一种自冲铆连接装置及其铆接方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自冲铆连接装置，包括半空心的铆钉、中空的压边圈、设置于压边圈的中空腔内的上冲杆、设置于压边圈正下方的下模，在下模上、位于上冲杆正下方设有成型凹槽，上冲杆可在压边圈内上下移动，铆钉位于上冲杆与下模之间，铆钉包括钉帽、从钉帽下表面往下延伸的钉杆，钉杆具有敞开口朝下的中空腔，成型凹槽为圆环形凹槽，所述铆钉为可刺穿低延展性板料的铆钉；铆钉刺穿低延展性板料后，钉杆下端径向扩张并向上翻卷，形成“U”型钩状结构，且钩状结构的上端与低延展性板料下表面抵接。同时本发明专利技术还提供一种铆接方法。本发明专利技术的装置和方法解决了自冲铆连接低延展性板料的问题，具有铆接点质量高，连接可靠等优点。连接可靠等优点。连接可靠等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种自冲铆连接装置及其铆接方法


[0001]本专利技术属于薄板材料的机械变形连接
，具体涉及一种自冲铆连接装置及其铆接方法。

技术介绍

[0002]自冲铆(self piercing rivet，缩写SPR)是近些年来快速发展的一种薄板材料新型机械变形连接技术。与传统铆接方法不同，自冲铆连接过程无须预先钻孔，半空心铆钉在冲头的作用下穿透上板，并且在下模引导下，中空铆钉脚在下板中不断扩张，最终与被连接材料形成力与结构封闭的机械内锁结构。在汽车、建筑、家用电器的结构件设计制造等领域，由于自冲铆连接技术具有快速高效、适应性强等特点，已成为轻合金——特别是铝合金薄板材料机械连接中首选重要技术之一。
[0003]然而，随着航空、航天，轨道交通等结构轻量化需求的不断增加，自冲铆连接所涉及的薄板材料的种类在不断扩展，从传统地高延展性材料，如5052铝合金等，逐渐扩展到了低延展性材料，如，铸铝，铝硅合金、先进高强度钢、超高强钢、碳纤维等。甚至是异种材料的连接，如，钢/铝，铝/碳纤维等铝合金。传统的自冲铆技术在面对低延展性材料的连接时，遇到了巨大的挑战。现有技术的自冲铆成型过程中，低延展性材料在成型模具中流程性差，导致了机械内锁不充分、材料开裂等问题，进而降低了结构件的连接强度和使用寿命。因此，开发适用于低延展性薄板材料连接“高效”、“可靠”的铆接技术是实际工程应用急待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术旨在提供一种适用于低延展性材料铆接的自冲铆连接装置，同时提供应用该装置进行自冲铆接的方法。
[0005]本专利技术解决问题的技术方案是：一种自冲铆连接装置，包括半空心的铆钉、中空的压边圈、设置于压边圈的中空腔内的上冲杆、设置于压边圈正下方的下模，在下模上、位于上冲杆正下方设有成型凹槽，所述上冲杆可在压边圈内上下移动，所述铆钉位于上冲杆与下模之间，所述铆钉包括钉帽、从钉帽下表面往下延伸的钉杆，钉杆具有敞开口朝下的中空腔，所述成型凹槽为圆环形凹槽，所述铆钉为可刺穿低延展性板料的铆钉；
[0006]所述铆钉刺穿板料后，钉杆下端径向扩张并向上翻卷，形成“U”型钩状结构，且钩状结构的上端与板料下表面抵接。
[0007]上述方案中，板料的部分材料进入了U型钩状结构的型腔内，形成相互咬合的关系。
[0008]现有技术中，自冲铆技术在铆接板材时，铆钉的钉杆不刺穿下层板料，只刺穿上层板料，在下层板料中钉杆扩张形成机械内锁。
[0009]上述方案改变原来的惯性思维，创造性的将下层板料也刺穿，巧妙的绕过了低延展性材料在成型模具中流程性差的不利因素，减少低延展性材料的流动，避免了低延展性
材料开裂等问题出现，通过“U”型钩状结构形成咬合内锁，保证了铆接的连接强度和使用寿命。
[0010]具体的，所述钉帽为圆盘形，所述钉杆为圆台体；
[0011]所述钉杆上端外径D
r1
大于钉杆下端外径D
r2
；
[0012]所述钉杆的中空腔为圆柱形腔，其内径为D
k
、深度为t1；
[0013]所述钉帽、钉杆、钉杆的中空腔、成型凹槽具有共同的中心轴o；
[0014]所述钉帽外径D
m
大于钉杆上端外径D
r1
；
[0015]所述钉帽和钉杆的连接界面区域设有第一过渡圆弧,所述第一过渡圆弧的半径R
d
满足关系为：R
d
≥0.5
·
(D
m
‑
D
r1
)。
[0016]进一步的，所述成型凹槽深度为t
c2
，成型凹槽的内径为D
c1
，成型凹槽的外径为D
c2
，并满足条件：
[0017]0.98≤D
c1
/D
k
≤1，且D
m
/D
c2
＜1；
[0018]在径向方向上，圆环形凹槽的内侧和外侧分别形成有内凸台和外凸台，所述内凸台的高度低于外凸台的高度；内凸台、外凸台、以及圆环形凹槽具有共同的中心轴线o。
[0019]进一步的，所述成型凹槽的侧壁与成型凹槽底面之间设有第二过渡圆弧，且第二过渡圆弧的半径R
h
满足关系：
[0020]R
h
≥0.25
·
(D
c2
‑
D
c1
)；
[0021]进一步的，所述铆钉的总长度L
R
与t
c2
满足关系：L
R
＝(1.5～2)
·
t
c2
。
[0022]优选的，所述铆钉的总长度L
R
为9.5～10.5mm；钉帽外径D
m
为11.5～12.5mm；钉杆下端外径D
r2
为7.5～8.5mm；
[0023]所述钉杆的中空腔内径D
k
为5.5～6.5mm；钉杆的中空腔深度t1为6.5～7.5mm。
[0024]优选的，所述成型凹槽的内径D
c1
为5.5～6.5mm；成型凹槽的外径D
c2
为15.5～16.5mm；
[0025]所述内凸台的与外凸台之间的高度差t
c1
为1～2mm。
[0026]更进一步的，所述钉杆下端设有利于刺穿的倒直角部，倒直角尺寸L
m
满足关系式：L
m
≥0.5
·
(D
r2
‑
D
k
)。
[0027]优选的，在第一过渡圆弧处沿周向设有多个防扭凸台。
[0028]进一步的，在钉帽中心开有与钉杆的中空腔连通的通孔，所述通孔直径M
m
小于钉杆中空腔的内径D
k
。
[0029]相应的，本专利技术还提供一种应用上述自冲铆连接装置的铆接方法，包括如下步骤：
[0030]步骤1：将待连接的板料置于压边圈和下模之间，铆接点对准上冲杆位置；铆钉被送入压边圈的中空腔内，并置于上冲杆正下方；压边圈逐渐靠近下模，直至与板料抵接；
[0031]步骤2：上冲杆在驱动力作用下，向下模高速运动，铆钉在上冲杆的推动下对板料进行剪切，钉杆完全刺穿板料；
[0032]步骤3：铆钉在上冲杆的带动下继续下行，直至钉杆与成型凹槽接触；在成型凹槽的约束下，所述钉杆径向扩张，向外、向上翻卷；最终钉杆的中空腔部位的材料与板料相咬合，形成“U”型钩状结构，且钩状结构的上端与板料下表面抵接；
[0033]步骤4：保压预定时间后停止施压，铆接完成。
[0034]进一步的，在钉帽中心开有与钉杆的中空腔连通的通孔；
[0035]步骤4之后，还包括步骤5：通过驱动推杆，插入所述钉帽的通孔中，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自冲铆连接装置，包括半空心的铆钉、中空的压边圈、设置于压边圈的中空腔内的上冲杆、设置于压边圈正下方的下模，在下模上、位于上冲杆正下方设有成型凹槽，所述上冲杆可在压边圈内上下移动，所述铆钉位于上冲杆与下模之间，所述铆钉包括钉帽、从钉帽下表面往下延伸的钉杆，钉杆具有敞开口朝下的中空腔，其特征在于：所述成型凹槽为圆环形凹槽，所述铆钉为可刺穿低延展性板料的铆钉；所述铆钉刺穿板料后，钉杆下端径向扩张并向上翻卷，形成“U”型钩状结构，且钩状结构的上端与板料下表面抵接。2.根据权利要求1所述的自冲铆连接装置，其特征在于：所述钉帽为圆盘形，所述钉杆为圆台体；所述钉杆上端外径D
r1
大于钉杆下端外径D
r2
；所述钉杆的中空腔为圆柱形腔，其内径为D
k
、深度为t1；所述钉帽、钉杆、钉杆的中空腔、成型凹槽具有共同的中心轴o；所述钉帽外径D
m
大于钉杆上端外径D
r1
；所述钉帽和钉杆的连接界面区域设有第一过渡圆弧,所述第一过渡圆弧的半径R
d
满足关系为：R
d
≥0.5
·
(D
m
‑
D
r1
)。3.根据权利要求2所述的自冲铆连接装置，其特征在于：所述成型凹槽深度为t
c2
，成型凹槽的内径为D
c1
，成型凹槽的外径为D
c2
，并满足条件：0.98≤D
c1
/D
k
≤1，且D
m
/D
c2
＜1；在径向方向上，圆环形凹槽的内侧和外侧分别形成有内凸台和外凸台，所述内凸台的高度低于外凸台的高度；内凸台、外凸台、以及圆环形凹槽具有共同的中心轴线o。4.根据权利要求3所述的自冲铆连接装置，其特征在于：所述成型凹槽的侧壁与成型凹槽底面之间设有第二过渡圆弧，且第二过渡圆弧的半径R
h
满足关系：R
h
≥0.25
·
(D
c2
‑
D
c1
)。5.根据权利要求3所述的自冲铆连接装置，其特征在于：所述铆钉的总长度L
R
与t
c2
满足关系：L
R
＝(1.5～2)
·
t
c2
。6.根据权利要求5所述的自冲铆连接装置，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥迅，何晓聪，曾凯，邢保英，
申请(专利权)人：苏州雷力紧固技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：