CN115318964A - 一种凹模可扩展的双层异质板材无铆塑性连接成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种凹模可扩展的双层异质板材无铆塑性连接成形方法，本发明能通过一种凹模可扩展模具完成双层异质板材的高质量连接，采用凹模可扩展模具成形接头，接头互锁量显著增大、机械强度有效提升。本发明还提供了一种凹模可扩展无铆连接模具装置，包括：底座、凹模定板、瓣合可扩展组合凹模、橡胶圈、压边圈、冲头，所述底座用于安装整体模具，所述凹模定板中间设置有一个圆孔，用于安装组合凹模与橡胶圈，所述瓣合可扩展组合凹模由四个瓣模与中部芯模组成，所述橡胶圈用于瓣模向外扩展时起缓冲和组合式凹模复位作用，所述压边圈用于压紧板材，所述压边圈中间设置有一个导向圆孔，用于冲头工作时起导向作用，所述冲头用于成形无铆连接接头。

Description

一种凹模可扩展的双层异质板材无铆塑性连接成形方法

技术领域

本发明涉及轻量化设计、板材塑性变形与模具设计，以及板材的无铆钉连接等技术领域，具体涉及一种双层异质板材可扩展模具无铆塑性连接成形方法。

背景技术

无铆钉连接这项技术属于金属板材连接技术之一，是一种利用板材本身的冷变形塑性能力，通过对板件进行压力加工，使板件产生局部塑性变形而将板件连接在一起的一种板材塑性连接技术。

无铆连接作为一种板材机械连接工艺，具有工艺简单、灵活性高、经济环保、自动化程度高等特点，其工艺原理是利用板材的塑性变形，在板材间形成互锁，从而实现板材的连接；与有铆钉连接相比，无铆钉连接避免了铆钉的影响，因而在轻量化设计方面优势凸显，已成为汽车、航空航天等领域产品轻量化的重要设计方法，也成为连接技术研究与应用的热点。

随着汽车轻量化的发展，无铆连接技术在车体车顶骨架、前盖内板加强件、汽车前盖扣锁加强板、行李箱盖板等零部件连接中得到了广泛应用。板材连接接头的颈厚值和互锁量是影响连接接头强度的主要指标，而模具的结构和几何形状是影响无铆塑性连接接头互锁量和颈厚值的关键因素，现有的无铆钉连接模具普遍采用一体式凹模结构，在成形时对材料流动的引导作用有限而使得无铆钉连接的接头互锁量较小而导致接头强度偏低。应用所发明的这种成形方法进行双层异质板材无铆连接过程中，分瓣式可扩展组合的凹模结构，改变了板材塑性变形趋势和控制了板材变形的空间，延缓了下板在冲头和上板作用下发生塑性变形的时间，从而实现无铆塑性连接接头互锁量成形控制和提升，解决了现有板材无铆连接时下板过早变形使得互锁量偏小的问题，从而大幅提升连接接头的互锁量并确保接头有足够的颈厚值，实现双层异质板材的高强度连接。

现有的板材塑性连接接头普遍存在因互锁量不够或强度不足等导致的“脱出失效”现象，特别是车体异种板材或车体板材刚度较大的情况下，采用传统无铆连接方法得到的板材无铆钉连接接头互锁量较小，在保证接头连接强度方面存在不足。

发明内容

鉴于现有双层异质板材无铆连接存在的不足，本发明公开了一种凹模可扩展的双层异质板材无铆连接成形方法，该方法利用可扩展式凹模结构提高板材连接接头的塑性变形流动可控性，改善无铆连接过程中板料的塑性流动，使接头的互锁量和颈厚值较采用传统无铆钉连接模具成形方法得到大幅提升，接头形状及性能能满足异质板材高强度连接的要求。

本发明所述的一种凹模可扩展的双层异质板材无铆塑性连接成形方法，使用分瓣式可扩展组合模具对双层异质板材无铆连接成形。

为了进一步解释一种凹模可扩展的双层异质板材无铆塑性连接成形方法，并说明应用该发明方法使用一种凹模可扩展无铆连接模具获得双层异质板材高强度连接接头，本发明提供如下技术方案：

所述凹模可扩展无铆连接模具主体由底座、凹模定板、瓣合可扩展组合凹模、橡胶圈、压边圈、冲头自下而上依次装配组成。

所述底座为模具安装提供基础。

所述凹模定板具有特定几何形态，用于约束瓣合可扩展组合凹模、橡胶圈的相互位置关系，凹模定板通过4个螺钉固连在底座上。

所述的凹模定板中间设置有一个竖直的安装定位圆孔，用于安装瓣合可扩展组合式凹模与橡胶圈；所述的凹模定板四周设置有四个均布内螺纹孔，所述的内螺纹孔与凹模定板固定螺栓配合将凹模定板安装和固定在底座上。

所述的瓣合可扩展组合式凹模由四个瓣模与芯模相配合共同组成，所述的四个瓣模均为四分之一圆形，四个瓣模将所述的芯模包裹在中间，四个瓣模可以向外扩展运动。

所述的瓣合可扩展组合式凹模外部有一个圆环形橡胶圈，所述的橡胶圈用于模具工作时瓣模向外扩展运动起缓冲作用和可扩展组合式凹模复位作用。

所述的压边圈用于成形接头过程中对板材起压紧作用，工作时所述的压边圈下端与板材的表面紧密贴合，上端固定在压力机上；所述的压边圈中间设置有一个竖直的导向圆孔，用于冲头工作时发挥导向作用。

所述冲头用于与可扩展组合式凹模配合成形无铆钉连接接头。

作为优选，当单板厚度在1～1.75mm时，冲头的直径推荐取值为6～8.5mm，冲头拔模斜度推荐值为5°，冲头圆角半径推荐值为0.1～0.9mm，根据不同板厚确定合适的圆角半径。

作为优选，所述的四分之一圆形瓣模可移动距离α推荐值为0.1～1mm，所述的冲头直径与所述的芯模底部至所述的瓣模最上端面的关键高度H的关系满足：

所述的关键高度H 推荐范围为1.2～2.2mm，所述的芯模沟槽圆角半径推荐值为0.1～1mm。

所述的底座设置有四个沉头通孔，所述的沉头通孔用于放置安装凹模定板的四个凹模定板固定螺栓。

一种凹模可扩展的双层异质板材无铆塑性连接成形方法，利用前述的一种凹模可扩展无铆连接模具进行双层异质板材的铆合，按照以下步骤进行：

步骤S1，准备工作：将进行铆接的异质板材进行简单必要的表面清洁处理，然后将板材进行上下搭接并规划好成形区；

步骤S2，设备预热：打开冲压设备开关，调整设备行程，让冲压设备空运行一段时间预热；

步骤S3，将搭接好的板材放置在可扩展组合式凹模上方，并让成形区与可扩展组合式凹模相对应；

步骤S4，将安装至压力机上的压边圈和冲头向下运动直到压紧并固定板材，确保压边圈下方的板材不能移动，确保冲头在压边圈中间的导向圆孔内可正常运动；

步骤S5，将冲压设备进行调零，设置好必要的成形工艺参数进行铆接；

步骤S6，铆接完成后，让冲压设备保持一段时间(避免回弹)，然后控制压力机向上运动，先控制冲头脱出，然后控制压边圈回退；

步骤S7，适当固定橡胶圈，往冲头运动反方向对板材施力，取下成形好的板材即可获得接头，可扩展组合式凹模可依靠橡胶圈的弹性作用自动复位，为下一次无铆连接作准备。

与现有的双层异质板材无铆钉塑性连接成形方法相比，本发明具有以下有益效果：一种凹模可扩展的双层异质板材无铆塑性连接成形方法，在样品金属板材的搭接区域通过使用可扩展无铆连接模具进行铆接；瓣合可扩展组合式凹模因可延后下层板材变形时间，可以更好的引导板材在无铆连接过程中互锁结构的形成，从而实现保证无铆连接接头颈厚值的条件下有效增大接头的互锁量，进而提高异质板材的无铆连接接头强度，满足车身异质板材高强度连接的要求，成形时间短，成形效果好，为无铆连接接头连接强度的疲劳寿命的提高提供了可能。

附图说明

图1为本发明一种凹模可扩展无铆连接模具装配示意图。

图2为瓣合可扩展组合凹模的初始结构示意图。

图3为瓣合可扩展组合凹模的工作结构示意图。

图4为瓣模构造示意图。

图5为芯模构造示意图。

图6为冲头构造示意图。

图7为本发明形成的铝合金无铆连接接头示意图。

图中：1、底座；2、凹模定板；3、瓣合可扩展组合式凹模；4、压边圈；5、冲头；6、橡胶圈； 7、瓣模；8、芯模；9、凹模顶板固定螺栓。

具体实施方式

为了使本发明方法、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

参考图1～6所示，一种凹模可扩展无铆连接模具，主体由底座1、凹模定板2、瓣合可扩展组合凹模3、橡胶圈6、压边圈4、冲头5自下而上依次装配组成。

所述底座1为模具安装提供基础。

所述凹模定板2具有特定几何形态，用于约束瓣合可扩展组合凹模3、橡胶圈6的相互位置关系，凹模定板2通过4个凹模定板固定螺栓9固连在底座1上。

所述的凹模定板2中间设置有一个竖直的安装定位圆孔，用于安装瓣合可扩展组合式凹模3与橡胶圈6；所述的凹模定板2四周设置有四个均布内螺纹孔，所述的内螺纹孔与凹模定板固定螺栓9配合将凹模定板2安装和固定在底座1上。

所述的瓣合可扩展组合式凹模3由四个瓣模7与芯模8相配合共同组成，所述的四个瓣模7均为四分之一圆形，四个瓣模7将所述的芯模8包裹在中间，四个瓣模7可以向外扩展运动。

所述的瓣合可扩展组合式凹模3外部有一个圆环形橡胶圈6，所述的橡胶圈6用于模具工作时瓣模7向外扩展运动起缓冲作用和可扩展组合式凹模3复位作用。

所述的压边圈4用于成形接头过程中对板材起压紧作用，工作时所述的压边圈4下端与板材的表面紧密贴合，上端固定在压力机上；所述的压边圈4中间设置有一个竖直的导向圆孔，用于冲头5工作时发挥导向作用。

所述冲头5用于与可扩展组合式凹模3配合成形无铆钉连接接头。

作为优选，当单板厚度在1～1.75mm时，冲头5的直径推荐取值为6～8.5mm，冲头5拔模斜度推荐值为5°，冲头5圆角半径推荐值为0.1～0.9mm，根据不同板厚确定合适的圆角半径。

作为优选，所述的四分之一圆形瓣模7可移动距离α推荐值为0.1～1mm，所述的冲头5直径与所述的芯模8底部至所述的瓣模7最上端面的关键高度H的关系满足：

所述的关键高度H推荐范围为1.2～2.2mm，所述的芯模8沟槽圆角半径推荐值为0.1～1mm。

所述的底座1设置有四个沉头通孔，所述的沉头通孔用于放置安装凹模定板2的四个凹模定板固定螺栓9。

一种凹模可扩展的双层异质板材无铆连接成形方法，利用前述的一种凹模可扩展无铆连接模具进行板材铆合，按照以下步骤进行：

步骤S1，准备工作：将进行铆接的异质板材进行简单必要的表面清洁处理，然后将板材进行上下搭接并规划好成形区；

步骤S2，设备预热：打开冲压设备开关，调整设备行程，让冲压设备空运行一段时间预热；

步骤S3，将搭接好的板材放置在可扩展组合式凹模3上方，并让成形区与可扩展组合式凹模3相对应；

步骤S4，将安装至压力机上的压边圈4和冲头5向下运动直到压紧并固定板材，确保压边圈4下方的板材不能移动，确保冲头5在压边圈4中间的导向圆孔内可正常运动；

步骤S5，将冲压设备进行调零，设置好必要的成形工艺参数进行铆接；

步骤S6，铆接完成后，让冲压设备保持一段时间(避免回弹)，然后控制压力机向上运动，先控制冲头5脱出，然后控制压边圈4回退；

步骤S7，适当固定橡胶圈6，往冲头5运动反方向对板材施力，取下成形好的板材即可获得接头，可扩展组合式凹模3可依靠橡胶圈6的弹性作用自动复位，为下一次无铆连接作准备；本发明方法工艺简单，操作方便，满足保证无铆连接接头颈厚值的条件下有效增大接头互锁量，提高了异质板材无铆塑性连接强度，能获得高强度连接的异质板材无铆连接接头。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“搭接”等术语应当广义理解，例如可以是固定连接；也可以是机械连接；也可以是通过中间媒介间接连接；也可以是两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述实施例用于对本发明方法作进一步的说明，但并不将本发明方法局限于这些具体实施方式。凡在本发明的精神和原则之内的带可扩展、组合的双层异质板材可扩展模具无铆塑性连接成形方法以及所作的任何修改、等同替换和改进等，均应理解为在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种凹模可扩展无铆连接模具，其特征在于，包括：底座、凹模定板、瓣合可扩展组合凹模、橡胶圈、压边圈、冲头；

所述底座为模具安装提供基础，用于安装整体模具，所述凹模定板具有特定几何形态，用于约束瓣合可扩展组合凹模、橡胶圈的相互位置关系，所述的凹模定板中间设置有一个竖直的安装定位圆孔，用于安装瓣合可扩展组合式凹模与橡胶圈，所述的凹模定板四周设置有四个均布内螺纹孔，所述的内螺纹孔与凹模定板固定螺栓配合将凹模定板安装和固定在底座上，所述的瓣合可扩展组合式凹模由四个瓣模与芯模相配合共同组成，所述的四个瓣模均为四分之一圆形，四个瓣模将所述的芯模包裹在中间，四个瓣模可以向外扩展运动，所所述的瓣合可扩展组合式凹模外部有一个圆环形橡胶圈，所述的橡胶圈用于模具工作时瓣模向外扩展运动起缓冲作用和可扩展组合式凹模复位作用，所述的压边圈用于成形接头过程中对板材起压紧作用，工作时所述的压边圈下端与板材的表面紧密贴合，上端固定在压力机上；所述的压边圈中间设置有一个竖直的导向圆孔，用于冲头工作时发挥导向作用，用于冲头工作时起导向作用，所述冲头用于与可扩展组合式凹模配合成形无铆钉连接接头。

2.根据权利要求1所述的一种凹模可扩展无铆连接模具，其特征在于，所述的凹模定板具有特定几何形态，用于约束瓣合可扩展组合凹模、橡胶圈的相互位置关系，所述的凹模定板中间设置有一个竖直的安装定位圆孔，用于安装瓣合可扩展组合式凹模与橡胶圈，所述的凹模定板四周设置有四个均布内螺纹孔，所述的内螺纹孔与凹模定板固定螺栓配合将凹模定板安装和固定在底座上。

3.根据权利要求1所述的一种凹模可扩展无铆连接模具，其特征在于，所述的瓣合可扩展组合式凹模由四个瓣模与芯模相配合共同组成，所述的四个瓣模均为四分之一圆形，四个瓣模将所述的芯模包裹在中间，四个瓣模可以向外扩展运动，所所述的瓣合可扩展组合式凹模外部由一个圆环形橡胶圈包裹。

4.根据权利要求3所述的瓣合可扩展组合式凹模，其特征在于，所述的瓣模均为均分的四分之一圆环形，四个瓣模将所述的芯模包裹在中心并成完整的圆环状，工作时四个所述的瓣模可向外扩展运动，同时所述的瓣合可扩展组合式凹模外侧包裹的所述的橡胶圈可对所述的瓣模运动起缓冲作用和模具工作结束时起复位作用。

5.根据权利要求3所述的瓣合可扩展组合式凹模，其特征在于，所述的芯模由四个所述的瓣模包裹在中心处，共同安装在所述的凹模定板的定位圆孔内。

6.根据权利要求1所述的一种凹模可扩展无铆连接模具和权利要求3所述的瓣合可扩展组合式凹模，其特征在于，所述的四分之一圆形瓣模可移动距离α推荐值为0.1～1mm，所述的冲头直径d与所述的芯模底部至所述的瓣模最上端面的关键高度H的关系满足：

所述的关键高度H推荐范围为1.2～2.2mm，所述的芯模沟槽圆角半径推荐值为0.1～1mm。

7.一种凹模可扩展的双层异质板材无铆塑性连接成形方法，其特征在于，采用如权利要求1-6所述的任一种凹模可扩展无铆连接模具，并按以下步骤进行：

步骤S1，准备工作：将进行铆接的异质板材进行简单必要的表面清洁处理，然后将板材进行上下搭接并规划好成形区；

步骤S2，设备预热：打开冲压设备开关，调整设备行程，让冲压设备空运行一段时间预热；

步骤S3，将搭接好的板材放置在可扩展组合式凹模上方，并让成形区与可扩展组合式凹模相对应；

步骤S4，将安装至压力机上的压边圈和冲头向下运动直到压紧并固定板材，确保压边圈下方的板材不能移动，确保冲头在压边圈中间的导向圆孔内可正常运动；

步骤S5，将冲压设备进行调零，设置好必要的成形工艺参数进行铆接；

步骤S6，铆接完成后，让冲压设备保持一段时间(避免回弹)，然后控制压力机向上运动，先控制冲头脱出，然后控制压边圈回退；

步骤S7，适当固定橡胶圈，往冲头运动反方向对板材施力，取下成形好的板材即可获得接头，可扩展组合式凹模可依靠橡胶圈的弹性作用自动复位，为下一次无铆连接作准备。

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