预开孔泡沫铝夹层板的制备方法及其与金属板的自冲铆接装置及铆接方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了预开孔泡沫铝夹层板的制备方法，铆接过程中不涉及泡沫铝孔状结构的大变形，解决了泡沫铝板在铆接过程中发生局部压缩变形导致周围材料发生翘曲损伤的问题。本发明专利技术还公开了预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接装置及铆接方法，通过制作预开孔的泡沫铝夹层板，采用半空心自冲铆钉，在泡沫铝夹层板孔中放置辅助成形的圆柱形金属板，把铆接过程转化为薄板材料间的连接，可用于不同厚度的泡沫铝夹层板的连接；并且铆接过程避免对泡沫铝孔状结构的破坏，使接头具有良好的密封性及力学性能。

Preparation method of pre opening foam aluminum sandwich plate and self piercing riveting device with metal plate and riveting method

The invention discloses a preparation method of a pre opening foamed aluminum sandwich plate, which does not involve large deformation of the pore structure of the foam aluminum, and solves the problem of warpage damage caused by the local compression deformation of the aluminum foam plate during riveting process. The invention also discloses a self piercing riveting device and a riveting method for a pre opening foamed aluminum sandwich plate and a metal plate. By making a pre opening foam aluminum sandwich plate, a semi hollow self piercing rivet is used to place auxiliary formed cylindrical metal plates in the aluminum foam sandwich plate hole, and the riveting process is transformed into a connection between the sheet materials, which can be used for the connection of aluminum foam sandwich plates with different thickness. And the riveting process avoids the damage to the pore structure of the foam aluminum, so that the joint has good sealing and mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
预开孔泡沫铝夹层板的制备方法及其与金属板的自冲铆接装置及铆接方法
本专利技术属于泡沫铝夹层板与金属板铆接
，特别涉及预开孔泡沫铝夹层板的制备方法及其与金属板的自冲铆接装置及铆接方法。
技术介绍
泡沫金属是一种新型的低密度材料，具有比强度高、良好的吸能特征、能隔音降噪及耐热特性等优势，主要用作建筑板材、吸能材料、防火材料及吸声材料等，在航空、航天、汽车制造及建筑等领域中的应用不断扩大。泡沫铝作为一种应用最广泛的泡沫金属，受到汽车行业和其它交通运输制造业的青睐。在实际工程应用中，泡沫铝在制造业中的应用多为三明治夹层板结构，即两层薄的铝金属板和泡沫铝夹芯结构组成。使用泡沫铝夹层结构制造的某些汽车零件，其质量为原来钢结构的1/2，且刚度提高了10倍，具有良好的保温绝热性能。连接技术是材料在实际工程中得到推广和应用的关键，不具备成熟可靠的连接技术会使泡沫铝夹层板构件难以实现大批量生产和应用。目前泡沫铝夹层结构与金属板的连接通常使用焊接、粘接及传统的铆接等连接技术，在实际工程应用中泡沫铝夹层板通常会与不同材质的金属板进行连接，由于异种板材的熔点与热膨胀系数差异较大，使用焊接技术获得的接头性能较差甚至无法实现其有效连接；传统的机械连接通过机械外锁方式实现板材连接，其造成接头不美观及密封性差；粘接接头容易发生脆性断裂失效，同时受环境影响较大，对于极端环境工况下接头易发生失效。自冲铆接作为一种新型板材连接技术，其通过所连接板材及铆钉的塑性变形形成机械内锁，在进行异种金属、非金属等难焊接金属连接方面具有优势，接头具有较好的密封性及力学性能。但由于泡沫铝厚度较厚且柔韧性差，用传统的自冲铆接技术直接对泡沫铝夹层板进行连接会造成孔状结构局部塌陷导致周围铝板发生翘曲变形，甚至不能完成铆接过程；泡沫铝夹层板的自冲铆接一直是亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术提供了预开孔泡沫铝夹层板的制备方法，目的是解决泡沫铝板在铆接过程中发生局部压缩变形导致周围材料发生翘曲损伤的问题。本专利技术还提供了预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接装置及铆接方法，通过制作预开孔的泡沫铝夹层板，采用半空心自冲铆钉，在泡沫铝夹层板孔中放置辅助成形的圆柱形金属板，把铆接过程转化为薄板材料间的连接，可用于不同厚度的泡沫铝夹层板的连接；使接头具有良好的密封性及力学性能。本专利技术提供的预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接方法，通过控制对压边圈的压力，控制铆接过程中泡沫铝夹层板所受的压强，以保持适当的压紧压力，避免压紧力过大导致泡沫铝孔状结构塌陷，使泡沫铝性能受损。本专利技术提供的技术方案为：预开孔泡沫铝夹层板的制备方法，包括如下步骤：步骤一、在第一致密铝板上开设第一圆形通孔；步骤二、在泡沫铝板上开设第二圆形通孔；步骤三、制作圆柱形金属片；其中，所述第一圆形通孔的直径、所述第二圆形通孔的直径及所述圆柱形金属片的直径均相同；步骤四、将所述圆柱形金属片放置所述第二圆形通孔内，其下表面与所述泡沫铝板的下表面共面，将所述圆柱形金属片与所述泡沫铝板接触的区域固定粘接；步骤五、将所述第一致密铝板放置在所述泡沫铝板的一侧，使所述第一圆形通孔与所述第二圆形通孔同轴，将所述第一致密铝板的表面与所述泡沫铝板的表面固定粘接；将第二致密铝板放置在所述泡沫铝板的另一侧，将所述第二致密铝板的表面与所述泡沫铝板的表面固定粘接；固化后，得到预开孔泡沫铝夹层板。优选的是，所述圆柱形金属片的厚度小于泡沫铝板的厚度。预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接装置，使用所述的预开孔泡沫铝夹层板，包括：铆钉；凹模主体，其中心位置开设有凹模型腔，所述凹模型腔的的侧壁为圆柱形，中心处为圆锥形凸台；所述凹模型腔的尺寸与所述铆钉相匹配；压边圈，其开设有圆柱形的中心通孔；冲头，其能够在所述中心通孔内沿所述中心通孔的轴向往复运动；其中，所述预开孔泡沫铝夹层板与金属板贴紧放置在所述凹模主体与所述压边圈之间，使所述中心通孔、所述第一通孔及所述凹模型腔同轴；所述铆钉能够在所述冲头的运动作用下在所述第一通孔处将所述预开孔泡沫铝夹层板和所述金属板铆接；多个压力传感器，其分布在所述压边圈靠近所述预开孔泡沫铝夹层板的端面上。优选的是，所述凹模型腔的回转轴线与所述圆锥形凸台的回转轴线共线。优选的是，所述铆钉包括依次同轴连接的第一部分、第二部分及第三部分；其中，所述第一部分和所述第二部分均为实心圆柱体，所述第三部分为一端具有开口的空心圆柱体；并且从所述第一部分、第二部分到所述第三部分的外径依次减小。优选的是，所述第二部分的直径与所述第一通孔的直径相等。优选的是，所述第三部分开口侧的端面与内侧面之间采用圆弧过渡。预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接方法，使用所述的预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接装置，包括如下步骤：步骤1、将金属板和预开孔泡沫铝夹层板依次放置于凹模主体上；其中，第二致密铝板与所述金属板表面贴紧；步骤2、启动压力传感器，驱动压边圈向下运动，将所述金属板和所述预开孔泡沫铝夹层板压紧；步骤3、将铆钉放入压边圈的中心通孔中，驱动冲头下移，推动铆钉刺穿泡沫铝夹层板孔内的圆柱形金属片及第二致密铝板；在冲头和凹模主体的作用下铆钉的第三部分在所述金属板内张开形成机械内锁结构；步骤4、待冲头下移至下止点，铆接完成，冲头及压边圈返回至初始位置。优选的是，在铆接过程中，通过压力传感器实时检测预开孔铝合金夹层板表面受到的压强，控制施加给压边圈的驱动力，以保证铝合金夹层板受到的压强不超过设定的最大压强。优选的是，所述最大压强为：其中，P0为泡沫铝板的抗压缩强度，T为第一致密铝板表面的温度，TH为环境温度；V为冲头的移动速度，Vmin为设定的冲头最小移动速度，Vmax为设定的冲头最大移动速度；d为第一圆形通孔的孔径；h为泡沫铝板的厚度。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用预开孔的泡沫铝夹层板，铆接过程中不涉及泡沫铝孔状结构的大变形，解决了泡沫铝局部发生压缩变形导致周围材料发生翘曲损伤，同时解决了厚度较厚的泡沫铝板无法进行自冲铆接的问题。(2)本专利技术采用半空心自冲铆钉，其包括实心腿部和空心腿部，通过调节实心腿部和空心腿部的长度可满足不同厚度的泡沫铝夹层板的自冲铆接。(3)本专利技术设置了压力传感器，在铆接过程中实时监测铝板受到的压力，控制铆接过程中泡沫铝夹层板所受压力值，保持适当的压紧压力，避免压紧力过大导致泡沫铝孔状结构塌陷，使泡沫铝性能受损。(4)本专利技术具有普适性强、成本低、力学性能优越等优势，同时接头具有较好的密封性和防腐蚀性。附图说明图1为本专利技术所述的预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接装置剖视图。图2为本专利技术所述的泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接过程中冲头运动到下止点的示意图。图3为本专利技术所述的压边圈上粘贴压力传感器的剖视图。图4为本专利技术所述的铆钉的剖视图。图5为本专利技术所述的开孔后的致密铝板的剖视图。图6为本专利技术所述的开孔后的泡沫铝板的剖视图。图7为本专利技术所述的未开孔的致密铝板的剖视图。图8为本专利技术所述的圆柱形金属片的剖视图。图9为本专利技术所述的预开孔泡沫铝夹层板的剖视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1-4所示，本专利技术提供了预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接装置，主要包括：凹模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.预开孔泡沫铝夹层板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在第一致密铝板上开设第一圆形通孔；步骤二、在泡沫铝板上开设第二圆形通孔；步骤三、制作圆柱形金属片；其中，所述第一圆形通孔的直径、所述第二圆形通孔的直径及所述圆柱形金属片的直径均相同；步骤四、将所述圆柱形金属片放置所述第二圆形通孔内，其下表面与所述泡沫铝板的下表面共面，将所述圆柱形金属片与所述泡沫铝板接触的区域固定粘接；步骤五、将所述第一致密铝板放置在所述泡沫铝板的一侧，使所述第一圆形通孔与所述第二圆形通孔同轴，将所述第一致密铝板的表面与所述泡沫铝板的表面固定粘接；将第二致密铝板放置在所述泡沫铝板的另一侧，将所述第二致密铝板的表面与所述泡沫铝板的表面固定粘接；固化后，得到预开孔泡沫铝夹层板。

【技术特征摘要】
1.预开孔泡沫铝夹层板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在第一致密铝板上开设第一圆形通孔；步骤二、在泡沫铝板上开设第二圆形通孔；步骤三、制作圆柱形金属片；其中，所述第一圆形通孔的直径、所述第二圆形通孔的直径及所述圆柱形金属片的直径均相同；步骤四、将所述圆柱形金属片放置所述第二圆形通孔内，其下表面与所述泡沫铝板的下表面共面，将所述圆柱形金属片与所述泡沫铝板接触的区域固定粘接；步骤五、将所述第一致密铝板放置在所述泡沫铝板的一侧，使所述第一圆形通孔与所述第二圆形通孔同轴，将所述第一致密铝板的表面与所述泡沫铝板的表面固定粘接；将第二致密铝板放置在所述泡沫铝板的另一侧，将所述第二致密铝板的表面与所述泡沫铝板的表面固定粘接；固化后，得到预开孔泡沫铝夹层板。2.根据权利要求1所述的预开孔泡沫铝夹层板的制备方法，其特征在于，所述圆柱形金属片的厚度小于泡沫铝板的厚度。3.预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接装置，其特征在于，使用如权利要求1-2所述的预开孔泡沫铝夹层板，包括：铆钉；凹模主体，其中心位置开设有凹模型腔，所述凹模型腔的的侧壁为圆柱形，中心处为圆锥形凸台；所述凹模型腔的尺寸与所述铆钉相匹配；压边圈，其开设有圆柱形的中心通孔；冲头，其能够在所述中心通孔内沿所述中心通孔的轴向往复运动；其中，所述预开孔泡沫铝夹层板与金属板贴紧放置在所述凹模主体与所述压边圈之间，使所述中心通孔、所述第一通孔及所述凹模型腔同轴；所述铆钉能够在所述冲头的运动作用下在所述第一通孔处将所述预开孔泡沫铝夹层板和所述金属板铆接；多个压力传感器，其分布在所述压边圈靠近所述预开孔泡沫铝夹层板的端面上。4.根据权利要求3所述的预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆接装置，其特征在于，所述凹模型腔的回转轴线与所述圆锥形凸台的回转轴线共线。5.根据权利要求4所述的预开孔泡沫铝夹层板与金属板的自冲铆...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄蔚敏，刘洋，施宏达，王鹏跃，王涛，王楠，孙健，李安琪，武世杰，秦龙，吴迪，高瑞娟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22