CN111659844B - 冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，包括：顶部支撑板、底部支撑板、冲压头、上铆钉和下铆钉；所述顶部支撑板与底部支撑板之间通过导柱连接，所述顶部支撑板与底部支撑板之间设置有冲压导向机构，所述上铆钉通过一铆钉夹持器设置在所述冲压导向机构上，所述下铆钉嵌设在所述底部支撑板的一下铆钉安装槽内，所述下铆钉与所述上铆钉同轴设置，所述下铆钉的顶面与所述底部支撑板的顶面用于放置对接板材；本发明还提供了一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接方法。本发明结构设计合理，方法实施步骤便捷且实施过程无危害，能够高效实现对接板材连接，连接点机械强度高、承受载荷能力强，板材表面不会受到损伤。

Description

冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置及方法

技术领域

本发明涉及板材对接技术领域，特别涉及一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置及方法。

背景技术

近些年来越来越多的零部件采用铝合金作为原材料。铝合金机械性能优异，使用铝合金制作的构件不仅重量轻，而且具有较高的强度。在航空航天产业、汽车产业，使用铝合金材料制作零部件能够显著降低整体重量，提升性能。此外，由于重量的减轻，飞机、汽车等消耗的能源和排放的废气也会减少，对于节约资源、保护环境具有重大意义。

但是传统的对接方法在对接铝合金板材时都具有一定程度的局限性。例如，在焊接时，由于铝合金表面存在天然氧化膜，焊接的性能难以保证。焊接产生的热量扩散导致材料的热变形会使装配要求高的零部件难以准确安装。焊接产生的强光和烟雾还会对生产人员造成伤害。螺栓连接在对接板材时不仅需要螺栓、螺母、垫板等辅助材料，还需要对零件进行打孔，装配工艺复杂，耗时长，生产效率低。

发明内容

本发明提供了一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置及方法，其目的是为了解决现有板材对接方式性能难以保障、容易对人员造成伤害且操作复杂效率低的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，包括：顶部支撑板、底部支撑板、冲压头、上铆钉和下铆钉；

所述顶部支撑板上对称开设有两个通孔，所述底部支撑板在相同位置开设通孔，所述顶部支撑板与底部支撑板的通孔内设置有导柱，所述顶部支撑板与底部支撑板通过所述导柱同轴固定连接，所述顶部支撑板的中心开设有冲压通孔，所述冲压通孔用于所述冲压头的冲压，所述顶部支撑板与底部支撑板之间设置有冲压导向机构，所述上铆钉通过一铆钉夹持器设置在所述冲压导向机构上，所述底部支撑板开设有一下铆钉安装槽，所述下铆钉嵌设在所述下铆钉安装槽内，所述下铆钉与所述上铆钉同轴设置，所述下铆钉的顶面与所述底部支撑板的顶面高度相同，所述下铆钉的顶面与所述底部支撑板的顶面用于放置对接板材。

其中，所述导柱为变截面杆体结构，所述顶部支撑板的底面抵靠在所述导柱的大截面部分的顶部。

其中，所述上铆钉设置有铆钉盖，所述铆钉盖底部设置有铆身，所述铆钉盖的尺寸大于所述铆身的尺寸，所述铆身的侧壁均匀设置有四个外螺旋凸起，所述铆身的底部中心对称地设置有四个扇面结构的底螺旋，所述外螺旋凸起延伸至所述铆身底面处的中心为所述底螺旋的分界线。

其中，所述铆钉夹持器的两侧设置有圆柱轴，所述铆钉夹持器的底面中心开设有夹持槽，所述夹持槽的形状与所述铆钉盖的形状适配，所述上铆钉通过所述铆钉盖与所述夹持槽配合设置在所述铆钉夹持器的底部。

其中，所述冲压导向机构对称设置有两个导向板，所述导向板的顶部设置有安装座，所述安装座上开设有螺孔，所述导向板通过所述安装座的螺孔与螺钉配合竖直设置在所述顶部支撑板的底部，所述导向板上开设有条形槽，所述铆钉夹持器两侧的所述圆柱轴末端开设有螺纹，所述铆钉夹持器两侧的所述圆柱轴分别穿设在两个所述导向板上的所述条形槽内，所述圆柱轴通过螺栓横向固定，所述铆钉夹持器滑动地设置在两个所述导向板之间。

其中，所述条形槽与竖直方向呈预设角度倾斜设置。

其中，所述下铆钉为环状结构，所述下铆钉的内壁均匀设置有四个内螺旋凸起。

其中，所述下铆钉安装槽底部还开设有变形槽，所述变形槽的半径小于所述下铆钉安装槽的半径。

本发明的实施例还提供了一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接方法，包括：

步骤一：将对接板材放置在底部支撑板的上方，将对接板材的连接点放置在下铆钉的中心处；

步骤二：板材设置完毕后，冲压头向下冲压，设置在导向板间的铆钉夹持器会带着上铆钉以小幅角度旋转下压；

步骤三：随着上铆钉的旋转下压，上铆钉的底螺旋最先接触到第一板材和第二板材，使板材发生变形，材料向下流动，同时，上铆钉外侧的外螺旋凸起会挤压板材材料，空间限制以及材料的流动使得材料将外螺旋凸起包围起来，形成内螺旋锁，同时，下铆钉的内螺旋凸起会挤压材料，材料会向内螺旋凸起外侧移动，将内螺旋凸起包裹起来，形成外螺旋锁；位于底部的板材材料，会将变形槽的空隙充满，进而与下铆钉镶嵌在一起形成机械锁，底螺旋底部形成了底部螺旋锁，上铆钉的铆钉盖压在第一板材和第二板材对接处的上表面，形成顶盖，至此第一板材和第二板材的塑性变形完成，材料充满了上铆钉、下铆钉及变形槽组成的空腔，板材连接完成。

其中，还包括：

步骤四：当板材连接完成后，冲压头卸载压力返回原位，向上移动铆钉夹持器，即可将对接在一起的板材由变形槽抬起，再将铆钉盖从铆钉夹持器内取出，从而可以将板材整个取出。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

1.本发明采用单步冲压成形，不需要对板材进行打孔、清洁等预处理工艺，连接工艺简单、加工效率高，易于实现自动化。

2.本发明的板材连接成形过程中材料只发生了局部的塑性变形，材料表面的镀层、氧化膜等保存的较为完好，能够抵抗接头的锈蚀，且不会影响构件的整体尺寸，在对装配尺寸有较高要求的条件下不会影响装配。

3.本发明连接过程中，没有化学反应，没有产生有毒的气体、烟雾，没有火花，生产加工环境较好，不会造成环境的污染和对加工生产人员的伤害。

4.本发明的接头具有多重的螺旋锁和机械锁结构，具有较高的强度；螺旋的结构能够防止接头各部件之间的相对旋转，防止接头的松脱，具有一定的抗扭转能力；当板材承受向上的折弯力时，铆钉盖能够负担折弯力，防止接头在工作过程中被折弯，与螺旋锁结构的配合，使得铆钉盖受折弯力时上铆钉不会被从接头中拔出，抵抗折弯力的能力较强，因此接头承受载荷的综合能力较好。

附图说明

图1为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置的结构示意图；

图2为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置的俯视图；

图3为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置的图2的A-A 剖面图；

图4为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置的图2的B-B 剖面图；

图5为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置的上铆钉结构示意图；

图6为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置的下铆钉结构示意图；

图7为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置的铆钉夹持器剖面图；

图8为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置的导向板结构示意图；

图9为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接方法的简化流程图；

图10为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接点效果图；

图11为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接点C-C剖面图；

图12为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接点D-D剖面图；

图13为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接点底部螺旋锁结构示意图；

图14为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接点无铆钉结构示意图一；

图15为本发明的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接点无铆钉结构示意图二。

【附图标记说明】

1-顶部支撑板；1a-冲压通孔；2-底部支撑板；2a-变形槽；3-冲压头；4- 上铆钉；4a-铆钉盖；4b-铆身；4c-外螺旋凸起；4d-底螺旋；5-下铆钉；5a-内螺旋凸起；6-导柱；7-铆钉夹持器；7a-圆柱轴；7b-夹持槽；8-导向板；8a-条形槽；9a-第一板材；9b-第二板材；9c-外螺旋凹陷；9d-内螺旋凹陷；9e-底螺旋凹陷；9f-凸起；10a-内螺旋锁；10b-外螺旋锁；10c-机械锁；10d-顶盖；10e- 底部螺旋锁。

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。

本发明针对现有板材对接方式性能难以保障、容易对人员造成伤害且操作复杂效率低的问题，提供了一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置及方法。

如图1至图4所示，本发明的实施例提供了一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，包括：顶部支撑板1、底部支撑板2、冲压头3、上铆钉4 和下铆钉5；所述顶部支撑板1上对称开设有两个通孔，所述底部支撑板2在相同位置开设通孔，所述顶部支撑板1与底部支撑板2的通孔内设置有导柱6，所述顶部支撑板1与底部支撑板2通过所述导柱6同轴固定连接，所述顶部支撑板1的中心开设有冲压通孔1a，所述冲压通孔1a用于所述冲压头3的冲压，所述顶部支撑板1与底部支撑板2之间设置有冲压导向机构，所述上铆钉4 通过一铆钉夹持器7设置在所述冲压导向机构上，所述底部支撑板2开设有一下铆钉安装槽，所述下铆钉5嵌设在所述下铆钉安装槽内，所述下铆钉5与所述上铆钉4同轴设置，所述下铆钉5的顶面与所述底部支撑板2的顶面高度相同，所述下铆钉5的顶面与所述底部支撑板2的顶面用于放置对接板材。

本发明上述实施例所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，所述对接板材预先放置在所述底部支撑板2上，所述冲压头3能够从所述冲压通孔 1a探入并对所述铆钉夹持器7进行冲压，所述上铆钉4通过所述铆钉夹持器7 沿所述冲压导向机构运动，所述冲压导向机构能够将原本竖直下压的直线运动转变为旋压的转体直线运动，为保证所述铆钉夹持器7的充分旋转，在所述冲压头3的底部和/或铆钉夹持器7的顶部设置有润滑油或其他润滑材料，因此当所述冲压头3下压时所述铆钉夹持器7与冲压头3间不会有较大摩擦力，同时延长使用寿命；当所述上铆钉4接触到板材后会将板材挤压向下铆钉5，从而所述与下铆钉5及所述底部支撑板2相配合完成板材对接。

其中，所述导柱6为变截面杆体结构，所述顶部支撑板1的底面抵靠在所述导柱6的大截面部分的顶部。

本发明上述实施例所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，所述导柱6为变截面杆体，所述导柱6的上部分直径小于所述导柱6的下部分直径，两根所述导柱6穿设在所述底部支撑板2的通孔内，所述顶部支撑板1搭放在两根所述导柱6上，所述导柱6的上部分穿设在所述顶部支撑板1的通孔内，所述顶部支撑板1的底面抵靠在所述导柱6的下部分的顶面上。

如图5所示，所述上铆钉4设置有铆钉盖4a，所述铆钉盖4a底部设置有铆身4b，所述铆钉盖4a的尺寸大于所述铆身4b的尺寸，所述铆身4b的侧壁均匀设置有四个外螺旋凸起4c，所述铆身4b的底部中心对称地设置有四个扇面结构的底螺旋4d，所述外螺旋凸起4c延伸至所述铆身4b底面处的中心为所述底螺旋4d的分界线。

本发明上述实施例所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，四个所述外螺旋凸起4c呈相同角度设置在所述铆身4b的侧壁，所述外螺旋凸4c 起自所述铆身4b的底边延伸至所述铆身4b的顶边，所述底螺旋4d为扇面结构，相邻两个所述底螺旋4d之间的分界线处存在有高度差。

如图5和图7所示，所述铆钉夹持器7的两侧设置有圆柱轴7a，所述铆钉夹持器7的底面中心开设有夹持槽7b，所述夹持槽7b的形状与所述铆钉盖 4a的形状适配，所述上铆钉4通过所述铆钉盖4a与所述夹持槽7b配合设置在所述铆钉夹持器7的底部。

如图1、图4和图8所示，所述冲压导向机构对称设置有两个导向板8，所述导向板8的顶部设置有安装座，所述安装座上开设有螺孔，所述导向板8 通过所述安装座的螺孔与螺钉配合竖直设置在所述顶部支撑板1的底部，所述导向板8上开设有条形槽8a，所述铆钉夹持器7两侧的所述圆柱轴7a末端开设有螺纹，所述铆钉夹持器7两侧的所述圆柱轴7a分别穿设在两个所述导向板8上的所述条形槽8a内，所述圆柱轴7a通过螺栓横向固定，所述铆钉夹持器7滑动地设置在两个所述导向板8之间。

其中，所述条形槽8a与竖直方向呈预设角度倾斜设置。

本发明上述实施例所述的交叉旋铆互锁式板材对接装置，所述上铆钉4 通过所述铆钉盖4a活动地设置在所述铆钉夹持器7底部的所述夹持槽7b内，所述铆钉夹持器7能够沿所述条形槽8a上下移动，由于所述条形槽8a呈预设角度倾斜，因此所述铆钉夹持器7能够带着所述上铆钉4旋转下压，同时所述铆钉夹持器7的旋转方向与所述外螺旋凸起4c的旋转方向相同。

如图6所示，所述下铆钉5为环状结构，所述下铆钉5的内壁均匀设置有四个内螺旋凸起5a。

本发明上述实施例所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，所述下铆钉5的内壁设置有内螺旋凸起5a，所述内螺旋凸起5a的旋转方向与所述外螺旋凸起4c的旋转方向相同。

其中，所述下铆钉安装槽底部还开设有变形槽2a，所述变形槽2a的半径小于所述下铆钉安装槽的半径。

本发明上述实施例所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，所述下铆钉5设置在所述变形槽2a上方，当板材被挤压至变形槽2a处，受压力和空间形状限制，板材的材料会被挤压进变形槽2a内将所述下铆钉5部分包裹。

如图9所示，本发明的实施例提供了一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接方法包括：

步骤一：将需要对接的第一板材9a和第二板材9b放置在底部支撑板2和下铆钉5的上表面，上铆钉4的下方，连接处与所述上铆钉4和下铆钉5同轴设置；

步骤二：当板材设置完成后，工作开始时，冲压头3会向下移动，冲压头 3下压所述铆钉夹持器7，铆钉夹持器7受冲压头的压力作用开始向下移动，同时铆钉夹持器7的圆柱轴7a沿导向板8上的条形槽8a运动，因此铆钉夹持器7下压过程中会有小幅度旋转，旋转方向与上铆钉4的外螺旋凸起4c方向相同；

步骤三：随着铆钉夹持器7旋转下压，上铆钉4的底螺旋4d最先接触到第一板材9a和第二板材9b，上铆钉4传导来的压力使板材发生变形，材料向下翻折并流动，在材料向下流动的过程中，上铆钉4外侧的外螺旋凸起4c会将材料向外螺旋凸起4c的两侧和下方挤压，同时由于所述上铆钉4旋转方向与外螺旋凸起4c旋转方向相同，材料的流动会使得材料将外螺旋凸起4c紧密包围起来，形成内螺旋锁10a，同时板材上会生成相应形状的外螺旋凹陷9c；由于下铆钉5设置有内螺旋凸起5a，在材料沿径向移动时会受到阻碍，内螺旋凸起5a的外侧空间更大，材料流动的阻力更小，材料会向内螺旋凸起5a的外侧移动，从而将内螺旋凸起5a包裹起来，形成外螺旋锁10b，同时在板材上形成内螺旋凹陷9d；当材料接触到底部支撑板2的变形槽2a底部时，材料无法继续向下移动，由于下铆钉5下方和底部支撑板2的变形槽2a之间还留有空隙，材料流动的阻力最小，材料沿径向向侧面流动，将空隙充满，材料在变形槽2a内形成凸起9f，进而所述凸起9f与下铆钉5镶嵌在一起形成机械锁 10c，同时上铆钉4的底螺旋4d也被材料包裹，板材受所述底螺旋4d挤压产生了底螺旋凹陷9e，所述底螺旋4d与底螺旋凹陷9e结合起来形成了底部螺旋锁10e，上铆钉4的铆钉盖4a在第一板材9a和第二板材9b对接处的上表面，形成板材连接处的顶盖10d，至此第一板材9a和第二板材9b的塑性变形完成，材料充满了上铆钉4、下铆钉5及变形槽2a组成的空腔，板材连接完成，连接结果如图9至图14所示；

步骤四：当板材连接完成后，冲压头3卸载压力返回原位，向上移动铆钉夹持器7，即可将对接在一起的板材由变形槽2a抬起，再将铆钉盖4a从铆钉夹持器7内取出，从而可以将板材整个取出。

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 (7)

1.一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，其特征在于，包括：顶部支撑板、底部支撑板、冲压头、上铆钉和下铆钉；

所述顶部支撑板上对称开设有两个通孔，所述底部支撑板在相同位置开设通孔，所述顶部支撑板与底部支撑板的通孔内设置有导柱，所述顶部支撑板与底部支撑板通过所述导柱同轴固定连接，所述顶部支撑板的中心开设有冲压通孔，所述冲压通孔用于所述冲压头的冲压，所述顶部支撑板与底部支撑板之间设置有冲压导向机构，所述上铆钉通过一铆钉夹持器设置在所述冲压导向机构上，所述底部支撑板开设有一下铆钉安装槽，所述下铆钉嵌设在所述下铆钉安装槽内，所述下铆钉与所述上铆钉同轴设置，所述下铆钉的顶面与所述底部支撑板的顶面高度相同，所述下铆钉的顶面与所述底部支撑板的顶面用于放置对接板材；

所述上铆钉设置有铆钉盖，所述铆钉盖底部设置有铆身，所述铆钉盖的尺寸大于所述铆身的尺寸，所述铆身的侧壁均匀设置有四个外螺旋凸起，所述铆身的底部中心对称地设置有四个扇面结构的底螺旋，所述外螺旋凸起延伸至所述铆身底面处的中心为所述底螺旋的分界线；

所述下铆钉为环状结构，所述下铆钉的内壁均匀设置有四个内螺旋凸起；所述下铆钉安装槽底部还开设有变形槽，所述变形槽的半径小于所述下铆钉安装槽的半径。

2.根据权利要求1所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，其特征在于，所述导柱为变截面杆体结构，所述顶部支撑板的底面抵靠在所述导柱的大截面部分的顶部。

3.根据权利要求1所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，其特征在于，所述铆钉夹持器的两侧设置有圆柱轴，所述铆钉夹持器的底面中心开设有夹持槽，所述夹持槽的形状与所述铆钉盖的形状适配，所述上铆钉通过所述铆钉盖与所述夹持槽配合设置在所述铆钉夹持器的底部。

4.根据权利要求3所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，其特征在于，所述冲压导向机构对称设置有两个导向板，所述导向板的顶部设置有安装座，所述安装座上开设有螺孔，所述导向板通过所述安装座的螺孔与螺钉配合竖直设置在所述顶部支撑板的底部，所述导向板上开设有条形槽，所述铆钉夹持器两侧的所述圆柱轴末端开设有螺纹，所述铆钉夹持器两侧的所述圆柱轴分别穿设在两个所述导向板上的所述条形槽内，所述圆柱轴通过螺栓横向固定，所述铆钉夹持器滑动地设置在两个所述导向板之间。

5.根据权利要求4所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，其特征在于，所述条形槽与竖直方向呈预设角度倾斜设置。

6.一种冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接方法，应用于如权利要求1至5任一项所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接装置，其特征在于，包括：

步骤一：将对接板材放置在底部支撑板的上方，将对接板材的连接点放置在下铆钉的中心处；

步骤二：板材设置完毕后，冲压头向下冲压，设置在导向板间的铆钉夹持器会带着上铆钉以小幅角度旋转下压；

步骤三：随着上铆钉的旋转下压，上铆钉的底螺旋最先接触到第一板材和第二板材，使板材发生变形，材料向下流动，同时，上铆钉外侧的外螺旋凸起会挤压板材材料，空间限制以及材料的流动使得材料将外螺旋凸起包围起来，形成内螺旋锁，同时，下铆钉的内螺旋凸起会挤压材料，材料会向内螺旋凸起外侧移动，将内螺旋凸起包裹起来，形成外螺旋锁；位于底部的板材材料，会将变形槽的空隙充满，进而与下铆钉镶嵌在一起形成机械锁，底螺旋底部形成了底部螺旋锁，上铆钉的铆钉盖压在第一板材和第二板材对接处的上表面，形成顶盖，至此第一板材和第二板材的塑性变形完成，材料充满了上铆钉、下铆钉及变形槽组成的空腔，板材连接完成。

7.根据权利要求6所述的冲压成形的交叉旋铆互锁式板材对接方法，其特征在于，还包括：

步骤四：当板材连接完成后，冲压头卸载压力返回原位，向上移动铆钉夹持器，即可将对接在一起的板材由变形槽抬起，再将铆钉盖从铆钉夹持器内取出，从而可以将板材整个取出。

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