CN115502321A - 一种金属薄板旋铆连接方法 - Google Patents
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Abstract
现有薄板连接技术多采用基于材料塑形变形的方法，虽可保证不同金属薄板间快速连接，但均存在如下问题：1）连接点产生局部凸起，高于薄板大面；2）连接点受力大，薄板零件变形不可控。为克服现有技术中的不足，本发明提出了一种金属薄板旋铆连接方法。该方法将铆钉与薄板整体加工，利用专用工装限位夹紧，通过旋铆的方法将铆钉材料逐步碾压至铆窝中，实现薄板间连接，保证薄板连接过程中连接点无凸起，变形可控，获得大面平整的零部件。
Description
技术领域
本发明属于金属薄板连接技术领域，具体涉及一种金属薄板旋铆连接方法。
背景技术
随着技术的不断发展，金属薄板材料的连接技术在制造业中扮演着越来越重要的角色，在精密仪器，医疗器械、电子电气等领域都有着广泛的应用。其结构特点在于双层或多层薄板本身厚度小，零件刚性差，连接过程中受力极易引起变形。为了连接不同种类、不同镀层及不易焊接的薄板材料，研究人员已经创造出许多机械变形连接技术，且工业生产对于金属薄板连接的变形控制要求逐步提高。
专利CN1222872A提供了一种压力结合方法，通过冲头和冲模使在接点位置金属薄板的材料和体积局部移位，随着垂直于金属薄板的平面的镦锻而接合为材料流。
专利CN100999006A公开了一种金属薄板的铆接方法及结构，通过将金属薄板需要连接的部分重叠，在金属薄板的连接点处形成切割段，该切割段至少有一个边与自身的金属薄板连接，所有切割段均重叠在一起并经过挤压向底部金属薄板的外表面翻折，形成连接所有金属薄板的连接节点。
专利CN102601248A提供了一种金属板材铆接方法，通过在上下板料上分别开一大一小的通孔，再将上板材的自身材料冷挤压到下板铆接孔中实现板材铆接。
现有薄板连接技术多采用基于材料塑形变形的方法，虽可保证不同金属薄板间快速连接，但均存在如下问题：1)连接点产生局部凸起，高于薄板大面；2)连接点受力大，薄板零件变形不可控。现有薄板连接技术仅适用于较为粗放的连接工况，对于装配空间紧凑、薄板大面平面度要求高的零件，无法适用。
因此，有必要找到一种新的金属薄板连接方法，解决金属薄板连接点凸出大面、零件变形过大的问题，满足高平面度要求的薄板连接。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明提出了一种金属薄板旋铆连接方法。该方法将铆钉与薄板整体加工，利用专用工装限位夹紧，通过旋铆的方法将铆钉材料逐步碾压至铆窝中，实现薄板间连接，保证薄板连接过程中连接点无凸起，变形可控，获得大面平整的零部件。
具体包括以下各步骤：
步骤1、上薄板及铆窝成型：加工上薄板特征及外形，并在上薄板表面加工铆孔及铆窝。
步骤2、下薄板及铆钉成型：加工下薄板特征及外形，并在下薄板表面加工铆钉。
步骤3、铆接工装及铆头准备：加工铆接工装及铆头。
步骤4、上、下薄板铆前配合：将上、下薄板配合，将所有铆钉穿过铆孔，然后利用铆接工装将上、下薄板整体夹紧。
步骤5、上、下薄板旋铆连接：在铆接机床上定位铆接工装，利用旋铆机将铆钉材料碾压至铆窝中，按中心法铆接顺序逐点旋铆，实现上下薄板连接。
进一步地，所述上、下薄板通过数控机床加工成型，上、下薄板大面厚度不大于2mm，材料为塑性材料。
优选地，所述塑性材料为铝合金或铜合金。
进一步地，所述铆钉与下薄板为一体，所述铆孔及铆窝在上薄板表面，铆钉位置与铆孔位置一一对应，铆钉凸出铆窝部分体积与铆窝部分体积相等，铆孔直径比铆钉直径大0.1mm，铆窝深度不小于铆钉直径的0.3倍，铆窝角度为75°～105°。
进一步地，所述铆接工装包括底板和顶板，底板内腔与上、下薄板通过外形定位，内腔底部大面平面度不大于0.1，腔深与上、下薄板总厚度相等；顶板与底板通过螺钉连接，并在铆点位置预留避让孔。
进一步地，所述铆头材料强度及硬度均优于铆钉材料，铆头顶部为平面，且顶部直径比铆窝直径大0.5～1mm。
进一步地，所述上、下薄板铆前配合过程具体为：将上、下薄板配合，铆钉穿过铆孔，整体装入工装底板中，通过工装顶板压紧，保证上、下薄板压紧，铆点位置露出。
进一步地，所述上、下薄板旋铆连接过程具体为：将工装与旋铆机床定位，工装至于顶铁上铆头与铆钉轴线呈3～5°，铆头在绕铆钉轴线连续回转运动的同时下压运动，铆头对铆钉进行连续渐进的局部碾压变形，从而实现铆钉材料填满铆窝，铆头接触大面后，继续下压深度不超过0.1mm。
进一步地，所述中心法铆接顺序以薄板零件中心铆点为起始，左右交替往两侧铆接。
本发明的有益效果在于
1.本方法取消了常规旋铆过程中铆钉，将铆钉与下薄板一体加工，通过旋铆铆头逐步碾压，将下薄板的铆钉材料渐进连续碾压到上薄板铆窝中，实现上下薄板的连接。该方法能保证连接点不凸出，得到平整大面。
2.本方法采用旋铆进行连接，其压力仅为普通压铆的1/10～1/15，零件受力很小，且铆接过程中薄板零件由工装限位压紧，铆接变形可控，表面质量优异。
3.本方法适用于高精度数控旋铆机，提高了产品质量一致性及生产效率，降低了制造成本。
附图说明
图1为单点旋铆连接示意图。
图2为旋铆连接前后铆点结构示意图。
图3为薄板及工装装配示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明两层薄板间单点旋铆连接示意图，旋铆过程中上下两层薄板配合在一起，所有铆钉穿过铆孔，工装底板和工装顶板将上下薄板夹紧，底部由顶铁支撑，顶部铆头与铆钉轴线呈3～5°夹角，绕铆钉轴线旋转的同时作下压运动，铆钉连续渐进变形，直至铆接操作完成。
图2是铆接前后铆点结构示意图，铆钉与下薄板一体，铆窝位于上薄板表面，旋铆前铆钉高出上薄板表面；旋铆后铆钉凸出铆窝部分材料连续变形，最终将铆窝填满。
图3是双层薄板及工装的装配示意图，两层薄板放置于工装底板方腔内，顶部由工装顶板压紧，顶板上预留避让圆孔，保证旋铆时铆头运动无干涉。
实施例：
本实施例中，两层薄板大面厚度均为1.5mm，长550mm，宽150mm，薄板材料为5A06，现需将两层材料连接，设计要求连接点不高于大面，采用本方法加工成型，共2排铆钉，每排铆钉数量为5，铆钉间距100mm。
各步骤加工方法详细说明：
1)采用1.5mm厚5A06板材加工上薄板，装夹后保证大面平面度0.05以下，利用数控铣床加工铆孔及铆窝，铆孔直径2.1mm，铆窝直径3.3mm，铆窝深度0.6mm，然后加工外形落料。
2)采用6mm厚5A06板材加工下薄板，装夹后加工上下大面，保证大面平面度0.05以下的情况下加工铆钉，保证大面厚度1.5mm，铆钉直径2mm，铆钉高出大面2.1mm，然后加工外形落料。
3)工装准备，工装包含底板与顶板，底板材料Q235，底板总厚度5mm，腔深3mm，内腔双边尺寸均比零件外形大0.1mm。顶板为2mm厚铝板，与底板螺接，以铆点为中心加工Φ15圆孔进行避让。
4)铆头准备，铆头材料为40Cr，调质处理后硬度为HRC32～36，铆头顶部直径3.8mm。
5)将上、下薄板配合，铆钉穿过铆孔，整体装入工装底板中，然后用工装顶板连接，保证上下薄板压紧，铆点位置露出。
6)将工装与旋铆机床定位，工装至于顶铁上，以中心铆点为起始，左右交替铆接逐点旋铆，将材料碾压至铆窝中，保证旋铆连接点不高于大面。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种金属薄板旋铆连接方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1、上薄板及铆窝成型：加工上薄板特征及外形，并在上薄板表面加工铆孔及铆窝；
步骤2、下薄板及铆钉成型：加工下薄板特征及外形，并在下薄板表面加工铆钉；
步骤3、铆接工装及铆头准备：加工铆接工装及铆头；
步骤4、上、下薄板铆前配合：将上、下薄板配合，将所有铆钉穿过铆孔，然后利用铆接工装将上、下薄板整体夹紧；
步骤5、上、下薄板旋铆连接：在铆接机床上定位铆接工装，利用旋铆机将铆钉材料碾压至铆窝中，按中心法铆接顺序逐点旋铆，实现上下薄板连接。
2.根据权利要求1所述的金属薄板旋铆连接方法，其特征在于：所述上、下薄板通过数控机床加工成型，上、下薄板大面厚度不大于2mm，材料为塑性材料。
3.根据权利要求2所述的金属薄板旋铆连接方法，其特征在于：所述塑性材料为铝合金或铜合金。
4.根据权利要求1所述的金属薄板旋铆连接方法，其特征在于：所述铆钉与下薄板为一体，所述铆孔及铆窝在上薄板表面，铆钉位置与铆孔位置一一对应，铆钉凸出铆窝部分体积与铆窝部分体积相等，铆孔直径比铆钉直径大0.1mm，铆窝深度不小于铆钉直径的0.3倍，铆窝角度为75°～105°。
5.根据权利要求1所述的金属薄板旋铆连接方法，其特征在于：所述铆接工装包括底板和顶板，底板内腔与上、下薄板通过外形定位，内腔底部大面平面度不大于0.1，腔深与上、下薄板总厚度相等；顶板与底板通过螺钉连接，并在铆点位置预留避让孔。
6.根据权利要求1所述的金属薄板旋铆连接方法，其特征在于：所述铆头材料强度及硬度均优于铆钉材料，铆头顶部为平面，且顶部直径比铆窝直径大0.5～1mm。
7.根据权利要求1所述的金属薄板旋铆连接方法，其特征在于：所述上、下薄板铆前配合过程具体为：将上、下薄板配合，铆钉穿过铆孔，整体装入工装底板中，通过工装顶板压紧，保证上、下薄板压紧，铆点位置露出。
8.根据权利要求1所述的金属薄板旋铆连接方法，其特征在于：所述上、下薄板旋铆连接过程具体为：将工装与旋铆机床定位，工装至于顶铁上铆头与铆钉轴线呈3～5°，铆头在绕铆钉轴线连续回转运动的同时下压运动，铆头对铆钉进行连续渐进的局部碾压变形，从而实现铆钉材料填满铆窝，铆头接触大面后，继续下压深度不超过0.1mm。
9.根据权利要求1所述的金属薄板旋铆连接方法，其特征在于：所述中心法铆接顺序以薄板零件中心铆点为起始，左右交替往两侧铆接。
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