的凸缘部位进行电磁感应加热。
3.根据权利要求2所述的利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，其特征在于，电磁感应加热的范围为在凸缘轴线长度方向上距离凸缘端部30％～60％凸缘轴线长度的区域。
4.根据权利要求1所述的利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，其特征在于，缩口端的口径为板材凸缘的外径的105％～120％。
5.一种实现权利要求1～4任意一项所述利用板材塑性变形实现板材与管材连接方法的装置，其特征在于，包括板材翻边装置、管材缩口装置和板材与管材连接装置；
板材翻边装置，包括翻边凸模(1)、压边圈(2)和翻边凹模(4)；压边圈(2)和翻边凹模(4)协同配合，用于板材的固定；翻边凸模(1)用于板材的翻边；
管材缩口装置，包括缩口凹模(5)、挡块(7)和缩口凸模(9)；缩口凹模(5)和缩口凸模(9)对应设置，用于管材的缩口；挡块(7)与缩口凹模(5)连接，挡块(7)用于控制缩口端的口径；
板材与管材连接装置，包括固定上模(10)、固定下模(11)和连接凸模(12)；固定上模(10)和固定下模(11)协同配合，用于板材和管材的固定；连接凸模(12)用于对板材的凸缘端部施加压力。
6.根据权利要求5所述的利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，其特征在于，挡块(7)与缩口凹模(5)通过连接件(6)可拆卸的连接。
7.根据权利要求5所述的利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，其特征在于，翻边凸模(1)和连接凸模(12)的端部为球面或锥形面。
8.根据权利要求5所述的利用板材塑性变形实现板材与管材连接的方法，其特征在于，缩口凹模(5)的底部为圆角。
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