CN111659796B - 喷丸成形的自冲孔无铆连接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置及方法，包括：切割装置，所述切割装置外侧包裹有一模具，所述模具内设有一可移动环形切削刀具，所述环形切削刀具内可移动设有一上推杆与一下推杆，所述上推杆与下推杆中间设有一可移动活塞杆，所述活塞杆尾端固定有一活塞，所述活塞左端设有一液压油腔；加工装置，所述加工装置位于所述切割装置右侧，所述加工装置包括压边圈、上层板材和下层板材；喷嘴，所述喷嘴位于所述加工装置右侧。本发明成形过程中，板材的切割、成形一步完成，不需要多套模具和多次安装；采用喷丸成形的方法，有助于提高接头在承载时抵抗拉应力产生裂纹并断裂的能力，提高了接头的强度。

Description

喷丸成形的自冲孔无铆连接装置及方法

技术领域

本发明涉及无铆连接领域，特别涉及一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置及方法。

背景技术

随着能源的消耗和人们环保意识的增强，汽车轻量化的发展受到越来越多的重视。铝合金作为高强度质量比的材料在轻量化车身的使用越来越广泛，能够显著降低整车重量。然而由于铝合金表面存在天然氧化膜，使用焊接的方式连接性能较差，并且存在对空气的污染，与环保的初衷相悖。对于异种材料，由于不同的热传导率，焊接的性能受到了进一步的限制。传统铆接受连接材料性能的影响较小，在汽车车身上的应用十分广泛。

但是传统铆接在连接时，需要先对板材进行打孔，延长了加工时间，降低了连接效率。为了保证铆接接头的性能，铆接需要铆钉和材料的过盈配合，对工艺的要求也相当高。传统铆接的连接强度主要取决于铆钉的材料，为了满足结构的承载能力，可靠性和安全性，铆钉的材料也受到非常多的限制。在连接轻量化材料钛合金时，铆钉容易产生裂纹，连接的可靠性降低。在当前汽车轻量化的大趋势下，传统铆接由于需要铆钉，增加了结构的重量，不符合当前的发展要求，铆钉的使用也提高了传统铆接的工艺成本。因此，有必要提供一种能够在不提高接头重量的前提下，获得高强度的接头，并且连接过程中不产生污染，具有较高连接效率的连接工艺装置。

发明内容

本发明提供了一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置及方法，其目的是为了能够在不提高接头重量的前提下，获得高强度的接头，并且连接过程中不产生污染，提高连接效率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置，包括：

切割装置，所述切割装置外侧包裹有一模具，所述模具内设有一可移动环形切削刀具，所述环形切削刀具尾端设有一上尾端弹簧与一下尾端弹簧；所述环形切削刀具内可移动设有一上推杆与一下推杆，所述上推杆尾端设有一上推杆弹簧，所述下推杆尾端设有一下推杆弹簧，所述上推杆与下推杆中间设有一可移动活塞杆，所述活塞杆尾端固定有一活塞，所述活塞左端设有一液压油腔；

加工装置，所述加工装置位于所述切割装置右侧，所述加工装置包括压边圈、上层板材和下层板材，所述上层板材位于所述下层板材右表面，所述压边圈位于所述上层板材右表面；

喷嘴，所述喷嘴位于所述加工装置右侧。

作为优选，所述模具上端设有一上油腔，所述上油腔内设有一上活塞，所述上活塞下端固定有一上活塞杆；所述模具下端设有一下油腔，所述下油腔内设有一下活塞，所述下活塞上端固定有一下活塞杆。

作为优选，所述上油腔内设有一上弹簧，所述上弹簧下端与所述上活塞连接，所述上弹簧上端设有一上端盖；所述下油腔内设有一下弹簧，所述下弹簧上端与所述下活塞连接，所述下弹簧下端设有一下端盖；所述上油腔和所述下油腔通过管路与所述液压油腔相连。

作为优选，所述上活塞杆下端与所述环形切削刀具上端可移动镶嵌连接；所述下活塞杆上端与所述环形切削刀具下端可移动镶嵌连接。

作为优选，所述模具右端设有一环状分瓣模具。

作为优选，所述环状分瓣模具外侧设有一环状凹槽，所述环状凹槽内套接有一弹性橡胶圈。

作为优选，所述压边圈中心有一圆形通孔，所述圆形通孔正对所述喷嘴。

相对应的，本发明还提供了一种喷丸成形的自冲孔无铆连接方法，包括如下步骤：

步骤一，喷嘴喷出喷丸击打上层板材的右表面，同时压边圈挤压上层板材和下层板材，下层板材被环形切削刀具切割，上推杆压缩上推杆弹簧，下推杆压缩下推杆弹簧，上推杆和下推杆向左移动，下层板材接触到活塞杆，液压油腔内的液压油通过管路流动到上油腔和下油腔内，液压油推动上活塞和下活塞分别挤压上弹簧和下弹簧，上活塞杆和下活塞杆沿径向远离环形切削刀具；

步骤二，当下层板材接触到环状分瓣模具时，上活塞杆和下活塞杆从环形切削刀具的孔内退出，上层板材继续变形并挤压下层板材，下层板材被切割出一个圆形孔洞，下层板材被切下的圆形材料与下层板材完全分离，受上层板材的作用，下层板材切下的圆形材料接触到环形切削刀具的凸肩，继续推动环形切削刀具、活塞杆、上推杆和下推杆向左移动，当下层板材切下的圆形材料与模具中凹坑的表面接触时，上层板材的材料从下层板材中间的孔洞流出，开始推动环状分瓣模具沿径向扩展，弹性橡胶圈被拉长，在上层板材和下层板材之间形成机械锁；

步骤三，机械锁形成后，喷嘴停止喷丸，压边圈撤消压力，上推杆弹簧和下推杆弹簧分别推动上推杆和下推杆推出下层板材切割产生的圆形材料和接头，上尾端弹簧和下尾端弹簧推动环形切削刀具，上弹簧和下弹簧分别推动上活塞和下活塞，上活塞杆和下活塞杆向环形切削刀具移动，弹性橡胶圈收缩，将环状分瓣模具恢复到工作开始前的位置，同时上油腔和下油腔内的液压油通过管路从上油腔和下油腔内流动至液压油腔内，推动活塞和活塞杆回复到工作开始前的位置，最终上活塞杆和下活塞杆插入环形切削刀具的孔内，将环形切削刀具固定。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

1、采用切割下板的连接方式，将低延展性材料置于下层而高延展性材料置于上层时，下层板料被切割，利用上层板料的高延展性，能够形成机械锁，实现低延展性材料和高延展性材料的连接，使用的范围非常广泛。

2、采用喷丸成形的方法，在喷丸成形的过程中，喷丸会反复击打材料表面，使材料表面保留一定的残余压应力，有助于提高接头在承载时抵抗拉应力产生裂纹并断裂的能力，提高了接头的强度。

3、成形过程中，板材的切割、成形一步完成，不需要多套模具和多次安装；成形结束后接头和切割产生的废料通过弹簧的复位，被从模具内推出，不需要人工操作，工艺简单方便；一般的冲头冲压成形需要空程回程，而喷丸成形不需要回程，进一步节约时间，加工效率高。

4、喷丸成形利用材料的塑性变形形成机械锁，连接过程中不需要铆钉等附加的辅助零件，能够降低成本和接头的重量，有利于实现轻量化。

5、传统的冲头成形过程中，冲头垂直材料表面运动，力垂直材料表面，材料侧向流动较少，形成的机械锁尺寸参数较小。而采用本发明所述的喷丸成形时，在喷丸受到阻碍时会向两侧(机械锁方向)流动，促进板材变形，有助于增大机械锁的尺寸参数。

附图说明

图1为本发明的装置结构图；

图2为本发明的工作初期结构图；

图3为本发明的工作后期结构图；

图4为本发明的机械锁结构图。

附图标记说明

1-喷嘴；2-环形切削刀具；3-压边圈；4-上层板材；5-下层板材；6-环状分瓣模具；7-弹性橡胶圈；8-上端盖；9-上弹簧；10-上活塞；11-上油腔；12-上活塞杆；13-管路；14-上尾端弹簧；15-上推杆弹簧；16-液压油腔；17-活塞；18-下推杆弹簧；19-模具；20-下尾端弹簧；21-下活塞杆；22-下油腔；23-下活塞；24-下端盖；25-下弹簧；26-下推杆；27-活塞杆；28-上推杆；101-机械锁。

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。

本发明针对现有的问题，提供了一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置，包括：切割装置，所述切割装置外侧包裹有一模具19，所述模具19内设有一可移动环形切削刀具2，所述环形切削刀具2尾端设有一上尾端弹簧14与一下尾端弹簧20；所述环形切削刀具2内可移动设有一上推杆28与一下推杆26，所述上推杆28尾端设有一上推杆弹簧15，所述下推杆26尾端设有一下推杆弹簧18，所述上推杆28与下推杆26中间设有一可移动活塞杆27，所述活塞杆27尾端固定有一活塞17，所述活塞17左端设有一液压油腔16；加工装置，所述加工装置位于所述切割装置右侧，所述加工装置包括压边圈3、上层板材4和下层板材5，所述上层板材4位于所述下层板材5右表面，所述压边圈3位于所述上层板材4右表面；喷嘴1，所述喷嘴1位于所述加工装置右侧。

本发明采用喷丸成形的方法，在喷丸成形的过程中，喷丸会反复击打材料表面，使材料表面保留一定的残余压应力，有助于提高接头在承载时抵抗拉应力产生裂纹并断裂的能力，提高了接头的强度；利用环形切削刀具切割下板，成形过程中，板材的切割、成形一步完成，不需要多套模具和多次安装。

其中，所述模具19上端设有一上油腔11，所述上油腔11内设有一上活塞10，所述上活塞10下端固定有一上活塞杆12；所述模具19下端设有一下油腔22，所述下油腔22内设有一下活塞23，所述下活塞23上端固定有一下活塞杆21，所述上油腔11上设有一上活塞10，所述上活塞10上端设有一上弹簧9，所述上弹簧上端与一上端盖8连接；所述下油腔22下端设有一下活塞23，所述下活塞23下端设有一下弹簧25，所述下弹簧25下端与一下端盖24连接；所述上油腔11和所述下油腔22通过管路13与所述液压油腔16相连，所述上活塞杆12下端与所述环形切削刀具2上端可移动镶嵌连接；所述下活塞杆21上端与所述环形切削刀具2下端可移动镶嵌连接，所述模具19右端设有一环状分瓣模具6，所述环状分瓣模具6外侧设有一环状凹槽，所述环状凹槽内套接有一弹性橡胶圈7，所述压边圈3中心有一圆形通孔，所述圆形通孔正对所述喷嘴1。

根据本装置原理，当活塞杆被材料推动时，固定在活塞杆上的活塞会挤压液压油腔，液压油腔的液压油通过管道进入上下油腔，并利用压力推动上下活塞运动，使上下弹簧收紧，当机械锁成形后，喷嘴停止喷丸，压边圈卸去压力，上下弹簧推动上下活塞，液压油经过管路重新进入液压油腔，使活塞杆自动回到初始位置，推出切割下来的材料，弹性橡胶圈收缩使得环状分瓣模具回位，同时上尾端弹簧14和下尾端弹簧20推动环形切削刀具2回位，上活塞杆12和下活塞杆21插入到环形切削刀具2的孔内，将环形切削刀具2固定，整个过程不需要人工操作，工艺简单方便。

本发明还提供了一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置的具体实施过程：

如图2所示，当工作开始时，喷嘴1喷出喷丸击打上层板材4的右表面，上层板材4发生塑性变形，同时压边圈3挤压上层板材4和下层板材5，下层板材被环形切削刀具2切割，上推杆28压缩上推杆弹簧15，下推杆26压缩下推杆弹簧18，上推杆28和下推杆26向左移动，当下层板材5接触到活塞杆27时，液压油腔16内的液压油通过管路13流动到上油腔11和下油腔22内，液压油推动上活塞10和下活塞23分别挤压上弹簧9和下弹簧25，上活塞杆12和下活塞杆21沿径向远离环形切削刀具2；

如图3所示，当下层板材5接触到环状分瓣模具6时，上活塞杆12和下活塞杆21从环形切削刀具2的孔内退出，上层板材4继续变形并挤压下层板材5，下层板材5被切割出一个圆形孔洞，下层板材5被切下的圆形材料与下层板材5完全分离，受上层板材4的作用，下层板材5切下的圆形材料接触到环形切削刀具2的凸肩，继续推动环形切削刀具2、活塞杆27、上推杆28和下推杆26向左移动，当下层板材5切下的圆形材料与模具19中凹坑的表面接触时，上层板材4的材料从下层板材5中间的孔洞流出，开始推动环状分瓣模具6沿径向扩展，弹性橡胶圈7被拉长，在上层板材4和下层板材5之间形成机械锁，如图4所示，在成形的过程中，喷丸撞击到材料底部会被反弹，通过与后续喷丸的撞击，喷丸的运动方向被改变，发生向侧面的流动，由于环状分瓣模具6处的阻力小，喷丸推动上层板材4的材料向外拓展，从而形成了更大的机械锁101，获得了更高强度的接头，此外喷丸反复击打上层板材4表面，使上层板材4表面存在一定的残余压应力，产生了喷丸强化；

机械锁101形成后，喷嘴1停止喷丸，压边圈3撤消压力，上推杆弹簧15和下推杆弹簧18分别推动上推杆28和下推杆26推出下层板材5切割产生的圆形材料和接头，上尾端弹簧14和下尾端弹簧20推动环形切削刀具2，上弹簧9和下弹簧25分别推动上活塞10和下活塞23，上活塞杆12和下活塞杆21向环形切削刀具2移动，弹性橡胶圈7收缩，将环状分瓣模具6恢复到工作开始前的位置，同时上油腔11和下油腔22内的液压油通过管路13从上油腔11和下油腔22内流动至液压油腔16内，推动活塞17和活塞杆27回复到工作开始前的位置，最终上活塞杆12和下活塞杆21插入环形切削刀具2的孔内，将环形切削刀具2固定。

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 (5)

1.一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置，其特征在于，包括：

切割装置，所述切割装置外侧包裹有一模具，所述模具内设有一可移动环形切削刀具，所述环形切削刀具尾端设有一上尾端弹簧与一下尾端弹簧；所述环形切削刀具内可移动设有一上推杆与一下推杆，所述上推杆尾端设有一上推杆弹簧，所述下推杆尾端设有一下推杆弹簧，所述上推杆与下推杆中间设有一可移动活塞杆，所述活塞杆尾端固定有一活塞，所述活塞左端设有一液压油腔；

其中，所述模具右端设有一环状分瓣模具；所述环状分瓣模具外侧设有一环状凹槽，所述环状凹槽内套接有一弹性橡胶圈；

加工装置，所述加工装置位于所述切割装置右侧，所述加工装置包括压边圈、上层板材和下层板材，所述上层板材位于所述下层板材右表面，所述压边圈位于所述上层板材右表面；

喷嘴，所述喷嘴位于所述加工装置右侧；

其中，所述压边圈中心有一圆形通孔，所述圆形通孔正对所述喷嘴。

2.根据权利要求1所述的一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置，其特征在于，所述模具上端设有一上油腔，所述上油腔内设有一上活塞，所述上活塞下端固定有一上活塞杆；所述模具下端设有一下油腔，所述下油腔内设有一下活塞，所述下活塞上端固定有一下活塞杆。

3.根据权利要求2所述的一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置，其特征在于，所述上油腔内设有一上弹簧，所述上弹簧下端与所述上活塞连接，所述上弹簧上端设有一上端盖；所述下油腔内设有一下弹簧，所述下弹簧上端与所述下活塞连接，所述下弹簧下端设有一下端盖；所述上油腔和所述下油腔通过管路与所述液压油腔相连。

4.根据权利要求3所述的一种喷丸成形的自冲孔无铆连接装置，其特征在于，所述环形切削刀具的上端和下端均设有一孔，所述上活塞杆的下端可插入或退出所述环形切削刀具上端的孔；所述下活塞杆的上端可插入或退出所述环形切削刀具下端的孔。

5.一种利用权利要求4所述的喷丸成形的自冲孔无铆连接装置进行自冲孔无铆连接的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，喷嘴喷出喷丸击打上层板材的右表面，同时压边圈挤压上层板材和下层板材，下层板材被环形切削刀具切割，上推杆压缩上推杆弹簧，下推杆压缩下推杆弹簧，上推杆和下推杆向左移动，下层板材接触到活塞杆，液压油腔内的液压油通过管路流动到上油腔和下油腔内，液压油推动上活塞和下活塞分别挤压上弹簧和下弹簧，上活塞杆和下活塞杆沿径向远离环形切削刀具；

步骤二，当下层板材接触到环状分瓣模具时，上活塞杆和下活塞杆从环形切削刀具的孔内退出，上层板材继续变形并挤压下层板材，下层板材被切割出一个圆形孔洞，受上层板材的作用，下层板材切下的圆形材料接触到环形切削刀具的凸肩，继续推动环形切削刀具、活塞杆、上推杆和下推杆向左移动，当下层板材切下的圆形材料与所述切割装置外侧包裹的模具中凹坑的表面接触时，下层板材被切下的圆形材料与下层板材完全分离，上层板材的材料从下层板材中间的孔洞流出，开始推动环状分瓣模具沿径向扩展，弹性橡胶圈被拉长，在上层板材和下层板材之间形成机械锁；

步骤三，机械锁形成后，喷嘴停止喷丸，压边圈撤消压力，上推杆弹簧和下推杆弹簧分别推动上推杆和下推杆推出下层板材切割产生的圆形材料和接头，上尾端弹簧和下尾端弹簧推动环形切削刀具，上弹簧和下弹簧分别推动上活塞和下活塞，上活塞杆和下活塞杆向环形切削刀具移动，弹性橡胶圈收缩，将环状分瓣模具恢复到工作开始前的位置，同时上油腔和下油腔内的液压油通过管路从上油腔和下油腔内流动至液压油腔内，推动活塞和活塞杆回复到工作开始前的位置，最终上活塞杆和下活塞杆插入环形切削刀具的孔内，将环形切削刀具固定。

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