CN111644502A - 电磁驱动的旋锁式板材连接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁驱动的旋锁式板材连接装置，包括：支撑框架、电磁驱动装置、电磁移动板、冲压头、导向板、底模和导向结构，所述支撑框架包括顶部支撑板、引导板和底部支撑板，所述顶部支撑板与引导板之间通过两个连接副固定连接，所述引导板与底部支撑板之间通过两根空心圆筒固定连接，所述电磁移动板设置在所述顶部支撑板与引导板之间；所述冲压头设置在所述电磁移动板下方，所述电磁驱动装置与导向结构配合令所述电磁移动板带动所述冲压头旋转下压，将板材旋压至所述底模的型腔中；本发明还提供了一种电磁驱动的旋锁式板材连接方法，能够通过电磁驱动板材旋压连接，连接精度、结构强度高，连接过程不需辅助材料，有效降低了连接成本。

Description

电磁驱动的旋锁式板材连接装置及方法

技术领域

本发明涉及板材连接技术领域，特别涉及一种电磁驱动的旋锁式板材连接装置及方法。

背景技术

随着轻量化汽车的普及，越来越多的轻质板材(如铝合金和镁合金等)被广泛应用在车身上。这些轻质材料不仅减少了车身的重量，还在一定程度上增加了车身的强度。近些年，这些轻质材料的连接成为了研究的热点。

传统的板材连接方法主要有焊接、胶接以及铆钉连接。焊接技术有很多的分支，比如电阻点焊、埋弧焊以及二氧化碳气体保护焊。焊接的连接技术主要是通过产生局部热量，融化金属，实现材料的相互流动，冷却形成焊接连接点。焊接技术对于操作员的技术要求比较高，焊接技术连接所需设备投入比较大，在连接的时候产生的污染比较严重，能量消耗较高。由于焊接是一种化学方式的连接，利用金属高温融化进行连接，在连接的过程中产生大量的二氧化碳废气，而且由于异种板材的熔点等化学性质不一样，焊接不适合连接异种金属。此外，焊接不能实现金属与塑料以及塑料与塑料的相互连接。

胶接技术能够实现各种材料的连接，胶接之前需要对连接板材的表面进行清洗，对板材的表面质量要求较高。胶接连接的连接点形成时间比较长，连接效率较低，而且胶接点对于温度的影响更为敏感。胶接点的稳定性比较差，抗冲击能力比较差，且易老化，使用寿命比较短。

铆钉连接技术可以实现较高的连接强度，但该方法需要额外的辅助材料-铆钉，且铆钉是消耗件，导致连接成本比较高。传统的打孔式铆接需要对板材进行提前打孔，多了一道工序，降低了生产效率。近些年新兴的冲铆连接采用中空式的铆钉，这种铆钉在连接过程中会刺穿上层板材，给板材造成损伤。此外，这种中空式铆钉一般和板材采用不同的材料，容易产生电化学腐蚀，降低连接质量。

发明内容

本发明提供了一种电磁驱动的旋锁式板材连接装置及方法，其目的是为了提供一种连接强度高且无需辅助连接材料的板材连接方式。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种电磁驱动的旋锁式板材连接装置，包括：

支撑框架、电磁驱动装置、电磁移动板、导向板、冲压头和底模；

所述支撑框架包括顶部支撑板、引导板和底部支撑板，所述引导板的中心开设有通孔，所述顶部支撑板与引导板之间通过对称设置的两个连接副固定连接，所述引导板与底部支撑板之间通过对称设置的两根空心圆筒固定连接，所述电磁移动板设置在所述顶部支撑板和引导板之间，所述电磁移动板的底部设置有一连接杆，所述连接杆穿设在所述引导板的通孔内，所述冲压头设置在所述连接杆的底部，所述底模与所述冲压头同轴设置，所述底模固定设置所述底部支撑板的中心，所述电磁驱动装置设置在所述电磁移动板和顶部支撑板上，所述电磁驱动装置用于驱动所述电磁移动板移动，所述底模上用于放置连接板材。

其中，所述电磁驱动装置包括驱动铜线和被动铜线，所述驱动铜线设置在所述顶部支撑板底部的凹槽内，所述被动铜线设置在所述电磁移动板的顶部，所述驱动铜线和被动铜线均连通电源。

其中，所述电磁移动板与引导板之间还设置有一橡胶块，所述橡胶块的中心开设有通孔，所述橡胶块与所述引导板同轴设置，所述连接杆通过所述橡胶块的通孔穿设在所述引导板的通孔内。

其中，还包括两个导向板，两个所述导向板对称设置在所述顶部支撑板和引导板两侧，每个所述导向板的上端和下端分别固定连接在所述顶部支撑板和引导板上，所述导向板上设置有导向装置，所述电磁移动板的两侧对称设置有导向连接杆，所述电磁移动板通过所述导向连接杆与所述导向装置连接。

其中，所述导向装置设置有一导向座，所述导向座为腰型边框结构，所述导向座固定设置在所述导向板上，所述导向座内设置有导向滑块和导向固定块，所述导向滑块和导向固定块之间通过弹簧连接，所述导向固定块固定在所述导向座的一端，所述导向滑块活动地设置在所述导向座内，所述导向滑块上开设有连接杆通孔，所述导向连接杆穿设在所述连接杆通孔内。

其中，两个所述导向板上的所述导向座与水平面呈预设角度倾斜设置。

其中，所述冲压头的顶面设置有安装凸起，所述连接杆的底部设置有安装凹槽，所述冲压头通过所述安装凸起与所述安装凹槽相互过盈配合紧密安装在所述连接杆的底部，所述冲压头的下端为圆柱体，在所述冲压头的圆柱体侧面均匀开设有多条螺旋凹槽。

其中，所述底模的中部设置有型腔，所述型腔的底面平整，所述型腔的侧壁上均匀且紧密的环绕设置有多个棘齿，所述棘齿的旋向方向与所述螺旋凹槽的设置方向相反。

本发明的实施例还提供了一种电磁驱动的旋锁式板材连接方法，包括：

步骤一：将需要连接的板材放置在冲压头与底模之间；

步骤二：启动电源，令驱动铜线与被动铜线产生相斥磁力，电磁移动板受磁力影响沿导向座轨道方向旋转并向下移动，旋转方向与棘齿旋向方向相反，此时弹簧和橡胶块受力压缩。

步骤三：冲压头受电磁移动板驱动向下旋转冲压，上层板材受压嵌入下层板材形成机械锁，同时旋转下压过程通过冲压头与底模凸起配合，在上层板材和下层板材上形成机械锁，同时随着冲压头逐渐向下旋转冲压，使得别连接板材间的材料交织在一起形成螺旋锁，下层板材与底模完全贴合，旋压完成。

步骤四：旋压完成后，将驱动铜线与被动铜线断电，磁力消失，电磁移动板在橡胶块和导向座内的弹簧作用下，沿着导向座的轨道旋转上抬至原位。电磁移动板复位，板材连接完成，可以开始下一轮板材连接。

其中，步骤三中，冲压头的螺旋凹槽与底模的凸起部分配合，令板材在旋转冲压过程中形成螺旋凸起。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

1.本发明采用电磁驱动，其冲压下降速度快，反应时间更短，相比于液压冲压更便于控制；

2.具有棘齿结构的底模与冲压头能够相互配合，形成对流挤压，有利于扩大机械锁结构；

3.本发明旋转冲压过程中，螺旋凹槽设置方向与底模棘齿旋向方向相反，冲压头旋压方向与棘齿旋向方向相反，两板材料能在旋压下相互交织形成螺旋锁结构，且连接紧密，从而提高连接强度；

4.本发明设置有橡胶块能够对旋压过程起到缓冲作用，同时橡胶块能够与弹簧配合完成冲压头的旋转复位，从而实现快捷的脱膜方式。

附图说明

图1为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接装置的结构示意图；

图2为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接装置的导向板结构图；

图3为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接装置的导向滑块及导向固定快示意图；

图4为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接装置的冲压头连接示意图；

图5为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接装置的冲压头示意图；

图6为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接装置的底模示意图；

图7为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接方法的简化流程图；

图8为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接点的剖面图；

图9为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接点的A-A剖面图；

图10为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接点的B-B剖面图；

图11为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接点的上层板材效果图；

图12为本发明的电磁驱动的旋锁式板材连接点的下层板材效果图。

【附图标记说明】

1-电磁移动板；1a-导向连接杆；1b-安装凹槽；2-冲压头；2a-安装凸起；2b-螺旋凹槽；3-底模；3a-型腔；3b-棘齿；4-顶部支撑板；5-引导板；6-底部支撑板；7-连接副；8-空心圆筒；9-连接杆；10-驱动铜线；11-被动铜线；12-橡胶块；13-导向板；13a-导向座；13b-导向滑块；13c-导向固定块；13d-弹簧；13e-连接杆通孔；14a-上层板材；14b-下层板材；14c-螺旋锁；14d-机械锁；14e-螺旋凸起。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有传统板材连接方式的连接强度受外界影响较大、部分连接方式需要额外辅助材料的问题，提供了一种电磁驱动的旋锁式板材连接装置和方法。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种电磁驱动的旋锁式板材连接装置，包括：支撑框架、电磁驱动装置、电磁移动板1、导向板13、冲压头2和底模3；所述支撑框架包括顶部支撑板4、引导板5和底部支撑板6，所述引导板5的中心开设有通孔，所述顶部支撑板4与引导板5之间通过对称设置的两个连接副7固定连接，所述引导板5与底部支撑板6之间通过对称设置的两根空心圆筒8固定连接，所述电磁移动板1设置在所述顶部支撑板4和引导板5之间，所述电磁移动板1的底部设置有一连接杆9，所述连接杆9穿设在所述引导板5的通孔内，所述冲压头2设置在所述连接杆9的底部，所述底模3与所述冲压头2同轴设置，所述底模3固定设置在所述底部支撑板6的中心，所述电磁驱动装置设置在所述电磁移动板1和顶部支撑板4上，所述电磁驱动装置用于驱动所述电磁移动板1移动，所述底模3上用于放置连接板材。

本发明上述实施例所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，所述空心圆筒8与引导板5与底部支撑板6之间通过螺钉固定连接，所述底模3通过螺钉固定设置在所述底部支撑板6的中心，当所述电磁驱动装置接通电源，所述电磁驱动装置会将所述电磁移动板1推动远离所述顶部支撑板4，由于所述连接杆9穿设在所述引导板5中，当所述电磁移动板1向下移动，所述冲压头2会随之下降，从而实现通过电磁驱动将所述冲压头2朝着所述底模3冲压。

其中，所述电磁驱动装置包括驱动铜线10和被动铜线11，所述驱动铜线10设置在所述顶部支撑板4的底部，所述被动铜线11设置在所述电磁移动板1的顶部，所述驱动铜线10和被动铜线11均连通电源。

本发明上述实施例所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，所述电磁移动板1的顶部开设有凹槽，所述被动铜线11设置在所述凹槽内，由于所述驱动铜线10设置在所述顶部支撑板4的顶部，当上下铜线均接通电源时，令二者产生相斥磁场，所述电磁移动板1会被向下推行。

其中，所述电磁移动板1与引导板5之间还设置有一橡胶块12，所述橡胶块12的中心开设有通孔，所述橡胶块12与所述引导板5同轴设置，所述连接杆9通过所述橡胶块12的通孔穿设在所述引导板5的通孔内。

本发明上述实施例所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，所述橡胶块12具备弹性，因此在所述电磁移动板1冲压过程中橡胶块12会被压缩产生弹力，为下压过程会提供缓冲，而当所述电磁移动板1失去向下动力，所述橡胶块12会回弹将所述电磁移动板1抬升。

如图1和图2所示，还包括两个导向板13，两个所述导向板13对称设置在所述顶部支撑板4和引导板5两侧，每个所述导向板13的上端和下端分别固定连接在所述顶部支撑板4和引导板5上，所述导向板13上设置有导向装置，所述电磁移动板1的两侧对称设置有导向连接杆1a，所述电磁移动板1通过所述导向连接杆1a与所述导向装置连接。

如图2和图3所示，所述导向装置设置有一导向座13a，所述导向座13a为腰型边框结构，所述导向座13a固定设置在所述导向板13上，所述导向座13a内设置有导向滑块13b和导向固定块13c，所述导向滑块13b和导向固定块13c之间通过弹簧13d连接，所述导向固定块13c固定在所述导向座13a的一端，所述导向滑块13b活动地设置在所述导向座13a内，所述导向滑块13b上开设有连接杆通孔13e，所述导向连接杆1a穿设在所述连接杆通孔13e内。

其中，两个所述导向板13上的所述导向座13a与水平面呈预设角度倾斜设置。

本发明上述实施例所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，所述导向板13对称设置在所述顶部支撑板4和引导板5两侧，所述导向板13与顶部支撑板4和引导板5的通过连接副7固定安装。所述导向板13上设置有导向装置导导向座13a，所述电磁移动板1的两侧对称设置有导向连接杆1a，所述电磁移动板1通过所述导向连接杆1a与所述导向装置连接。当所述电磁移动板1下降时，所述导向连接杆1a会通过所述导向滑块13b随所述导向座13a的轨道运动，同时所述导向座13a设置有预设角度，因此两侧的所述导向连接杆1a会同时旋转使得所述电磁移动板1随之旋转，而所述导向滑块13b斜向运动的同时所述弹簧13d会受力蓄能压缩，当所述电磁移动板1失去下压的力时，所述弹簧13d会配合所述橡胶12块令所述电磁移动板1旋转复位。

如图4和图5所示，所述冲压头2的顶面设置有安装凸起2a，所述连接杆9的底部设置有安装凹槽1b，所述冲压头2通过所述安装凸起2a与所述安装凹槽1b相互过盈配合紧密安装在所述连接杆9的底部，所述冲压头2的下端为圆柱体，在所述冲压头2的圆柱体侧面均匀开设有多条螺旋凹槽2b。

如图6所示，所述底模3的中部设置有型腔3a，所述型腔3a的底面平整，所述型腔3a的侧壁上均匀且紧密的环绕设置有多个棘齿3b，所述棘齿3b的旋向方向与所述螺旋凹槽2b的设置方向相反。

本发明上述实施例所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，所述冲压头2与连接杆9之间通过所述安装凸起2a和安装凹槽1b过盈配合连接，所述冲压头2需要随所述连接杆9共同冲压旋转，同时所述冲压头2开设有多条螺旋凹槽2b，相应的所述冲压头2的侧面会有多个圆弧凸起，当所述冲压头2冲压板材进入所述底模3的型腔3a后，所述型腔3a侧壁的棘齿3b会与所述冲压头2的侧面形状配合将板材旋转挤压形成螺旋锁14c结构，同时上层板材14a的材料会嵌入下层板材14b内形成高强度连接的机械锁14d，当冲压头2旋转冲压到设定距离后，板材之间的螺旋锁14c与机械锁14d完全形成，板材连接完成。

如图7所示，本发明的实施例提供了一种电磁驱动的旋锁式板材连接方法，包括：

步骤一：将需要连接的板材放置在冲压头2与底模3之间，板材会平整的覆盖在底模3的上顶面。

步骤二：分别将驱动铜线10与被动铜线11接通电源，使其产生相互排斥的电磁场。由于驱动铜线10固定于顶部支撑板4底部，而顶部支撑板4是固定的，所以产生的电磁力由被动铜线11作用在电磁移动板1上，并推动电磁移动板1产生向下的运动。由于电磁移动板1上的导向连接杆1a连接穿设在导向滑块13b内，导向滑块13b受力沿着导向座13a的轨道进行运动，且弹簧13d受力压缩进行储能，与此同时橡胶块12也在此过程中受力压缩，并为冲压过程提供缓冲，同时由于所述导向座13a按照预设角度倾斜设置，因此电磁移动板1会沿着导向座13a轨道的方向产生一定的旋转，冲压头2在电磁移动板1的带动下，会产生向下的运动以及一定角度的转动；

步骤三：如图8至图12所示随着冲压头2的下降，冲压头2会对上层板材14a与下层板材14b进行旋压，上层板材14a受力挤压下层板材14b，且由于冲压头2以及螺旋凹陷2b相比底模3的棘齿3b旋向相反，上层板材14a和下层板材14b的材料向底模3流动的同时具有一定的旋转角度，同时受冲压头2与底模3的挤压，使得板材间的材料相互交织，最后板材与底模3完全贴合。另外，冲压头2在向下冲压过程中，上层板材14a会嵌入到下层板材14b内，在板材之间形成可靠的机械锁14d结构；同时设置有多个棘齿3b的底模3和冲压头2的互相配合，板材材料在冲压头2旋转挤压的作用下，使得板材材料互相对流挤压，有利于扩大所形成的机械锁14d结构；上层板材14a和下层板材14b在冲压头2旋压以及底模3的塑造下，材料相互交织，形成螺旋锁14c结构；冲压头2的螺旋凹陷会在旋转冲压的过程中使板材形成螺旋凸起14e结构；当冲压头2冲压到设定的距离，板材间完成旋压连接；

步骤四：冲压完成后，将驱动铜线10与被动铜线11断电，使相斥的电磁场消失，压缩的橡胶块12在断电之后产生回弹，导向座13a内压缩的弹簧13d会产生一个斜向上的力，使得冲压头2能够以一定的角度进行旋转回位。电磁移动板1回到初始状态，可以进行下一组板材的旋压连接。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电磁驱动的旋锁式板材连接装置，其特征在于，包括：支撑框架、电磁驱动装置、电磁移动板、导向板、冲压头和底模；

所述支撑框架包括顶部支撑板、引导板和底部支撑板，所述引导板的中心开设有通孔，所述顶部支撑板与引导板之间通过对称设置的两个连接副固定连接，所述引导板与底部支撑板之间通过对称设置的两根空心圆筒固定连接，所述电磁移动板设置在所述顶部支撑板和引导板之间，所述电磁移动板的底部设置有一连接杆，所述连接杆穿设在所述引导板的通孔内，所述冲压头设置在所述连接杆的底部，所述底模与所述冲压头同轴设置，所述底模固定设置在所述底部支撑板的中心，所述电磁驱动装置设置在所述电磁移动板和顶部支撑板上，所述电磁驱动装置用于驱动所述电磁移动板移动，所述底模上用于放置连接板材。

2.根据权利要求1所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，其特征在于，所述电磁驱动装置包括驱动铜线和被动铜线，所述驱动铜线设置在所述顶部支撑板底部的凹槽内，所述被动铜线设置在所述电磁移动板的顶部，所述驱动铜线和被动铜线均连通电源。

3.根据权利要求1所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，其特征在于，所述电磁移动板与引导板之间还设置有一橡胶块，所述橡胶块的中心开设有通孔，所述橡胶块与所述引导板同轴设置，所述连接杆通过所述橡胶块的通孔穿设在所述引导板的通孔内。

4.根据权利要求1所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，其特征在于，所述导向板设置有两个，两个所述导向板对称设置在所述顶部支撑板和引导板两侧，每个所述导向板的上端和下端分别固定连接在所述顶部支撑板和引导板上，所述导向板上设置有导向装置，所述电磁移动板的两侧对称设置有导向连接杆，所述电磁移动板通过所述导向连接杆与所述导向装置连接。

5.根据权利要求4所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，其特征在于，所述导向装置设置有一导向座，所述导向座为腰型边框结构，所述导向座固定设置在所述导向板上，所述导向座内设置有导向滑块和导向固定块，所述导向滑块和导向固定块之间通过弹簧连接，所述导向固定块固定在所述导向座的一端，所述导向滑块活动地设置在所述导向座内，所述导向滑块上开设有连接杆通孔，所述导向连接杆穿设在所述连接杆通孔内。

6.根据权利要去5所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，其特征在于，两个所述导向板上的所述导向座与水平面呈预设角度倾斜设置。

7.根据权利要求1所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，其特征在于，所述冲压头的顶面设置有安装凸起，所述连接杆的底部设置有安装凹槽，所述冲压头通过所述安装凸起与所述安装凹槽相互过盈配合紧密安装在所述连接杆的底部，所述冲压头的下端为圆柱体，在所述冲压头的圆柱体侧面均匀开设有多条螺旋凹槽。

8.根据权利要求7所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，其特征在于，所述底模的中部设置有型腔，所述型腔的底面平整，所述型腔的侧壁上均匀且紧密的环绕设置有多个棘齿，所述棘齿的旋向方向与所述螺旋凹槽的设置方向相反。

9.一种电磁驱动的旋锁式板材连接方法，应用于如权利要求1至8任一项所述的电磁驱动的旋锁式板材连接装置，其特征在于，包括：

步骤一：将需要连接的板材放置在冲压头与底模之间；

步骤二：启动电源，令驱动铜线与被动铜线产生相斥磁力，电磁移动板受磁力影响沿导向座轨道方向旋转并向下移动，旋转方向与棘齿的旋向方向相反，此时弹簧和橡胶块受力压缩；

步骤三：冲压头受电磁移动板驱动向下旋转冲压，上层板材受压嵌入下层板材形成机械锁，同时旋转下压过程通过冲压头与底模挤压配合在上层板材和下层板材上形成螺旋锁，随着冲压头逐渐向下旋转冲压，连接板材间材料交织在一起，下层板材与底模完全贴合；

步骤四：旋压完成后，将驱动铜线与被动铜线断电，磁力消失，电磁移动板在橡胶块和导向座内的弹簧作用下，沿着导向座的轨道旋转上抬至原位，电磁移动板复位，板材连接完成，可以开始下一轮板材连接。

10.根据权利要求9所述的旋锁式板材连接方法，其特征在于，步骤三中，冲压头的螺旋凹槽与凸起部分配合在旋转冲压过程中令板材形成螺旋凸起。

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