一种双层金属板材与管材的连接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于材料连接技术领域，涉及一种双层板材与管材的连接装置，包括上模、下模和辅助件，辅助件为端部加工有倒角的薄壁环形结构，连接时，辅助件与管材和两板材间形成机械锁扣。还公开了一种双层板材与管材的连接方法，下模固定不动，分别将下板材、辅助件、上板材顺序套装在管材外壁，然后将管材放置在下模内，上模套入管材并以恒定速度对上板材进行挤压，使得辅助件逐渐刺入上板材与下板材内，在板材内发生弯曲变形形成机械锁扣，且在弯曲变形中对接触部分的管材进行径向挤压发生径缩变形，形成辅助件及管材的机械锁扣，当上模运动至预设位置后，完成多板材

【技术实现步骤摘要】
一种双层金属板材与管材的连接装置及方法


[0001]本专利技术属于材料连接
，具体公开了一种双层金属板材与管材的连接装置及方法。

技术介绍

[0002]复合金属板由于兼具组元金属板的多重优异性能(力学性能或物理及化学性能)，能够克服单一金属板材的性能缺陷，而在航空航天、汽车、化工等行业应用广泛。近年来研究中出现一种仅通过简单的机械叠加，而未牢固结合的多层板材，又被简称叠层板，通过塑性变形后得到特定功能的复合板构件。如低碳钢
‑
不锈钢叠层可以实现耐腐蚀与低成本间的平衡，不锈钢
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铝
‑
不锈钢叠层板可以达到耐腐蚀、减重与高热传导率的有益效果。
[0003]板
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管连接构件在换热器、医药、食品等领域应用广泛，双层板与管材的连接结构在减重、耐腐蚀、成本控制等方面具有极大的优势。然而该叠加结构对于传统的连接方式如焊接、螺栓连接、胶接、液压胀接等提出了挑战，如传统的焊接工艺焊缝过多，容易产生焊接缺陷；螺栓连接不适用于震动环境，且增加制造成本及连接件质量；胶接前板材及管材需要复杂的前处理，制造周期长，强度低；液压胀接则设备昂贵，成本高。因此，亟需一种创新的双层板材
‑
管材连接方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种双层金属板材与管材的连接装置及方法，以解决传统连接方法在双层板材
‑
管材连接构件连接中的焊缝多、周期长、强度低、成本高的难题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种双层板材与管材的连接装置，包括上模、辅助件和下模；辅助件为端部加工有倒角的薄壁环形结构；
[0007]连接时，管材套装在下模内，下板材、辅助件、上板材和上模依次套装在管材外部；辅助件与管材及两板材间形成机械锁扣；
[0008]辅助件的截面形状为驼峰形、三角形或梯形。
[0009]进一步，辅助件为端部倒角的角度为30
°
～60
°
。
[0010]进一步，辅助件的高度为h，上板材的厚度为t1，下板材的厚度为t2，0.85(t1+t2)＜h＜1.2(t1+t2)。
[0011]进一步，辅助件的截面形状为驼峰形时，辅助件的截面由上半段和下半段对称构成，上半段包括依次连接的第一斜面、第一竖直面和第二斜面，第一斜面和第二斜面的倾斜方向均朝向辅助件的中部位置；
[0012]第一斜面与辅助件的轴线的夹角构成端部倒角，命名为θ1；
[0013]两个第二斜面组成三角形截面，三角形截面的尖角为θ2；
[0014]30
°
≤θ1≤60
°
，90
°
≤θ2≤150
°
。
[0015]进一步，上模和下模的中心均加工有通孔，上模和下模的上表面和下表面为平面。
[0016]进一步，辅助件的材质为不锈钢、45钢或高强钢。
[0017]本专利技术公开了所述连接装置的一种双层板材与管材的连接方法，包括以下步骤：
[0018]S1、将管材套装在下模内，下板材、辅助件、上板材和上模依次套装在管材外部；
[0019]S2、上模以速度V1向下运动，压缩上板材，辅助件的上端面尖角刺入上板材，同时下端面尖角刺入下板材；
[0020]随着行程进行，辅助件发生弯曲变形，导致管材向内凹陷；
[0021]S3、辅助件进一步刺入上板材和下板材中，同时进一步向内挤压管材，形成辅助件与管材之间的径缩，直至上板材与下板材接触，管材、辅助件与两板材间形成机械锁扣，得到板管连接件。
[0022]进一步，0.2mm/s＜V1＜5mm/s。
[0023]进一步，完成S3后，移除上模，并将板管连接件从下模中取出。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0025]本专利技术公开了一种双层板材与管材的连接装置，包括上模、下模和辅助件，模具结构简单，易加工，只需设备提供向下的作用力，常规的压力机、液压机等即可满足，对设备要求低，与现有设备适配性强；辅助件为端部加工有倒角的薄壁环形结构，截面可设计为为驼峰形、三角形或梯形，通过辅助件同时刺入上下板材，并弯曲迫使管材颈缩变形，辅助件与管材和板材间形成的机械锁扣，辅助件与管材接头径缩分布均匀，接头强度高，使得其抗拉脱强度高；同时，板材表面和管材表面均无凸起或凹坑，表面美观。
[0026]进一步，辅助件端部倒角的角度为θ，若太大，则导致端部刺入板材困难，若太小，则因端部太过纤细导致刺入过程中弯曲变形严重，使得接头机械锁扣高度较低，仍然形成差的接头强度，最终设计为30
°
≤θ≤60
°
。
[0027]进一步，辅助件的高度为h，上板材厚度为t1，下板材厚度为t2，若h太大，辅助件极易刺穿板材，造成板材表面损伤，并且降低接头强度，若太小，则辅助件在复合板之间形成的机械锁扣高度较低，造成复合板之间结合力小，并且对管材的径向挤压作用小，造成管材径缩尺寸较小，形成较低的接头强度，最终设计为0.85(t1+t2)＜h＜1.2(t1+t2)。
[0028]本专利技术公开了一种双层板材与管材的连接方法，通过辅助件同时刺入上下板材，并弯曲迫使管材颈缩变形，可以一步实现双层板材间的连接和板材与管材之间的连接，连接在几秒钟完成，效率高于传统的连接方法。相较于板
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管板连接件常用的扩胀、液胀工艺，采用该方法可以实现多板材、异种材料及管材的任意部位连接，且不需对板材进行预加工槽等操作，节省前期准备时间；与焊接或胶接相比，本专利技术方法属于机械连接，不会发生冶金结合，各部分成分不发生改变，在服役期满或失效后，方便拆除，便于回收再利用。
附图说明
[0029]图1为本专利技术一种双层板材与管材的连接装置装配完成后的示意图；
[0030]图2为本专利技术的上模挤压板材初始状态示意图；
[0031]图3为本专利技术的挤压完成后接头剖面示意图；
[0032]图4为本专利技术连接完成后的板管连接件示意图；
[0033]图5为本专利技术中不同类型辅助件；a为驼峰形铆钉，b为三角形铆钉，c为梯形铆钉。
[0034]图6为本专利技术驼峰形辅助件连接示意图；a为初始状态，b为连接完成后状态，c为驼
峰形辅助件板管连接示意图。
[0035]其中，1、上模；2、上板材；3、辅助件；4、下板材；5、管材；6、下模。
具体实施方式
[0036]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅为本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。
[0037]本专利技术附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本专利技术实施例的详细描述并非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层板材与管材的连接装置，其特征在于，包括上模(1)、辅助件(3)和下模(6)；辅助件(3)为端部加工有倒角的薄壁环形结构；连接时，管材(5)套装在下模(6)内，下板材(4)、辅助件(3)、上板材(2)和上模(1)依次套装在管材(5)外部；辅助件(3)与管材(5)及两板材间形成机械锁扣；辅助件(3)的截面形状为驼峰形、三角形或梯形。2.根据权利要求1所述的一种双层板材与管材的连接装置，其特征在于，辅助件(3)为端部倒角的角度为30
°
～60
°
。3.根据权利要求1所述的一种双层板材与管材的连接装置，其特征在于，辅助件(3)的高度为h，上板材(2)的厚度为t1，下板材(4)的厚度为t2，0.85(t1+t2)＜h＜1.2(t1+t2)。4.根据权利要求1所述的一种双层板材与管材的连接装置，其特征在于，辅助件(3)的截面形状为驼峰形时，辅助件(3)的截面由上半段和下半段对称构成，上半段包括依次连接的第一斜面、第一竖直面和第二斜面，第一斜面和第二斜面的倾斜方向均朝向辅助件(3)的中部位置；第一斜面与辅助件(3)的轴线的夹角构成端部倒角，命名为θ1；两个第二斜面组成三角形截面，三角形截面的尖角为θ2；30
°
≤θ1≤60
°
，90
°
≤θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朋义，金加庚，王育聪，张昌松，左鹏，万戈辉，韩宝健，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：