一种铝板上铆压螺栓的结构及方法与流程

本发明涉及铝板上铆接螺栓技术领域，具体涉及一种铝板上铆压螺栓的结构，同时，本发明还涉及一种铝板上铆压螺栓的方法。

背景技术：

汽车零件制造领域，新能源汽车已快速发展，新能源电动汽车，轻量化设计中，采用了大量的铝合金结构零件，铝合金件之间的装配连接，需要在铝板上铆压螺栓来实现。

在铝板上铆接的螺栓的过程中，螺栓与铝板本体的连接牢靠程度，直接影响构件装配连接的牢靠度，进而影响到整车装配可靠性、安全性，因此，提高铝板与螺栓的铆压连接牢靠度，是新能源零件制造领域始终追求的目标。

目前，铝板的预制孔结构形状，请参阅图1和图2，一般按照先冲孔后翻孔的冲压成型工艺制作而成，在铆接处的部位，翻孔过程中存在自然形成的圆弧部9，其结构包括铝板本体1、预制孔3、外延部4和翻孔存在的预制孔3与铝板本体1之间的圆弧部9，预制孔3开设于铝板本体1的中部，外延部4设置于铝板本体1临近预制孔3的侧部；请参阅图3和图4，在铝板本体1铆压螺栓2的过程中，是通过冲压铝板本体1与螺栓2结合部处的铝板材料，使铝板本体1和外延部4的金属材料嵌入包裹螺栓头6的凹凸部7，实现螺栓2与铝板本体1的连接，此连接的牢靠度，与嵌入包裹的金属体量有很大的关系。

为此，我们提出一种铝板上铆压螺栓的结构及方法，在提高螺栓铆接连接牢靠度上，使螺栓连接的扭矩、顶出力两项性能指标，均有较大的提高，增强了螺栓铆接连接的牢靠度与可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铝板上铆压螺栓的结构及方法，通过改变铝板本体生产加工的流程，采用先成型后冲孔的工艺生产形式，在铝板本体的预制孔冲压过程中，避免预制孔的上部与铝板本体之间形成圆弧部，使得预制孔的形状发生改变，这就会在后续与螺栓铆接的过程中，增加铆接时的嵌入包裹铝金属体量，使得包裹部的体积增加，增加铆接螺栓的扭矩和顶出强度，进而增加铝板本体和螺栓铆压的牢靠度与可靠性，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铝板上铆压螺栓的结构，包括铝板本体和螺栓，所述铝板本体的中部开设有预制孔，所述铝板本体临近预制孔的下部设置有外延部，所述预制孔的上部与铝板本体上部之间的夹角为90°，所述螺栓包括螺杆和螺栓头，所述螺杆与螺栓头相连，所述螺栓头临近螺杆的部位开设有凹凸部，所述螺杆插接于预制孔的内部，所述螺栓头和凹凸部与铝板本体和外延部之间通过铆压构成包裹部，所述螺栓与铝板本体之间通过包裹部连接和固定。

优选的，所述铝板本体临近预制孔的上壁外侧设置有刻度线，所述铝板本体四侧拐角部位均设置有弧形部。

优选的，所述预制孔的内壁为光滑面，所述预制孔的直径与螺杆的直径相同。

优选的，所述螺杆的上部设置有内凹部，所述内凹部的上部设置有导向杆。

本发明还提供一种铝板上铆压螺栓的方法，具体包括以下步骤：

s1：冲压模具的选择：冲压模具由冲压上模和冲压下模组成，冲压上模的下部设置有外凸部，冲压下模的上部开设有凹槽，所述冲压上模和冲压下模配合后，外凸部与凹槽之间构成空腔；

s2：铝板本体的冲压成型：将铝板本体放置在冲压上模和冲压下模之间，通过驱动装置推动冲压上模移动，对铝板本体进行挤压，铝板本体的部分铝材质在外凸部的挤压下产生流动并流入空腔的内部，使得铝板本体的中部冲压成直角的预制孔，同时在预制孔的下部形成外延部和遮挡部，制得冲压成型的铝板本体；

s3：冲孔：然后再利用冲孔机，将步骤s2中预制孔下部形成的遮挡部冲掉，使得预制孔的两端与外界贯通；

s4：铆压模具的选择：铆压模具由铆压上模和铆压下模构成，铆压上模的中部开设有与螺杆配合的中空部，铆压上模临近中空部的下部设置有凸起部，铆压下模的中部开设有螺栓头的放置槽；

s5：铆压成型：将螺栓插入预制孔的内部，并使得螺栓头与铝板本体的下部抵触，然后将螺栓头放入放置槽的内部，铝板本体的下壁侧部处于铆压下模的上部，使得中空部与螺杆相对，然后利用驱动装置带动铆压上模下移，在移动过程中，凸起部与外延部接触并继续挤压外延部和铝板本体，使得凸起部和铝板本体临近螺栓的部位形变构成包裹部，实现螺栓与铝板本体之间的连接和固定。

优选的，所述步骤s2和步骤s5中，驱动装置为液压缸或气缸，驱动装置的的冲压力在50kn-100kn。

优选的，所述步骤s3中，冲孔机采用wt系列液压冲孔机。

综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：

本发明中，通过改变铝板本体生产加工的流程，采用先成型后冲孔的工艺生产形式，在铝板本体的预制孔冲压过程中，避免预制孔的上部与铝板本体之间形成圆弧部，使得预制孔的形状发生改变，这就会在后续与螺栓铆接的过程中，增加铆接时的嵌入包裹铝金属体量，使得包裹部的体积增加，增加铆接螺栓的扭矩和顶出强度，进而增加铝板本体和螺栓铆压的牢靠度与可靠性。

附图说明

图1为现有技术中铝板本体冲孔后结构示意图；

图2为现有技术中铝板本体翻孔后结构示意图；

图3为本发明的螺栓结构示意图；

图4为本发明的铝板本体和螺栓铆压后结构示意图；

图5为本发明的铝板本体冲压成型后结构示意图；

图6为本发明的铝板本体冲孔后结构示意图；

图7为本发明的冲压上模结构示意图；

图8为本发明的冲压下模结构示意图；

图9为本发明的冲压模具对接后结构示意图；

图10为本发明的铆压初始时铆压模具与铝板本体结构示意图；

图11为本发明的铆压中凸起部与外延部接触结构示意图；

图12为本发明的铆压后铆压模具与铝板本体结构示意图；

图13为预制孔改进前铝板本体的参数示意图；

图14为预制孔改进后半成品铝板本体的参数示意图；

图15为预制孔改进后铝板本体的参数示意图；

图16为扭矩测试和顶出力测试方向示意图；

图17为预制孔改进前扭矩值与时间载荷曲线图；

图18为预制孔改进后扭矩值与时间载荷曲线图。

图中标记：1、铝板本体；2、螺栓；3、预制孔；4、外延部；5、螺杆；6、螺栓头；7、凹凸部；8、包裹部；9、圆弧部；10、冲压模具；101、冲压上模；102、冲压下模；103、外凸部；104、凹槽；105、空腔；11、遮挡部；12、铆压模具；121、铆压上模；122、铆压下模；123、中空部；124、凸起部；125、放置槽；13、刻度线；14、弧形部；15、内凹部；16、导向杆。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本发明提供了如图3-6所示的一种铝板上铆压螺栓的结构，包括铝板本体1和螺栓2，铝板本体1的中部开设有预制孔3，铝板本体1临近预制孔3的下部设置有外延部4，预制孔3的上部与铝板本体1上部之间的夹角为90°，螺栓2包括螺杆5和螺栓头6，螺杆5与螺栓头6相连，螺栓头6临近螺杆5的部位开设有凹凸部7，螺杆5插接于预制孔3的内部，螺栓头6和凹凸部7与铝板本体1和外延部4之间通过铆压构成包裹部8，螺栓2与铝板本体1之间通过包裹部8连接和固定。

具体的，铝板本体1临近预制孔的上壁外侧设置有刻度线13，铝板本体1四侧拐角部位均设置有弧形部14，刻度线13用于在冲压成型过程中，提供标记的作用，防止冲压冲偏情况的发生。

具体的，预制孔3的内壁为光滑面，预制孔3的直径与螺杆5的直径相同，方便预制孔3与螺杆5充分的接触，达到后续良好的铆压效果。

具体的，螺杆5的上部设置有内凹部15，内凹部15的上部设置有导向杆16，内凹部15和导向杆16的配合，方便螺杆5插入预制孔3的内部，方便进行操作。

请参阅图5-12，本发明还提供一种铝板上铆压螺栓的方法，具体包括以下步骤：

请参阅图7-9，冲压模具的选择：冲压模具10由冲压上模101和冲压下模102组成，冲压上模101的下部设置有外凸部103，冲压下模102的上部开设有凹槽104，所述冲压上模101和冲压下模102配合后，外凸部103与凹槽104之间构成空腔105；

请参阅图5，s2：铝板本体的冲压成型：将铝板本体1放置在冲压上模101和冲压下模102之间，通过驱动装置推动冲压上模101移动，对铝板本体1进行挤压，铝板本体1的部分铝材质在外凸部103的挤压下产生流动并流入空腔105的内部，使得铝板本体1的中部冲压成直角的预制孔3，同时在预制孔3的下部形成外延部4和遮挡部11，制得冲压成型的铝板本体1；

请参阅图6，s3：冲孔：然后再利用冲孔机，将步骤s2中预制孔3下部形成的遮挡部11冲掉，使得预制孔3的两端与外界贯通；

s4：铆压模具的选择：铆压模具12由铆压上模121和铆压下模122构成，铆压上模121的中部开设有与螺杆6配合的中空部123，铆压上模121临近中空部123的下部设置有凸起部124，铆压下模122的中部开设有螺栓头6的放置槽125；

请参阅图10-12，s5：铆压成型：将螺栓2插入预制孔3的内部，并使得螺栓头6与铝板本体1的下部抵触，然后将螺栓头6放入放置槽125的内部，铝板本体1的下壁侧部处于铆压下模122的上部，使得中空部123与螺杆5相对，然后利用驱动装置带动铆压上模121下移，在移动过程中，凸起部124与外延部4接触并继续挤压外延部4和铝板本体1，使得凸起部124和铝板本体1临近螺栓2的部位形变构成包裹部8，实现螺栓2与铝板本体1之间的连接和固定。

具体的，步骤s2和步骤s5中，驱动装置为液压缸或气缸，驱动装置的的冲压力在50kn-100kn，满足冲压需求的同时，便于根据实际情况选择驱动装置。

具体的，步骤s3中，冲孔机采用wt系列液压冲孔机，达到良好的冲孔效果。

请参阅图13-18，基于实施例1，选用常用的m6*16规格螺栓和2mm铝板本体之间的铆接，并与现有技术中的铝板本体成型对比，对本技术方案做进一步的描述。

请参阅图13，预制孔改进前工艺中，翻孔后成品铝板本体的参数为：铝板本体的厚度为2mm，预制孔直径6mm，外延部延伸出的长度为1.5mm，外延部的外径为9.6mm，弧形倒角的半径为2.3mm。

请参阅图14，预制孔改后工艺中，在步骤s2冲压成型后，制得的半成品铝板本体的参数为：铝板本体的厚度为2mm，预制孔的直径为6mm，外延部延伸出的距离为1.5mm，外延部的外径为9.6mm，遮挡部的厚度为0.295mm，无弧形倒角；

请参阅图15，在步骤s3冲孔后，制得的成品铝板本体的参数为：铝板本体的厚度为2mm，预制孔的直径为6mm，外延部延伸出的距离为1.5mm，外延部的外径为9.6mm，无遮挡部，无弧形倒角。

请参阅图16-18，图16中竖直向下的带箭头直线为顶出力方向，椭圆形带箭头曲线为扭矩力方向，预制孔改进前的铝板本体和预制孔改进后成型的铝板本体分别与m6*16规格的螺栓铆压连接，并对两者进行扭矩和顶出力进行测试，得出表1数据：

表1预制孔改进前后扭矩和顶出力表

预制孔改进后由于无圆弧部的存在，其包裹部体积量增。

通过对预制孔形状改进前后的铆接螺栓的性能测试对比，预制孔形状改进后的铆压螺栓连接的扭矩值增加16.4％，铆压螺栓的顶出力增加19.6％。

综上所述：通过改变铝板本体1生产加工的流程，采用先成型后冲孔的工艺生产形式，在铝板本体1的预制孔冲压过程中，避免预制孔3的上部与铝板本体1之间形成圆弧部9，使得预制孔3的形状发生改变，这就会在后续与螺栓2铆接的过程中，增加铆接时的嵌入包裹铝金属体量，使得包裹部8的体积增加，增加铆接螺栓2的扭矩和顶出强度，进而增加铝板本体1和螺栓2铆压的牢靠度与可靠性。

最后应说明的是：以上所述仅为优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。