一种补丁加强结构的冲压与铆接集成工艺及模具的制作方法

本发明属于冲压成型技术领域，具体涉及一种补丁加强结构的冲压与铆接集成工艺及模具。

背景技术

在汽车生产过程中，部分车身零部件要求在局部区域提高零件的机械强度，而传统的零件成型工艺生产出来的零件整体强度都一样，无法实现局部强度提高的目的，因而不能适配整车的强度要求。例如在汽车覆盖件的加工中，覆盖件板材过薄会导致刚度不够而出现失稳，或在流场中发生颤振引发事故，板材过厚又会导致重量和成本的上升。

使用补丁板配合板材增加零件的刚度、稳定性及机械强度是目前的一种普遍做法。但是在传统的补丁板连接工艺中，均是将零件成型后再焊接，这种工艺存在以下缺陷：

1、由于受到镀层等表面杂质的影响，容易出现虚焊，导致焊接强度不达标等质量问题；

2、因目前大多数冲压成型工艺均为单板成型，其先将两个或多个零件分别单独成型，再通过点焊将其固定贴合在一起，这种工艺需要多道工序去完成一个成品零件，所需时间较长、工序繁琐、工装投入数量多、成本高，和汽车大批量的生产要求存在着巨大反差。

若先将两种不同形状尺寸的钢板进行焊接，然后进行整体冲压成型,这种方法又容易出现焊点虚焊、镀层挤出、焊点拉裂等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种补丁加强结构的冲压与铆接集成工艺及模具，它在同一套模具内先后实现补丁板与主板的冲压成型和铆接，可以快速实现补丁板的稳固连接，且成本低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种补丁加强结构的冲压与铆接集成工艺，包括以下步骤：

1、将补丁板放置于主板的预设位置，且与主板进行固定连接；

2、将步骤1中连接为一体的补丁板和主板放置于模具内，该模具集成冲压与铆接功能；

3、合模过程中模具的冲压功能先对补丁板和主板进行一体冲压成型成型，然后进行模内保压，同时模具的铆接功能将成型后的补丁板铆接于成型后的主板上；

4、对步骤3中铆接于一体的补丁板和主板进行后续处理，即得到补丁加强结构。

按上述技术方案，步骤1中，补丁板与主板之间的预设位置为通过主板和补丁板成型为特定形状后起加强作用的位置，补丁板与主板之间的固定位置与补丁板与主板之间的铆接位置相对应。

按上述技术方案，步骤3中，冲压成型为热冲压成型或冷冲压成型，铆接为热铆或冷铆。

按上述技术方案，若冲压成型为热冲压成型，步骤3包括以下步骤：

301、先将模具加热至指定温度；

302、然后将主板和补丁板加热至指定温度；

303、再在高温模具内对补丁板和主板进行冲压成型和铆接。

按上述技术方案，步骤4中，后续处理包括模内保压淬火以及模外喷丸、时效或酸洗。

相应的，本发明还提供一种补丁加强结构的冲压与铆接集成模具，用于实现上述补丁加强结构的冲压与铆接集成工艺，该模具包括上下相对设置的上模安装板和下模安装板、连接上模安装板和下模安装板的伸缩导杆、安装于所述上模安装板上的冲压凸模、安装于所述下模安装板上的冲压凹模、设置于所述冲压凸模内的铆接凸模、设于所述冲压凹模表面上与所述铆接凸模相配置的铆接凹模、驱动所述冲压凸模上下移动的第一驱动机构以及驱动所述铆接凸模上下移动的第二驱动机构。

按上述技术方案，所述铆接凸模靠近铆接凹模的端部设有有自锁角度凸起。

按上述技术方案，所述冲压凸模和冲压凹模内均设置有局部加热和冷却机构。

按上述技术方案，所述铆接凸模数量为一个或多个。

本发明，具有以下有益效果：相较于传统焊接技术，铆接在动态强度、安全环保、连接效率等方面具有很大的优势，因此，本发明采用铆接替代传统焊接对补丁板和主板进度固定连接，可以获得刚度和机械强度较好的补丁加强结构；而且，由于一次合模过程中同时复合了冲压工序和铆接工序，冲压成型的补丁板和主板既实现了铆接过程中相互约束定位，同时模内铆接又有着强化和抑制回弹作用；另外，冲压成型和铆接在同一套模具内进行，可以减少模具的投入数量，降低工装开发成本，简化工序，实现单一模具多功能的要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提供的补丁加强结构的冲压与铆接集成模具的结构示意图；

图2是冲压前补丁板与主板的连接示意图；

图3是补丁板与主板铆接后的结构示意图；

图4是本发明实施例中铆接凸模的机构示意图。

图中：1-伸缩导杆、2-冲压凸模、3-补丁板、4-冲压凹模、5-下模安装板、6-上模安装板、7-液压缸、8-铆接凸模、9-自锁角度凸起、10-主板、11-铆接凹模。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

在本发明的较佳实施例中，一种补丁加强结构的冲压与铆接集成工艺，包括以下步骤：

1、如图2所示，将补丁板3放置于主板10的预设位置，且与主板进行固定连接，具体的，补丁板与主板之间通过点焊方式固定，防止转运过程中补丁板发生偏移；

2、如图1所示，将步骤1中连接为一体的补丁板和主板放置于模具内，该模具集成冲压与铆接功能；

3、合模过程中模具的冲压功能先对补丁板和主板进行冲压成型，然后进行模内保压，同时模具的铆接功能将成型后的补丁板铆接于成型后的主板上；

4、对步骤3中铆接于一体的补丁板和主板进行后续处理，即得到如图3所示的补丁加强结构，其中，后续处理包括模内保压淬火以及模外喷丸、时效或酸洗。

在本发明的优选实施例中，补丁板与主板之间的预设位置为通过主板和补丁板成型为特定形状后起加强作用的位置，补丁板与主板之间的固定位置与补丁板与主板之间的铆接位置相对应。

在本发明的优选实施例中，冲压成型为热冲压成型或冷冲压成型，铆接为热铆或冷铆。

若冲压成型为热冲压成型，步骤3包括以下步骤：

301、先将模具加热至指定温度；

302、然后将主板和补丁板加热至指定温度，其中主板铆接处温度与主板其余部位温度可以等温也可以是梯度温度；

303、再在高温模具内对补丁板和主板先后进行冲压成型和铆接，其中铆接为无钉或有钉梯度温度铆接。

相应的，本发明还提供一种补丁加强结构的冲压与铆接集成模具，用于实现上述补丁加强结构的冲压与铆接集成工艺，如图1所示，该模具包括上下相对设置的上模安装板6和下模安装板5、连接上模安装板和下模安装板的伸缩导杆1、安装于上模安装板6上的冲压凸模2、安装于下模安装板5上的冲压凹模4、设置于冲压凸模2内的铆接凸模8、设于冲压凹模4表面上与铆接凸模8相配置的铆接凹模11、驱动冲压凸模上下移动的第一驱动机构(一般第一驱动机构为压力机)以及驱动铆接凸模上下移动的第二驱动机构(本实施例中第二驱动机构选用液压缸7)，其中，铆接凸模11与冲压凸模2的驱动机构可共用一套动力系统。

铆接凸模和铆接凹模位于补丁板与主板的连接处，在冲压成型后，利用模具闭合的压力对补丁板进行预压紧，并使液压缸驱动铆接凸模下行，使补丁板及主板产生塑性变形，填充铆接凹模，即完成铆接。

在本发明的优选实施例中，如图4所示，铆接凸模8靠近铆接凹模的端部设有自锁角度凸起9，可以加强形变，相当于进行二次铆接。凸起体积小于铆接凸模，其位置与数量视具体加工工件的加工要求而定，起第二次加强的作用。在加工过程中，凸起与铆接凸模同时作用于板件，促进板件塑性变形，可以加强连接强度。

在本发明的优选实施例中，如图1所示，冲压凸模和冲压凹模内均设置有局部加热和冷却机构。

在本发明的优选实施例中，如图1所示，铆接凸模数量为一个或多个，可进行多处的铆接。铆接凸模的数量和位置可根据不同工件的不同加工要求进行调整。

若补丁加强结构需采用热冲压成型时，一种补丁加强结构的冲压与铆接集成工艺，包括以下步骤：

(1)预处理：对主板和补丁板进行预处理，补丁板应预制成能够与主板完全贴合并能一同转运至模具内的结构；

(2)补丁板定位：将补丁板置于主板上需加强的位置，并使用点焊等方式固定；

(3)先将模具加热至指定温度，再将主板和补丁板一同转运至加热炉内加热至指定温度(指定温度根据补丁板和主板的具体材料而定，如铝合金加热至100-500℃，钢材加热至600-800℃，为后续热冲压及铆接工序做好组织准备)，然后将预热后主板和补丁板一同转运至模具内，启动压力机，控制压力机下行速度，对板材进行冲压成型，此时铆接凸模仍位于冲压凸模内与冲压凸模一起对主板和补丁板进行热冲压加工，待热冲压工序完成后，铆接凸模在液压缸作用下下行，和凸起共同作用将补丁板铆接于板材上，然后保压一定时间后，将处于淬火温度的热冲压零件在模具内迅速冷却并取出，铆接工序完成后铆接凸模回到初始状态预备下一次加工；

(4)后处理：根据需要进行后续处理。

上述步骤(3)中，冲压及铆接过程需要按照特定的压力曲线进行冲压、保压和铆接，以防止板料回弹，并保证铆接接头完全定型。特定的压力曲线指代优化的工艺曲线，保证不出现缺陷的成型和铆接工艺曲线。保压过程中所用的压力曲线和冲压凸模的下压速度根据材料的不同会进行调整。

由于铆接工艺的原理是利用金属的塑性变形，但在常温条件下金属的塑性通常不高，所以在铆接时容易因材料塑形不足导致接头颈部被拉断，使得连接失效，因此，本发明中铆接在热冲压的高温条件下进行，因高温下板材塑性更好，可以使得铆接效果更佳，避免常温铆接存在的缺陷。

若补丁加强结构需采用冷冲压成型时，区别在于步骤(3)中无需对模具和板材进行加热，而是直接将主板和补丁板一同转运至模具内，先后进行冲压成型和铆接，保压完成后取出再进行后处理即可。

以主板和补丁板均为6082系列的铝合金板材构成的补丁加强结构，对本发明进行进一步说明，其成型工艺包括以下步骤：

(1)预处理：对主板和补丁板进行预处理；

(2)补丁板定位：将补丁板置于主板的预设位置，并使用点焊方式将两者固定；

(3)模具加热：将模具加热至20～30℃；

(4)金属坯件加热：将主板和补丁板加热至500℃；

(5)热冲压成型及模内铆接：将主板和补丁板转运至模具中，启动压力机，控制压力机下行速度，对板材进行冲压成型，然后在模具闭合状态下，启动液压缸驱动铆接凸模下行，完成铆接，然后保压10～15秒；

(6)模内淬火：将处于淬火温度的热冲压零件在模具内迅速冷却并取出；

(7)后处理：根据需要进行喷丸、精整等后续处理。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。