CN202219299U - 金属板件的冲压腰形点连接模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属板件的冲压腰形点连接模具，包括凸模及位于凸模下方的凹模。凸模包含凸模体及位于凸模体下端的腰形压头，腰形压头具有与凸模体相连接的腰形压头根部、腰形压头底面及环绕腰形压头底面的腰形压头底角边，腰形压头底面包括由腰形端部半圆弧、半圆直径切点、连接切线依次相连接构成的腰形面；凹模包含凹模体，凹模体的上端具有凹模顶面及位于凹模顶面内侧边缘的凹口边、凹模腰形底面及环绕凹模腰形底面的导流槽；当凸模自上而下依次将第一板件与第二板件压入凹模内时，第一板件与第二板件分别在凹模体内部的凹口边、导流槽处以板件夹层为界互相挤压交错流动并形成呈内层角、外层角，从而形成具有底边凸筋的凹槽的连接点。

Description

金属板件的冲压腰形点连接模具

技术领域

本技术涉及一种金属板件的冲压腰形点连接模具与冲压腰形点连接方法，尤其涉及一种广泛用于气液增力缸式冲压设备上的金属板件的冲压腰形点连接模具与冲压腰形点连接方法。

背景技术

金属板件连接技术包括焊接连接、点焊连接、铆钉连接、螺纹连接、滚口及卷边连接等技术。金属板件冲压点连接技术的创造性问世，突破了传统的板件连接的工艺模式，并以其独特的模具结构简单、低成本高效率、经济节能环保、质量稳定可靠、不损坏任何表面涂层，及不同材质不同厚度板件多层连接的技术特征，广泛应用于航天、机械、汽车、家电、五金等领域。金属板件冲压点连接技术异军突起的贡献显而易见，是现在板件连接技术领域里的一朵奇葩，是一种工艺成熟、高效节能、普及迅速、先进的板件连接技术，具有不可估量的社会效益。

金属板件冲压点连接技术实际上是一种冲压圆点连接技术，其表现方式是在气液增力缸式冲压设备上，利用一个简单的圆形凸模把被连接的板件通过一个冲压加工过程，在压力作用下挤压进相应的凹模内，受到挤压的板件材料在凹模腔内，按设计的导流结构使板件材料的外部及夹层内部之间产生体积形态移动，使压力点周边的夹层材料产生流动变形，互相包扣咬合把板件连接一起，脱模后塑性变形成一面凹陷、一面凸起的圆形点状，即板件冲压圆点连接。目前，这种板件连接的出色表现彰显出其独特技术优势。然而，经过多年的生产实践，发现这种板件冲压圆点连接技术仍然存在着缺陷和不足：

1、板件需要单点连接时，冲压圆点连接部位虽然表面包扣咬合为一体，其内部仍然是圆周分层结构，两层板件当受到两个不同方向外力时极易转动，容易破坏板件连接的稳定性；

2、冲压圆点的直径是根据板件的材质、厚度、冲压位置等条件，选用相应的模具而有不同的变化，但圆形模具结构不会改变，在相同的条件，冲压圆点的直径制约了板件连接部位的互相包扣咬合的接触面积，不适合连接强度要求较高的窄小法兰边的板件；

3、由于连接部位受到圆形的互相包扣咬合的接触面积限制，同时也制约了板件连接强度的范围，而板件连接形成的圆点式结构，其抗拉、抗剪受力状态，不能有避重就轻合理的进行针对性、方向性的选择。

因此，在现有技术中为了克服现有技术存在的缺陷和不足出现了一种板件双圆点连接，即两个并列圆形凸模对应两个并列的两个相通圆形凹模，来实现板件连接，虽然增加了压力点的咬合接触面积、提高了抗拉抗剪强度，但是不足之处是模具形状复杂，制造成本增加，而两个圆形凸模之间分离成夹缝形状，使被压力挤进的流动材料形成夹持力，在冲压加工过程中增加了脱模阻力，加力脱模后容易使板件变形。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷不足，本实用新型的目的是提供一种全新的金属板件的冲压腰形点连接模具与冲压腰形点连接方法。

为了达到以上目的，本实用新型提供了一种金属板件的冲压腰形点连接模具，它包括凸模以及位于凸模下方的凹模。凸模包含凸模体以及位于凸模体下端的腰形压头，腰形压头具有与凸模体相连接的腰形压头根部、腰形压头底面以及环绕腰形压头底面的腰形压头底角边，腰形压头底面包括由腰形端部半圆弧、半圆直径切点、连接切线依次相连接构成的腰形面；凹模包含凹模体，凹模体的上端具有凹模顶面以及位于凹模顶面内侧边缘的凹口边、凹模腰形底面以及环绕凹模腰形底面的导流槽；当凸模自上而下依次将第一板件与第二板件压入凹模内时，第一板件与第二板件分别在凹模体内部的凹口边、导流槽处以板件夹层为界互相挤压交错流动并形成呈内层角、外层角，从而形成具有底边凸筋的凹槽的连接点。

本实用新型的更进一步改进在于，腰形压头底角边的横断剖面是圆弧形，腰形压头底角边的整体外形尺寸略小于腰形压头根部的整体外形尺寸，从而腰形压头底角边与腰形压头根部之间形成角度较小的斜面，因此腰形压头的纵截面基本呈梯形，并且腰形压头底面在垂直方向上的投影落在腰形压头根部的投影内。

本实用新型的更进一步改进在于，凹口边的横断剖面是圆弧形，导流槽的横断剖面是圆弧形，凹模腰形底面与导流槽的连接处的横断剖面是圆弧形。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种金属板件的冲压腰形点连接方法，依次进行如下步骤：

冲压准备过程：调整凸模与凹模的位置，使凸模与凹模的中轴线位于同一直线上，将待加工的第一板件与第二板件依次堆叠在凹模上，其中，凸模包含凸模体以及位于凸模体下端的腰形压头，腰形压头具有与凸模体相连接的腰形压头根部、腰形压头底面以及环绕腰形压头底面的腰形压头底角边，腰形压头底面包括由腰形端部半圆弧、半圆直径切点、连接切线依次相连接构成的腰形面；凹模包含凹模体，凹模体的上端具有凹模顶面以及位于凹模顶面内侧边缘的凹口边、凹模腰形底面以及环绕凹模腰形底面的导流槽；

初压入拉伸过程：凸模下压将第一板件与第二板件冲压入凹模中，当第一板件与第二板件之间的板件夹层的剖面呈直角边时，测量并记录拉伸底厚值x1并与预定值相比较，根据比较结果调整模具的对准，其中，拉伸底厚值x1定义为凹模顶面和凹模腰形底面的之间距离，拉伸底厚值x1的大小直接反映压痕深浅，是检验观察模具之间的偏移量的指标，是模具对准调整固定重要环节；

成型挤压过程：凸模自上而下依次将第一板件与第二板件压入凹模内，第一板件与第二板件分别在凹模体内部的凹口边、导流槽处以板件夹层为界互相挤压交错流动并形成呈内层角、外层角，从而形成具有底边凸筋的凹槽的连接点。由于第一板件材料把导流槽填满形成底边凸筋，第一板件材料流动让位供第二板件材料继续延伸挤压占位，凹模腔内周围材料晶粒逐渐变细，同时第二板件与第一板件内部材料以板件夹层为界，互相有规律交错流动横断剖面呈内层角、外层角的变形，形成预定的纤维流线分布，互相包扣咬合、挤压镶嵌使板件连接在一起。

本实用新型的更进一步改进在于，腰形压头底角边的横断剖面是圆弧形，腰形压头底角边的整体外形尺寸略小于腰形压头根部的整体外形尺寸，从而腰形压头底角边与腰形压头根部之间形成角度较小的斜面。

本实用新型的更进一步改进在于，凹口边的横断剖面是圆弧形，导流槽的横断剖面是圆弧形，凹模腰形底面与导流槽的连接处的横断剖面是圆弧形。

本实用新型的更进一步改进在于，在成型挤压过程之后还具有检验过程，包括测量并记录腰形点底厚值x并与预定值相比较，根据比较结果判定产品质量的好坏，其中，腰形点底厚值x定义为腰形压头底面和凹模腰形底面的之间距离。腰形点底厚值x是经抗拉、抗剪检测而制定的最佳x腰形点底厚的参数，因此在连接过程中需要精确控制该指标，通过压力控制腰形压头底面和凹模腰形底面的之间距离X值，来实现板件连接腰形点底厚值X达到强度要求。

根据以上内容不难看出，金属板件的冲压腰形点连接模具是本实用新型的技术核心，而核心的关键是用简单的模具结构控制着复杂的材料流动变形，连接的金属板件有着各种不同材质、不同板厚、不同位置、不同夹层、不同涂层等约束条件，涉及着模具的结构设计要具备在一定的压力条件下通过冷拉伸、冷挤压连贯的加工工艺过程达到板件连接强度要求。

而在气液增力缸式冲压设备上，冲压腰形点连接是利用金属材料塑性，使金属板件在满足强度、刚度、稳定性能的条件下，通过相应的压力作用在一个形状简单、尺寸合理的腰形凸模和与其相对应的凹模上，经过冷拉伸挤压使板件材料产生残余变形，并在凹模腔内毫无空隙的充满整个容积，材料沿着凹模几何形状从各个不同方向转移流动，使板与板之间的材料晶粒变细，并互相沿着凹模腔内壁周围的受力方向成纤维流线状均匀延伸，使表层内形成有利的残余应力分布，从而达到改变板件冲压腰形点连接部位的表面性能、形状和尺寸的要求。由于板件在冲压腰形点范围塑性变形的结果，不但使该范围的表面层的形状改变，而表面层的金属结构和性能也相应的发生变化，受到冷拉伸挤压的冲压腰形点的材料，表面层得到强化强度极限和屈服点增大。受到冷挤压硬化、强化的加工过程，使冲压腰形点的连接部位材料的抗拉、抗剪、抗动态疲劳承载都有较高的强度，从而满足了金属板件冲压腰形点连接需求。

由于采用了以上技术方案，本实用新型具有以下优点：

1、金属板件冲压腰形点连接是利用极其简单的模具构型，控制极其复杂的材料流动、体积移动、几何变位、塑性变形完成高强度的板件连接，这种创造性的板件冲压腰形点连接，彻底改变了板件圆点连接的常规模式，推动板件连接技术进一步延伸扩展，为不同板件的连接需求提供新的、更适合的选择技术；

2、金属板件冲压腰形点连接几何结构，在腰形的宽等于圆形直径的条件下，腰形面积明显的比圆形面积大、因此冲压腰形点的连接挤压包扣镶嵌的面积也明显大于圆点连接的面积，所以腰形点的连接也明显的大于圆点连接的强度；

3、金属板件冲压圆点连接后连接件比较容易转动，而板件冲压腰形点的几何结构为长形状，板件连接可以防止互相转动。这种结构形式不但适应常规板件的连接，更适合强度要求高，特别狭小的部位板件连接；

4、对金属板件连接的部位强度有受力方向要求的，因冲压圆形点是圆周形态其承载性方没有方向选择性。而板件冲压腰形点连接可以用长、宽不同方向的实验强度供其选择适合的方向定位更加实用；

5、金属板件冲压腰形点连接是靠模具来控制材料流动及材料体积转移，通过一个冲压加工过程的冷挤压变形，将不同材质、不同厚度、不同涂层、不受损伤的把两层或多层板件连接起来，显然、这种板件冲压腰形点连接的技术应用范围更广；

6、金属板件冲压腰形点连接是无需铺助材料的冷挤压加工，凹模合理的材料导流槽结构使被挤压强化、硬化的连接点表面光滑无应力集中，并具有较高的强度及较高动态疲劳承载性能，是一种节省能源、经济环保、成本低廉、简单可靠的新颖实用的板件连接方法。

附图说明

附图1为根据本实用新型冲压腰形点连接模具的凸模的剖面主视示意图；

附图2为根据本实用新型冲压腰形点连接模具的凸模的剖面左视示意图；

附图3为根据本实用新型冲压腰形点连接模具的凸模的仰视示意图；

附图4为根据本实用新型冲压腰形点连接模具的凹模的剖面主视示意图；

附图5为根据本实用新型冲压腰形点连接模具的凹模的剖面左视示意图；

附图6为根据本实用新型冲压腰形点连接模具的凹模的俯视示意图；

附图7为根据本实用新型冲压腰形点连接方法的冲压准备过程的示意图；

附图8为根据本实用新型冲压腰形点连接方法的初压入拉伸过程的示意图；

附图9为根据本实用新型冲压腰形点连接方法的成型挤压过程的示意图；

附图10为根据本实用新型冲压腰形点连接方法加工的金属板件处于连接成型状态的剖面示意图；

附图11为附图10中的金属板件的俯视示意图；

附图12为附图10中的金属板件的仰视示意图；

其中：1、凸模体；2、腰形压头；3、腰形压头底面；4、腰形压头底角边；5、腰形压头根部；6、腰形端部半圆；7、半圆直径切点；8、连接切线；9、凹模体；10、凹模顶面；11、凹模腰形底面；12、导流槽；13、凹口边；14、第一板件；15、第二板件；16、板件内夹层；17、内层角；18、外层角；19、底边凸筋；20、凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

附图1、图2、图3是根据本实用新型的冲压腰形点连接模具的凸模的结构原理结构设计图，其凸模几何结构形式包含凸模体1以及位于凸模体1下端的腰形压头2，腰形压头2具有与凸模体1相连接的腰形压头根部5、腰形压头底面3以及环绕腰形压头底面3的腰形压头底角边4，腰形压头底面3包括由腰形端部半圆弧6、半圆直径切点7、连接切线8依次相连接构成的腰形面，合理的连接构成腰形立体形态。其中腰形压头底角边4横断剖面是圆弧形，目的有利在冷挤压拉伸过程中减少阻力、避免板件表面切断撕裂，腰形压头底角边4整体外形尺寸略小于腰形压头根部5的整体外形尺寸，之间形成角度较小的斜面，因此腰形压头的纵截面基本呈梯形，并且腰形压头底面在垂直方向上的投影落在腰形压头根部的投影内，目的是有利于成型后腰形压头2从板件内脱出，凸模具备把板件挤压进凹模的功能。

附图4、图5、图6是根据本实用新型的冲压腰形点连接模具的凹模的结构原理设计图，其凹模结构形式包含凹模体9，凹模体9的上端具有凹模顶面10以及位于凹模顶面10内侧边缘的凹口边13、凹模腰形底面11以及环绕凹模腰形底面11的导流槽12，合理的连接构成凹模立体形态，具备接受压力载荷、使板件经过拉伸挤压完成塑性变形的功能。其中凹模的凹口边13横断剖面是圆弧形、目的是在挤压过程中减少阻力有利于拉伸变形避免板件在挤压过程中撕裂；凹模的导流槽12横断剖面是圆弧形、凹模腰形底面11与导流槽12连接处横断剖面是圆弧形，目的是减少材料流动让位、体积移动的阻力，并有利于来改变夹层几何形态和残余应力分布。

作用于气液增力缸冲压设备上的凸模与凹模，中心位置互相对应，两个模具的周边间隙尺寸合理均等，目的是在板件冷拉伸挤压加工过程中受力均匀，使板件材料在凹模腔内按设计要求形态进行均衡的流动变形。

以下详细介绍根据本实用新型的金属板件的冲压腰形点连接方法，包括依次进行的如下步骤：

1、冲压准备过程

见图7根据本实用新型冲压腰形点连接方法的冲压准备过程的示意图，利用气液增力缸冲压设备的气压与液压与一体的优势，并具备气动快速行程，驱动模块快速软到位、接触工件自动转为力行程、冲压力自动适应外载变化的特点，把凸模设置为上模，凹模设置为下模，调整凸模与凹模的位置，使凸模与凹模的中轴线位于同一直线上，将第一板件14放在第二板件15的下面，第二板件15的底层下面放置在凹模顶面10上，凸模在气液增力缸的设备上的冲压力控制下准备运行；

2、初压入拉伸过程

见图8根据本实用新型冲压腰形点连接方法的初压入拉伸过程的示意图，凸模的快速下行使腰形压头底面3软到位接触到第二板件15上面时遇到阻力后，自动转换为力行程把第二板件15、第一板件14同时向凹模腔内挤压，当第一板件14的下面与凹模腰形底面11接触时，导流槽12处于虚空状态，被挤压的第二板件15与第一板件14同时被拉伸呈腰形桶状，此时材料移位变形第二板件15转变为腰形桶内层，第一板件14转变为腰形桶外层，被拉伸的第二板件15与第一板件14之间的板件夹层16的剖面呈均匀的直角边，这时形成拉伸底厚值x1（定义为凹模顶面10和凹模腰形底面11的之间距离），该过程是材料表面层金属初次在外力的作用下残余变形而达到的过度形状尺寸，拉伸底厚值x1是与原板件总厚度的比较值，此时板件之间只是腰形桶状紧密结合，连接强度很小。这个冲压过程也是初期设备压力调整、模具对准的一个重要环节。当第一板件14的下面与凹模腰形底面11接触时，拉伸底厚值x1大小直接反映压痕深浅，是检验观察模具之间的偏移量的指标，是模具对中、调整、固定、重要环节；

3、成型挤压过程

见图9根据本实用新型冲压腰形点连接方法的成型挤压过程的示意图，腰形压头底面3继续对第二板件15和第一板件14同时强力向凹模腰形底面11挤压时，第二板件15与第一板件14之间的材料开始发生流动变形，腰形压头底面3与凹模腰形底面11之间的距离逐渐缩小达到腰形点底厚值x，被挤压的材料沿着凸模的腰形压头底面3与凹模的凹模腰形底面11之间周边均匀流动，首先是第二板件15的材料流动对第一板件14的材料进行强力挤压，迫使第一板件14材料把导流槽填满，形成底边凸筋19，此时第一板件14材料流动让位供第二板件15材料继续延伸挤压占位，凹模腔内周围材料晶粒逐渐变细，同时第二板件15与第一板件14内部材料以板件夹层16为界，互相有规律交错流动横断剖面呈内层角17、外层角18的变形，形成合理的纤维流线分布，互相包扣咬合、挤压镶嵌使板件连接在一起，该步骤是最终冷挤压定型过程即塑性变形。该连接过程的关键、是通过压力控制腰形压头底面3和凹模腰形底面11的之间距离X值，来实现板件连接腰形点底厚值X达到强度要求，控制腰形点底厚值X是极其重要的质量指标；

4、检验过程

见图10、图11、图12，对试压样件进行检测，

a、初压入拉伸过程，对板件x1拉伸底厚值的检验及拉伸形态的观察，是通过板件出现的轻微压痕比较发现偏移位置，对模具对中、设备调试提供重要依据、是保证正式产出的基础保证；

b、对冲压腰形点长度L、冲压腰形点宽度H的外形尺寸测量，对腰形点底边凸筋19的外形分布状态观察是检测重点，凸、凹模对中偏移量直接反应在冲压腰形点的底部、而板件底部腰形点底边凸筋19的形状压痕缺损虚实可用来判断模具互相调整的方向位置，通过底部外形观测可使凹、凸模的对中位置调整到最佳状态；

c、对冲压腰形点的样件要通过凹槽20中心线进行剖面切割检测、目的是观察分析板材连接后材料流动分布，互相挤压镶嵌的趋势是否符合设计导向，内层形变是否有撕裂现象及是否具备塑性变形的抗拉、抗剪的几何结构，为模具调配调试提供依据；

d、对冲压腰形点的样件除了进行整体连接抗拉检测外，还要分别进行冲压腰形点的长、宽不同方向的抗拉、抗剪检测，从而制定最佳连接强度的冲压腰形点底厚的参数x，并在连接过程中精确控制这个质量指标。

以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种金属板件的冲压腰形点连接模具，其特征在于，它包括：

凸模，包含凸模体（1）以及位于所述的凸模体（1）下端的腰形压头（2），所述的腰形压头（2）具有与所述的凸模体（1）相连接的腰形压头根部（5）、腰形压头底面（3）以及环绕所述的腰形压头底面（3）的腰形压头底角边（4），所述的腰形压头底面（3）包括由腰形端部半圆弧（6）、半圆直径切点（7）、连接切线（8）依次相连接构成的腰形面；

位于所述的凸模下方的凹模，包含凹模体（9），所述的凹模体（9）的上端具有凹模顶面（10）以及位于所述的凹模顶面（10）内侧边缘的凹口边（13）、凹模腰形底面（11）以及环绕所述的凹模腰形底面（11）的导流槽（12）；

当所述的凸模自上而下依次将第一板件（14）与第二板件（15）压入所述的凹模内时，所述的第一板件（14）与第二板件（15）分别在所述的凹模体（9）内部的凹口边（13）、导流槽（12）处以板件夹层（16）为界互相挤压交错流动并形成呈内层角（17）、外层角（18），从而形成具有底边凸筋（19）的凹槽（20）的连接点。

2.根据权利要求1所述的金属板件的冲压腰形点连接模具，其特征在于：所述的腰形压头底角边（4）的横断剖面是圆弧形，所述的腰形压头底角边（4）的整体外形尺寸略小于所述的腰形压头根部（5）的整体外形尺寸，从而所述的腰形压头底角边（4）与所述的腰形压头根部（5）之间形成角度较小的斜面。

3.根据权利要求1所述的金属板件的冲压腰形点连接模具，其特征在于：所述的凹口边（13）的横断剖面是圆弧形，所述的导流槽（12）的横断剖面是圆弧形，所述的凹模腰形底面（11）与所述的导流槽（12）的连接处的横断剖面是圆弧形。

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