CN111659806B - 一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置，包括：下模，所述下模下部设有一固定模；板材区，所述板材区放置于所述下模正上方，所述板材区下侧设有一下层板材，所述下层板材上方设有一上层板材，所述上层板材上方设有一环形压边圈；上模，所述上模位于所述板材区正上方。本发明还提供了一种热冲压成形的三重锁扣式连接方法，本方法使用加热的特制上模对板材进行冲压，快速地增加板材的塑性变形能力，在特制的下模作用下形成了特殊的三重机械锁扣结构，同时连接点经水循环通道冷却，实现了淬火过程，显著提高了连接点的机械性能，本方法具有连接强度高，尺寸精度高等优点，可用于连接高强度板材。

Description

一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置及方法

技术领域

本发明涉及冲压装置领域，特别涉及一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置及方法。

背景技术

在工业制造业领域中，异种金属复合结构由于具有两种材料各自的优点而获得了越来越广泛的关注，特别是铝合金与高强度钢的复合结构。铝合金具有质轻、高导热性、高导电性等优点，而钢具有高强度、塑性好等优点，所以铝钢组成的复合结构可以有效减轻结构的重量、改善材料的强度、抗腐蚀性和抗冲击性能。

焊接和自冲铆接是用于连接两种或两种以上的复合板材的主要连接方法，然而，由于铝合金和高强度钢的熔点不一致，采用传统的焊接无法实现可靠连接。自冲铆接是通过特制铆钉穿透顶层板材之后，在铆模的作用下铆钉尾部的中空结构扩张刺入而并不穿刺底层板材，从而形成牢固的铆接点的一种连接技术，所消耗的成形力较大，而且由于引入了外来的铆钉，使得板材整体质量上升，铆钉穿透上板也降低了板材的抗腐蚀和抗冲击的能力，除此之外，自冲铆接后，板材会发生回弹，影响了连接点的尺寸精度。

因此，有必要提供一种能实现两种或两种以上的复合板材的连接，且连接强度高，操作简单的连接方式。

发明内容

本发明提供了一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置及方法，其目的是为了提供一种能实现两种或两种以上的复合板材的连接，且连接强度高，操作简单的连接方式。

为了达到上述目的，本发明提供了一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置，包括：

下模，所述下模下部设有一固定模，所述固定模内部可移动设有一环形扩展模，所述扩展模与所述固定模之间有一环形凹槽，所述环形凹槽内设有一环形橡胶圈，所述橡胶圈一端嵌入所述扩展模之中，所述橡胶圈另一端嵌入所述固定模之中；所述固定模内设有一水循环通道；

板材区，所述板材区放置于所述下模正上方，所述板材区下侧设有一下层板材，所述下层板材上方设有一上层板材，所述上层板材上方设有一环形压边圈；

上模，所述上模位于所述板材区正上方，所述上模设有一环状冲头，所述环状冲头内部中空，所述环状冲头内部还设有一突出的圆柱；所述上模外侧环绕有一电磁线圈，所述电磁线圈与一感应加热设备电连接。

作为优选，所述扩展模由三个弧形扩展模组成。

作为优选，所述固定模中间设有一圆柱凸起，所述圆柱凸起与所述扩展模形成了一环状凹槽。

作为优选，所述压边圈上方还设有弹簧，所述弹簧一端与所述压边圈连接，另一端与所述上模外侧连接。

作为优选，所述热冲压成形的三重锁扣式连接装置还包括一水循环系统，所述水循环系统包括水缸、过滤器和水泵。

作为优选，所述水泵与所述水循环通道进水口连通，所述水缸与所述水循环通道出水口连通。

本发明还提供了一种热冲压成形的三重锁扣式连接方法，包括如下步骤：

步骤一，启动装置，上模外环接触上层板材，感应加热设备开始工作，电磁线圈通电，上模在电磁感应的作用下加热，上模加热到特定温度后，感应加热设备停止工作；

步骤二，上模向下运动，开始冲压，随着下降深度的增加，弹簧的弹力逐渐增大以压紧上层板材和下层板材，防止上层板材和下层板材褶皱；上层板材和下层板材的材料沿固定模环状凹槽向下移动；扩展模在下层板材接触力的作用下，沿径向向外运动，橡胶圈受到扩展模的挤压；随着下降深度的继续增大，上模内部的凸出圆柱开始冲压上层板材和下层板材，之后下层板材开始接触固定模环状凹槽底部，固定模环状凹槽处的材料开始横向移动；对于外环连接点，上层板材和下层板材在扩展模的作用下，逐渐形成扩展模机械锁扣，且互锁程度逐渐增大；对于中环连接点，上层板材和下层板材在固定模的作用下，逐渐形成固定模机械锁扣，由于固定模比扩展模限制材料横向移动作用更强，固定模机械锁扣的互锁程度低于扩展模机械锁扣；对于内环连接点，由于固定模这部分表面完全是平的，且中环的材料也向内部汇聚，使得上层板材和下层板材的材料向上运动，下层板材的材料逐渐汇聚到此连接点上层板材的颈部，逐渐形成了一侧完全是平的平底机械锁扣；上模下降到一定深度后，停止下降；

步骤三，上模停止下降，开始退回初始位置，同时循环水系统打开，水由水缸、过滤器、水泵、流进下模水循环通道内，水沿着水循环通道重新流入水缸；上层板材与下层板材冷却后，循环水系统停止工作，最终得到了一种具有淬火作用的三重机械锁扣机构。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

(1)形成了特殊的三个机械锁扣结构；内环为平底机械锁扣、中环为固定模机械锁扣、外环为扩展模机械锁扣，这种特殊的结构强度较高、拥有着较高的疲劳强度；相对于自冲铆接，本发明不增加板材质量，具有更强的抗腐蚀、抗冲击能力；

(2)使用了热成型的连接技术；加热的上模与板材接触，大幅度提高了板材的塑性成形能力，减小了从冲压力，使得高强度材料(例如DP钢、TRIP 钢、高扩孔钢、钛合金等)更容易成形，本方法可用于铝钢复合结构、高强度材料的连接；

(3)本方法具有淬火作用，连接点强度和硬度大幅度提高，并且避免了自冲连接有较大回弹的现象，连接点尺寸精度更高。

附图说明

图1为本发明的装置定位图；

图2为本发明的下模抛视三维图；

图3为本发明的下模三维图；

图4为本发明的结构成型图；

图5为本发明的上模退回图；

图6为本发明的接头二维剖视图；

图7为本发明的接头三维图；

附图标记说明

1-上模；2-电磁线圈；3-弹簧；4-压边圈；5-上层板材；6-下层板材；7- 扩展模；8-橡胶圈；9-固定模；10-水缸；11-过滤器；12-水泵；13-感应加热设备；14-扩展模机械锁扣；15-固定模机械锁扣；16-平底机械锁扣。

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，提供了一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置，包括：

下模，所述下模下部设有一固定模9，所述固定模9内部可移动设有环形扩展模7，所述扩展模7与所述固定模9之间有一环形凹槽，所述环形凹槽内设有一环形橡胶圈8，所述橡胶圈8一端嵌入所述扩展模7之中，所述橡胶圈8另一端嵌入所述固定模9之中；所述固定模9内设有一水循环通道；

板材区，所述板材区放置于所述下模正上方，所述板材区下侧设有一下层板材6，所述下层板材6上方设有一上层板材5，所述上层板材5上方设有一环形压边圈4；

上模1，所述上模1位于所述板材区正上方，所述上模1设有一环状冲头，所述环状冲头内部中空，所述环状冲头内部还设有一突出的圆柱；所述上模1 外侧环绕有一电磁线圈2，所述电磁线圈2与一感应加热设备13电连接。

本发明使用加热的特制上模对板材进行冲压，快速地增加板材的塑性变形能力，在特制的下模作用下形成了特殊的三重机械锁扣结构，同时连接点经水循环通道冷却，实现了淬火过程，显著提高了连接点的机械性能，本方法具有连接强度高，尺寸精度高等优点，可用于连接高强度板材。

其中，所述扩展模7由三个弧形扩展模组成；所述固定模9中间设有一圆柱凸起，所述圆柱凸起与所述扩展模7形成了一环状凹槽；所述压边圈4上方还设有弹簧3，所述弹簧3一端与所述压边圈4连接，另一端与所述上模1外侧连接。

本发明扩展模由三个弧形部分组成，可以在受到挤压时向外围扩展，便于形成本发明特有的三重机械锁结构。

其中，所述热冲压成形的三重锁扣式连接装置还包括一水循环系统，所述水循环系统包括水缸10、过滤器11和水泵12；所述水泵12与所述水循环通道进水口连通，所述水缸10与所述水循环通道出水口连通。

本发明通过水循环系统实现材料的快速冷却，具有淬火作用，使得连接点强度和硬度大幅度提高，并且避免了自冲铆接有较大回弹的现象，连接点尺寸精度得以更高。

本发明还提供了一种热冲压成形的三重锁扣式连接方法，包括如下步骤：

步骤一，启动装置，上模1环状冲头接触上层板材5，感应加热设备13 开始工作，电磁线圈2通电，上模1在电磁感应的作用下加热，加热后，感应加热设备13停止工作。

步骤二，上模1向下运动，进行冲压，弹簧3的弹力压紧压边圈4，进一步压紧上层板材5和下层板材6，上层板材5和下层板材6的材料沿固定模9 环状凹槽向下移动；扩展模7沿径向向外运动挤压橡胶圈8；上模1继续下降，上模1内部的突出圆柱对上层板材5和下层板材6进行冲压，下层板材6接触固定模9环状凹槽底部，固定模9环状凹槽处的材料进行横向移动；上层板材 5和下层板材6在扩展模7的作用下，形成扩展模机械锁扣14；上层板材5 和下层板材6在固定模9的作用下，形成固定模机械锁扣15；上层板材5和下层板材6在上模1内部的突出圆柱和固定模中间表面平整的圆柱凸起的共同作用下，形成平底机械锁扣16；

步骤三，上模1停止下降，开始退回初始位置，同时循环水系统打开，水由水缸10、过滤器11、水泵12、流进下模水循环通道内，水沿着水循环通道重新流入水缸10；上层板材5与下层板材6冷却后，循环水系统停止工作，最终得到了一种具有淬火作用的三重机械锁扣机构。

本发明的实施例还提供了一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置的具体实施方式，包括：

如图1所示，首先上模1外环接触上层板材5，感应加热设备13开始工作，电磁线圈2通电，上模1在电磁感应的作用下快速加热，并将热量传递给上层板材5和下层板材6，加热一段时间后，感应加热设备13停止工作，上层板材5和下层板材6的塑性变形能力显著增强。

如图2-4所示，上模1向下运动，开始冲压，随着下降深度的增加，弹簧3的弹力逐渐增大以压紧上层板材5和下层板材6，防止上层板材5和下层板材6褶皱；上层板材5和下层板材6的材料沿固定模9环状凹槽向下移动；扩展模7在下层板材6接触力的作用下，沿径向向外运动，橡胶圈8受到扩展模 7的挤压；随着下降深度的继续增大，上模1内部的凸出圆柱开始冲压上层板材5和下层板材6，之后下层板材6开始接触固定模9环状凹槽底部，固定模 9环状凹槽处的材料开始横向移动；对于外环连接点，上层板材5和下层板材 6在扩展模7的作用下，逐渐形成扩展模机械锁扣14，且互锁程度逐渐增大；对于中环连接点，上层板材5和下层板材6在固定模9的作用下，逐渐形成固定模机械锁扣15，由于固定模9比扩展模7限制材料横向移动作用更强，固定模机械锁扣15的互锁程度低于扩展模机械锁扣14；对于内环连接点，由于固定模9这部分表面完全是平的，且中环的材料也向内部汇聚，使得上层板材5和下层板材6的材料向上运动，下层板材6的材料逐渐汇聚到此连接点上层板材5的颈部，逐渐形成了一侧完全是平的平底机械锁扣16；上模1下降到一定深度后，停止下降。

如图5-7所示，上模1开始退回初始位置，同时水循环系统打开，水由水缸10、过滤器11、水泵12、流进固定模9的水循环通道内，上层板材5和下层板材6的热量被固定模9传递给水循环通道的水中；水沿着水循环通道重新流入水缸10内冷却；上层板材5和下层板材6冷却一段时间后，水循环系统停止工作，最终得到了这种具有淬火作用的三重机械锁扣机构。

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)

1.一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置，其特征在于，包括：

下模，所述下模下部设有一固定模，所述固定模内部可移动设有一环形扩展模，所述扩展模与所述固定模之间有一环形凹槽，所述环形凹槽内设有一环形橡胶圈，所述橡胶圈一端嵌入所述扩展模之中，所述橡胶圈另一端嵌入所述固定模之中；所述固定模内设有一水循环通道；

所述扩展模由三个弧形扩展模组成；

所述固定模中间设有一圆柱凸起，所述圆柱凸起与所述扩展模形成了一环状凹槽；

板材区，所述板材区放置于所述下模正上方，所述板材区下侧设有一下层板材，所述下层板材上方设有一上层板材，所述上层板材上方设有一环形压边圈；

上模，所述上模位于所述板材区正上方，所述上模设有一环状冲头，所述环状冲头内部中空，所述环状冲头内部还设有一突出的圆柱；所述上模外侧环绕有一电磁线圈，所述电磁线圈与一感应加热设备电连接。

2.根据权利要求1所述的一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置，其特征在于，所述压边圈上方还设有弹簧，所述弹簧一端与所述压边圈连接，另一端与所述上模外侧连接。

3.根据权利要求1所述的一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置，其特征在于，所述热冲压成形的三重锁扣式连接装置还包括一水循环系统，所述水循环系统包括水缸、过滤器和水泵。

4.根据权利要求3所述的一种热冲压成形的三重锁扣式连接装置，其特征在于，所述水泵与所述水循环通道进水口连通，所述水缸与所述水循环通道出水口连通。

5.一种热冲压成形的三重锁扣式连接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，启动装置，上模外环接触上层板材，感应加热设备开始工作，电磁线圈通电，上模在电磁感应的作用下加热，上模加热到特定温度后，感应加热设备停止工作；

步骤二，上模向下运动，进行冲压，弹簧的弹力压紧压边圈，进一步压紧上层板材和下层板材，上层板材和下层板材的材料沿固定模环状凹槽向下移动；扩展模沿径向向外运动挤压橡胶圈；上模继续下降，上模内部的突出圆柱对上层板材和下层板材进行冲压，下层板材接触固定模环状凹槽底部，固定模环状凹槽处的材料进行横向移动；上层板材和下层板材在扩展模的作用下，形成扩展模机械锁扣；上层板材和下层板材在固定模的作用下，形成固定模机械锁扣；上层板材和下层板材在上模内部的突出圆柱和固定模中间上表面平整的圆柱凸起的共同作用下，形成平底机械锁扣；

步骤三，上模停止下降，开始退回初始位置，同时循环水系统打开，水由水缸、过滤器、水泵、流进下模水循环通道内，水沿着水循环通道重新流入水缸；上层板材与下层板材冷却后，循环水系统停止工作，最终得到了一种具有淬火作用的三重机械锁扣机构。

Images