一种单层板预制孔平底无铆连接装置及其铆接方法

本发明属于机械制造塑性成形，涉及一种单层板预制孔平底无铆连接装置及其铆接方法。

背景技术：

1、无铆连接技术通过板材的塑性变形产生机械锁而实现连接，在连接轻质合金材料方面具有巨大优势。由于无铆连接依靠板材常温下的塑性变形，对板材的化学性能要求不高，因此非常适用于连接异种板材或表面有镀层的板料。无铆连接在连接前不需要对板材做前置处理，因此生产效率高、操作简单、连接点成形效果好，连接可靠，在汽车车身制造轻量化方面具有广阔的应用前景。

2、现有无铆连接方式包括冲头加凹模铆接、平底无凹模铆接等，可以实现双层或多层板材的无铆连接。无铆连接工艺的主要步骤分为四个部分，即预紧阶段、初压入阶段、板材初成形阶段和成形阶段。在预紧阶段，将上、下板材叠放，通过压边圈固定在凹模上，冲头运动至与上板材刚好接触的位置；在初压入阶段，冲头向下运动，上板材受力变形，局部产生塑性变形，下板随之变形；在板材初成形阶段，冲头继续下压，板材塑性变形量增大，上、下板材材料持续流入凹模中；在成形阶段，冲头继续下行，直至板材材料将凹模填充完全，至此，上、下板材之间形成互锁的铆接头，铆接完成。

3、采用冲头加凹模的方式，板材成形接头的凹模侧有凸起，不利于后期加工；平底无凹模铆接方式中，上、下板材都要求变形，无法连接塑性较差的金属板。为了改变现有无铆连接的缺陷，实现上层有塑性的板材和下层无塑性板材的连接，并保持连接后的上、下板材表面都平整，特提出一种单层板预制孔平底无铆连接设备及其铆接方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种单层板预制孔平底无铆连接装置，能够实现上层有塑性的板材和下层无塑性板材的无铆平底铆接。

2、本发明的另一目的是提供一种单层板预制孔平底无铆连接装置，实现单层板预制孔平底无铆连接方法。

3、本发明采用的技术方案为：一种单层板预制孔平底无铆连接装置，由一个上模组、一个下模组、一个上板2、一个下板3、一个短销柱15和两个导柱9组成；上模组由上模具4、冲头1、上垫片环11、塑料环6、压边套7、上弹簧14、螺栓12组成；下模组由下模具5、定位销8、下弹簧10和下垫块13组成；上模组和下模组通过两个导柱9连接并对中，其中导柱9的下端与下模具5固定连接，上模具4可以沿着导柱9上下滑移；下模组固定安装在冲压机的工作台面上，上模组与冲压机的滑块连接，上模组随着冲压机的滑块上下滑移；上板2为塑性板，下板3带有倒锥倒角的通孔，上板2叠放在与下板3的上表面，下板3放在下模具5的上表面；下板3的倒锥倒角孔由定位销8的上圆柱面定位；短销柱15放在压边套7的中心孔中，用胶粘在冲头1的最下端。

4、上模具4为圆饼形结构，上模具4的轴心位置有双层阶梯孔，从下到上孔径依次缩小；冲头1为双层阶梯圆柱结构，冲头1的上端大圆柱与上模具4的双层阶梯孔的大孔间隙配合；上弹簧14被冲头1的上端大圆柱封装在上模具4的双层阶梯孔的小孔中；冲头1的下端小圆柱空套有上垫片环11和塑料环6，冲头1的下端外圆柱面与压边套7的中心孔间隙配合；螺栓12与上模具4连接，压边套7通过孔空套在螺栓12上，压边套7可以沿螺栓12上下滑移。

5、下模具5为圆饼形结构，下模具5的轴心位置有三层阶梯孔，从上到下孔径依次缩小；下垫块13为圆柱环结构，下垫块13的外圆柱面与下模具5的三层阶梯孔中的大孔过盈配合；下弹簧10和定位销8的大端圆柱都被下垫块13封装在下模具5的三层阶梯孔中；定位销8的小端圆柱面与下垫块13的内孔间隙配合。

6、本发明的采用的另一技术方案为：一种单层板预制孔平底无铆钉铆接方法，使用一种单层板预制孔平底无铆连接装置，具体操作过程为：

7、将一种单层板预制孔平底无铆连接装置与冲压机连接，下模组固定安装在冲压机的工作台面上，上模组与冲压机的滑块连接；

8、冲压机的滑块与上模组未下压时，将上板2叠放在与下板3的上表面，下板3放在下模具5的上表面；下弹簧10将定位销8顶起，定位销8的上端圆柱卡在下板3的倒锥倒角孔中，下板3的倒锥倒角孔轴线与定位销8的轴线同轴；上弹簧14将冲头1下压，将短销柱15压在上板2的顶面上，塑料环6顶住压边套7，将压边套7压在上板2的顶面；

9、冲压机的滑块带动上模组预压时，上模具4沿着导柱9下移一微小间隙，上弹簧14被压缩，冲头1带着短销柱15上移，短销柱15的下底面与压边套7的下底面平齐；塑料环6被初步压缩，塑料环6的上端面将上垫片环11与上模具4压紧，塑料环6的下端面将压边套7压紧上板2和下板3；

10、冲压机的滑块带动上模组冲压时，上模具4沿着导柱9下压，塑料环6大变形压住压边套7，压边套7的下端面产生大的压边力，并压住上板2；冲头1将短销柱15挤进上板2，上板2产生倒ω形的凸起，倒ω形的凸起填充在下板3的倒锥倒角孔中，同时将定位销8下压，定位销8的下端面顶在下模具5的三层阶梯孔的中间阶层，定位销8的上端面与下模具5的上表面平齐，至此单层预制孔无铆连接完成。

11、本发明的有益效果是：一种单层板预制孔平底无铆连接方法解决了有凹模的无铆连接中一侧被冲压形成凹坑，另一侧被冲压而形成凸起的双侧外表面不平的缺陷；也解决了平底无铆连接中一侧被冲压形成凹坑，同时需要被连接的上、下板都要有很好塑性的苛刻要求，实现了上层有塑性的板材和下层无塑性板材的连接，并保持连接后的上、下板材的表面无凹凸。提供了用于实现一种单层板预制孔平底无铆连接方法的装置，在现有冲压机上实现单层板预制孔平底无铆连接，达到了方便、实用的目的。

技术特征：

1.一种单层板预制孔平底无铆连接装置，其特征在于：由一个上模组、一个下模组、一个上板（2）、一个下板（3）、一个短销柱（15）和两个导柱（9）组成；上模组由上模具（4）、冲头（1）、上垫片环（11）、塑料环（6）、压边套（7）、上弹簧（14）、螺栓（12）组成；下模组由下模具（5）、定位销（8）、下弹簧（10）和下垫块（13）组成；上模组和下模组通过两个导柱（9）连接并对中，其中导柱（9）的下端与下模具（5）固定连接，上模具（4）可以沿着导柱（9）上下滑移；下模组固定安装在冲压机的工作台面上，上模组与冲压机的滑块连接，上模组随着冲压机的滑块上下滑移；上板（2）为塑性板，下板（3）带有倒锥倒角的通孔，上板（2）叠放在与下板（3）的上表面，下板（3）放在下模具（5）的上表面；下板（3）的倒锥倒角孔由定位销（8）的上圆柱面定位；短销柱（15）放在压边套（7）的中心孔中，用胶粘在冲头（1）的最下端。

2.根据权利要求1所述的一种单层板预制孔平底无铆连接装置，其特征在于：上模具（4）为圆饼形结构，上模具（4）的轴心位置有双层阶梯孔，从下到上孔径依次缩小；冲头（1）为双层阶梯圆柱结构，冲头（1）的上端大圆柱与上模具（4）的双层阶梯孔的大孔间隙配合；上弹簧（14）被冲头（1）的上端大圆柱封装在上模具（4）的双层阶梯孔的小孔中；冲头（1）的下端小圆柱空套有上垫片环（11）和塑料环（6），冲头（1）的下端外圆柱面与压边套（7）的中心孔间隙配合；螺栓（12）与上模具（4）连接，压边套（7）通过孔空套在螺栓（12）上，压边套（7）可以沿螺栓（12）上下滑移。

3.根据权利要求1所述的一种单层板预制孔平底无铆连接装置，其特征在于：下模具（5）为圆饼形结构，下模具（5）的轴心位置有三层阶梯孔，从上到下孔径依次缩小；下垫块（13）为圆柱环结构，下垫块（13）的外圆柱面与下模具（5）的三层阶梯孔中的大孔过盈配合；下弹簧（10）和定位销（8）的大端圆柱都被下垫块（13）封装在下模具（5）的三层阶梯孔中；定位销（8）的小端圆柱面与下垫块（13）的内孔间隙配合。

4.一种单层板预制孔平底无铆连接方法，其特征如权利要求1所述：使用如权利要求1所述的一种单层板预制孔平底无铆连接装置，具体操作过程为：冲压机的滑块与上模组未下压时，将上板（2）叠放在与下板（3）的上表面，下板（3）放在下模具（5）的上表面；下弹簧（10）将定位销（8）顶起，定位销（8）的上端圆柱卡在下板（3）的倒锥倒角孔中，下板（3）的倒锥倒角孔轴线与定位销（8）的轴线同轴；上弹簧（14）将冲头（1）下压，将短销柱（15）压在上板（2）的顶面上，塑料环（6）顶住压边套（7），将压边套（7）压在上板（2）的顶面；

技术总结
本发明公开了一种单层板预制孔平底无铆连接装置，包括冲头、预制孔板材、平底模具、弹簧、定位销；下板预制孔及其倒角可以预设铆接头形状，更利于铆接成型；定位销与下板预制孔有效解决铆接过程中的板材定位、对中问题；本发明提供的一种单层板预制孔平底无铆连接方法特别适合下板塑性较差的板材与上板塑性较好的板材的配对铆接，极大简化了铆接装置和操作过程，提高了铆接效率，具有铆接头形状可控和连接可靠等突出优点，扩大了无铆连接技术的应用领域。

技术研发人员：李结绿,何亚银,赵永强,陈礼军,郭腾,蒲景飞,李志斌
受保护的技术使用者：陕西理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16