一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法及结构与流程

本发明涉及激光先进制造领域，具体涉及一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法及结构，用于实现板材间的无铆钉铆接。

背景技术：

板材铆接尤其是无铆钉铆接技术已经越来越广泛地应用于汽车飞机等行业，多种先进铆接技术得到迅猛发展。

现有技术中，已经存在部分关于无铆钉铆接技术的研究。例如，申请号为200810014018.1中国专利文献提出了一种超薄板材脉冲激光微铆接方法及其专用装置，该方法采用脉冲激光束所诱发的爆炸等离子体，将板材冲击成口小底大的铆扣形状，从而将上层板与下层板铆接在一起。该方法与传统铆接方法相比，具有生产效率高，工装结构简单等特点。实现该铆接所需要的铆扣形嵌入式互锁结构主要来自于板材的横向(垂直于激光入射方向)变形，而板材的横向变形主要来源于等离子体爆炸时所形成的横向冲击力。

但由于激光诱发的等离子体最初产生于板材表面位置，等离子体爆炸所形成的冲击力主要沿着纵向(朝向激光束所照射的方向)，垂直于激光束方向的横向冲击力相对较小，所以纵向冲击效果远大于横向冲击效果，而铆扣所具有的口小底大的形状特征，主要是依靠横向冲击力形成的。显然，较小的横向冲击力，必然导致较小的横向变形和底部尺寸，以及较小的口部与底部的尺寸差，并最终导致嵌入量小、机械互锁不足和连接强度低的现象。

为了增加互锁结构的嵌入量，中国专利文件201410542386.9公开一种可扩张的无铆钉铆接冲压机，其技术方案采用可扩张的齿形套筒，并通过凸轮结构和芯棒的运动，驱动套筒上的齿形横向移动，压迫板材并使之产生横向变形，从而形成铆接所用的嵌入式结构。然后，凸轮机构与弹簧机构配合，完成齿形套筒的回缩及其与板材的脱离。

该方法解决了已有方法横向变形小的问题，可以形成很大的互锁嵌入量，从而提高板材的连接强度，但其专用装置非常复杂，生产效率和可靠性受到复杂机构及其复杂运动的限制。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法。本发明中上层板材受到的冲击力通过液体实现了冲击力多方向传递给中间层板材，增加了中间层板材所受的横向力以及横向变形量,从而增大了互锁结构的嵌入量，有助于提高铆接强度。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法，步骤如下：

A、在具有凹槽的成型模具上放置下层板材，下层板材具有通孔；

B、在下层板材上放置中间层板材，该中间层板材具有鼓包，且所述鼓包位于所述通孔内；

C、向鼓包加注液体，并将上层板材置于中间层板材上方；

D、利用压紧装置压紧上层板材；

E、利用激光冲击上层板材，令上层板材产生向下的形变，则冲击力通过鼓包内的液体传递至鼓包，令鼓包朝向通孔下方产生横向及纵向形变，实现中间层板材与下层板材的铆接。

上述方法中，优选的是，完成步骤D之后，在上层板材上加注液体，再进行步骤E。

上述方法中，优选的是，所述通孔的截面积小于所述凹槽的截面积。

上述方法中，优选的是，所述液体为透明液体。

上述方法中，优选的是，所述液体为纯净水。

上述方法中，优选的是，所述上层板材上的液体深度不大于5mm。

上述方法中，优选的是，所述中间层板材为多层。

上述方法中，优选的是，所述下层板材为多层。

上述方法中，优选的是，完成步骤E后，将产生了鼓包的上层板材作为中间层板材，然后重复步骤B-E，实现多个板材的铆接。

一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法，其用于多层平面结构的中间层板材铆接，步骤如下：

A、放置下层板材，下层板材是具有通孔的分体式结构；

B、在下层板材上放置至少两层中间层板材，该中间层板材具有鼓包，且所述鼓包位于所述通孔内；

C、向鼓包加注液体，并将上层板材置于中间层板材上方；

D、利用压紧装置压紧上层板材；

E、利用激光冲击上层板材，令上层板材产生向下的形变，则冲击力通过鼓包内的液体传递至鼓包，令鼓包朝向间隙下方产生横向及纵向形变，则所有的中间层板材被铆接为一体；

F、移去下层板材。

在提供上述方法的同时，本发明还提供了一种用于实现上述铆接方法的结构，其特征在于，包括：

自下至上依次设置的成型模具、具有通孔的下层板材、具有鼓包的中间层板材、平面结构的上层板材及压紧于上层板材上的压紧装置；

其中，所述鼓包内加注有液体；

所述上层板材上方也加注有液体；

且所述鼓包位于所述通孔内。

本发明的有益效果是：

(1)铆扣的互锁嵌入量大。传统方式进行激光冲击铆接时，激光照射板材表面形成的爆炸等离子体所产生的纵向冲击力大于横向冲击力，所引起的横向变形较小。本发明中，上层板材所受到的冲击力，通过上层板材与中间层板材之间密闭空间的液体的转化，均匀地传递到中间层板材的各个方向，增大了中间层板材所受到的横向压力，同时，在凹槽底部的约束下，中间层板材可以产生更大的横向变形，从而使铆扣部位形成更大的互锁嵌入量。

(2)模具结构简单，生产柔性大，可靠性高。传统方式采用冲压机和冲压模具进行铆接时，模具结构和模具部件的运动复杂。本发明中，模具结构非常简单，且模具部件不需要复杂的运动，生产可靠性高；在保证激光束功率密度的前提下，通过改变光束直径和脉冲次数，即可方便地改变铆扣的尺寸，生产柔性大。

(3)降低板材破坏可能性。传统方式进行激光冲击铆接时，激光冲击的压力分布不均匀，在板材变形量达到一定程度后，尤其是在形成口小底大的铆扣形状时，容易引起局部破坏。本发明中，通过上层板材与中间层板材之间液体的转化，使原本不均匀的压力，均匀地分布在了中间层板材的表面，从而使中间层板材可以获得更大变形量而不发生破坏；另外，在传统方式中，上层板材只在上表面承受单侧激光冲击力，本发明中，上层板材在上表面的激光冲击力和下表面的液体支撑力的共同作用下发生变形，这种变形方式可以提高上层板材的成形极限，降低上层板材的破坏可能性。

(4)一个工作周期结束后的副产品可以作为下一个工作周期的原料，生产效率高。与传统冲压成形相比，激光冲击成形具有更高的加工速度和生产率；另外，经过激光冲击后，上层板材成为鼓包形状，中间层板材成为口小底大的铆扣形状，上层板材可以作为下一个工作周期的预制鼓包板材，从而进行连续化生产；再者，中间层板材也可以作为下一个工作周期的待连接板材。

附图说明

图1是激光冲击时装置的剖面示意图；

图2是激光冲击后装置的剖面示意图；

其中，1、透明液体，2、压紧装置，3、上层板材，4、中间层板材，5、下层板材，6、成形模具。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法，主要包括如下步骤：

(a)将下层板材5、具有鼓包的中间层板材4依次放置到成形模具6上方，中间层板材4的鼓包结构中心与下层板材5需要铆接的位置中心对齐；

(b)注入透明液体1，使之充满中间层板材4的鼓包结构；

(c)在中间层板材4上方放置上层板材3，然后使用压紧装置2压紧各层板材；

(d)为了增强激光冲击效果，在上层板材3上部注入透明液体1，深度不大于5mm；

(d)如图1所示，使用脉冲激光辐照上层板材3表面，在上层板材3表面形成爆炸等离子体，爆炸等离子体冲击上层板材3表面，通过上层板材3与中间层板材4之间的液体的转化，上层板材3所受的冲击力转换成均匀的液压力施加在中间层板材4的表面，中间层板材4在下层板材5和成形模具的约束下，发生胀形，形成口小底大的铆扣形状，将中间层板材4和下层板材5连接起来，冲击完成后的结构如图2所示。

冲击完成后,去除透明液体1，取出铆接完成的中间层板材4和下层板材5，上层板材3成为鼓包形状，可以用于下一个工作周期的中间层板材使用。

同时，本发明还提供了一种用于实现上述铆接方法的结构，主要包括激光可穿过的透明液体1、压紧装置2、成形模具6、平面上层板材3、预制鼓包的中间层板材4以及待连接的下层板材5。

其相对关系为：从下向上依次放置成形模具6、下层板材5、中间层板材4、上层板材3、压紧装置2及透明液体1。

所述透明液体1用于覆盖上层板材3起到约束层的作用，并且充满上层板材3和中间层板材4之间的鼓包部分用于传递压力。

所述上层板材3与所述中间层板材4之间充满透明液体1，脉冲激光照射上层板材3时产生的激光冲击力可通过透明液体1均匀地传递给中间层板材4，中间层板材4在成形模具6和下层板材5的约束下，发生胀形，形成口小底大的铆扣形状。

所述压紧装置2用于压紧各层板材，使得上层板材3与中间层板材4之间形成充满液体的密闭空间；所述下层板材5可以是预制开孔的板材，也可以利用上一个工作周期生成的铆扣形状的板材；所述成形模具6根据需要制作成特定形状，用于承载各层板材并约束中间层板材4的胀形过程。

实施例2：一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法，主要包括如下步骤：

(a)将多层具有鼓包的中间层板材4依次放置到分体式下层板材5的上方，中间层板材4的鼓包结构中心与下层板材5的通孔的几何中心对齐；

(b)注入透明液体1，使之充满中间层板材4的鼓包结构；

(c)在中间层板材4上方放置上层板材3，然后使用压紧装置2压紧各层板材；

(d)为了增强激光冲击效果，在上层板材3上部注入透明液体1，深度不大于5mm；

(d)使用脉冲激光辐照上层板材3表面，在上层板材3表面形成爆炸等离子体，爆炸等离子体冲击上层板材3表面，通过上层板材3与中间层板材4之间的液体的转化，上层板材3所受的冲击力转换成均匀的液压力施加在中间层板材4的表面，多层中间层板材4在下层板材5和成形模具6的约束下，发生胀形，形成口小底大的铆扣形状，实现多层中间层板材4的铆接。铆接完成后,去除透明液体1，移去下层板材5，取出铆接完成的中间层板材4即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。