[发明专利]一种轻量化板材的平底无铆振动连接成形装置及工艺

说明书

技术领域

本发明属于板材连接技术领域，具体涉及一种轻量化板材的平底无铆振动连接成形装置及工艺。

背景技术

近些年，可应用连接汽车板材的无铆连接工艺得到了快速发展，无铆连接工艺采用专用凸凹模具对连接板件进行冲压，利用金属塑性变形能力，通过板件之间的内嵌达到连接目的。与传统连接方式相比，除了在经济、节能、环保等方面具有较大优势外，还非常适用于异质异型、材料表面有镀层或油漆等覆盖件的连接。无铆钉连接工艺是不需要任何辅助材料就能够实现连接的新工艺，因此它成为铝合金薄板连接的重要方法之一，最大程度加速了汽车轻量化的进程，被广泛地应用到国内外的汽车领域中。无铆连接不需要铆钉，对于轻量化而言具有重要意义。但是轻质板材的无铆塑性连接方式存在以下几个缺点：无铆连接点的静态强度较低；无铆连接会在板材的一侧产生一个较高的凸起，严重影响了板材连接的质量，目前汽车板材连接的一个重要指标就是其美观程度，而无铆连接由于存在凸起点，使其在汽车板材上的应用受到了限制；由于连接点处的凸起会阻碍运动，无铆连接也不适合应用于板材表面有相对运动的场合；传统无铆连接的上模具和下模具需要严格对中，一旦产生偏移将会严重影响连接强度。

为了克服传统无铆连接的缺点，近些年又有人提出了平底无铆连接的工艺，但这种传统的平底无铆连接方式又存在以下几个缺点：传统平底无铆连接工艺的可调节性差，能够调节的参数少，形成的连接点参数较为单一；传统平底无铆连接的材料是沿凸模向上流动，凸模对它的摩擦阻力大，容易形成内部材料的损伤甚至裂纹；传统平底无铆连接的流动是单向的反挤压方式，流动时阻力大，成形时需要的外界载荷大，成形难度大；传统平底连接的压边圈形状主要为V形压边圈和圆角形压边圈，流动时的阻力大，压边时压边圈需要的成形力大。

振动辅助金属塑性成形工艺，是指在传统金属塑性成形工艺中，施加辅助振动，以提高成形质量、改善工艺效果的工艺过程。由于体积效应和表面效应，相对传统金属塑性成形工艺，振动辅助金属塑性工艺具有成形载荷小、金属流动性好、金属塑性成形能力高、产品质量高等优点。

目前还没有发现将振动辅助和平底无铆连接相结合的文献报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种轻量化板材的平底无铆振动连接成形装置及工艺，能有效增加连接点的强度，减小成形力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种轻量化板材的平底无铆振动连接成形装置，包括下模具6，下模具6固定不动，下模具6上固定有振动器5，振动器5的上表面平整光滑，上板料3和下板料4叠放在振动器5上表面，用台阶形压边圈2的台阶2a压住上板料3和下板料4，台阶形压边圈2的中心设置有冲头1，冲头1的中心轴与台阶形压边圈2的中心轴重合。

一种轻量化板材的平底无铆振动连接成形工艺，包括以下步骤：

连接开始前，下模具6固定不动，振动器5固定于下模具6上，振动器5的上表面平整光滑，将上板料3和下板料4叠放在振动器5上表面，用台阶形压边圈2的台阶2a压住上板料3和下板料4，冲头1的中心轴与台阶形压边圈2的中心轴重合；

连接过程开始，冲头1向下运动，接触上板料3，同时振动器5开始工作，对上板料3和下板料4施加轴向振动，冲头1继续向下运动，冲头1挤压上板料3和下板料4，使上板料3和下板料4发生变形，振动器5的表面平整光滑，台阶形压边圈2限制了上板料3和下板料4的材料向外流动，上板料3和下板料4的材料只能向冲头1和台阶形压边圈2之间的间隙流动，从而使上板料3嵌入下板料4中，在上板料3和下板料4之间形成一个机械锁，使两块板料连接在一起，由于振动器5的表面平整光滑，所以下板料4的下表面始终是平整的，上板料3和下板料4完全成形之后，振动器5停止工作，冲头1和台阶形压边圈2向上运动，将上板料3和下板料4取出，完毕。

所述的振动器5的振动频率和振幅根据需要的成形效果能够进行调节。

所述的台阶形压边圈2的位置和压力根据需要的成形效果能够进行调节。

所述的冲头1的位置、速度和压力根据需要的成形效果能够分别进行调节。

本发明具有以下优点：材料流动阻力小，需要的成形力低，成形效果好；可有效防止材料内部产生的损伤和裂纹；台阶形压边圈在压边时不留痕迹而且节省材料、制造简单；不需要铆钉等辅助材料；平底无铆连接无需将上下模具对中，提高生产效率；可连接材料的组合广泛，可连接异种材质的板材；连接质量可靠，连接的强度高；形成的连接点表面平整光滑。

附图说明