专利名称：锚接复合结构及其制造方法
技术领域：
本发明一般来说涉及复合结构，这种结构通过将两种或多种独立的材料接合而成一个单一整体结构。本发明具体地说涉及锚接复合结构，各结构通过将包层板与基质或基板牢固接合，形成一体结构而制成。这种包层板的一个实例，是用铝板或其合金板制造。制成基板材料的一个实例是钢。可有利地使用这种复合结构制造的制品其实例有诸如制造液化天然气运输船只的槽箱所用的板材和制造线性电机车辆的反应板。
更具体地讲，本发明涉及的锚接复合结构，各有一个用诸如钢等材料制造的硬基质或基板和一个用诸如铝合金等材料制造的较软的包层板，并有多个锚定部件，该锚定部件在强大压力下，被压入基板上的对应锚定穴中，从而使两块板紧密接合以形成整体结构。本发明还涉及制造这些锚接复合构造的制造方法。
本发明的一个重要特点在于在基板的每一锚定穴的最深部分处，形成一个或多个外伸部分，从而当将包层板上的相应锚定部件，在强压下压入这锚定穴时，该锚定部件经受塑性变形，取得倒T或Y字母的截面形状而完全填满该锚定穴。于是产生紧固的锁紧接合或锚接。这多个锚接部分将两板作为一体结构而进行接合。
为了解本发明，对相关的已有技术的某些方面作一个回顾可能有启发性的作用。如已熟知，叠层金属结构已广泛地用作制造各种机器、器件及结构的材料。如上文提及的实例中，该材料现已用于线性电动车辆之反应板和液化天然气运输船只中的槽箱材料。由一种物质制成的板材，不能完全满足诸如机械强度、抗腐蚀性、与热相关的性能以及伸长收缩性能等所需要的一切特性。因此，现已广泛传开的作法是使用以硬钢为基板和软铝合金为包层板经紧密接合制成的一体板结构的板材。
然而，有上述特性的复合板结构，迄今为止，制造时，使用的方法有诸如爆炸压力熔粘法等。使用这种方法受产品尺寸大小诸如厚度等的不利限制。此外，这种方法需要很多劳动力，从而生产成本趋向增高。
还有一个问题是由于在使用时的剧烈条件，例如经受长期的振动，则使两板间接触面滑移。
本发明的一个目的在于提出一种锚接复合结构，每一基板和一个包层板锚接成一个一整体板结构，而不伴随以此处前遇见的各种问题，并提出生产复合结构的方法。更具体地讲，本发明的一个目的提出一种低成本的锚接结构，该结构在基板和包层板间具有高的抗剪强度，经长期使用后，仍可保持其原有性能而不变化。
在本发明的一个方面中，提出一种复合结构，各用锚接法将一块钢基板和一块铝包层板，制造成一个一体板结构，用与包层板成一体的锚定件强迫压入在基板上形成的锚定穴中，并在其中发生塑性变形，使两板锁紧接合，锚定件和/或锚定穴有外伸部分或接受部分，使两板间有牢固的锁定或锚定连接。另一种可选择的方法，是在基板和包层板上共同面对并对齐处分别形成带外伸部分的锚定穴，然后填入铆钉状或沙漏状锚定销。锚定穴可用任何适当方法形成，诸如锻压、滚轧或切削等。
本发明的性质，用途及其它特点，通过阅读下面对本发明的理想实施例的详细叙述，结合附图便可更为明确，附图简介如下，其中剖面图是在与包层板或基板外表面的平面垂直的平面上截取的。
附图中
图1表示本发明基板和对应的包层板在对它们进行锚接前的一个实例的剖视图;
图2为该相同的基板及包层板在锚接状态下成一体结构的剖视图;
图3为基板的俯视图;
图4为图3中基板从右方观察的侧视图;
图5为图3中基板的仰视图;
图6为在与图5相同的观察方向上的锚接结构的剖视图;
图7为该相同的结构在与图4相同的观察方向上的剖视图;
图8为包层板与基板锚接过程的剖视图;
图9为锚接一体结构的剖视图;
图10为基板另一实例的透视图;
图11为带有类似于图10所示的基板的锚接结构的俯视图，图中一部分示出沿包层板及基板间交界面的剖视图;
图12为沿图11中Ⅻ-Ⅻ线的剖视图;
图13为沿图11中ⅩⅢ-ⅩⅢ线的剖视图;
图14为沿图11中ⅩⅣ-ⅩⅣ线的剖视图;
图15为锚接前的基板的俯视图;
图16为沿图15中ⅩⅥ-ⅩⅥ线的剖视图;
图17为沿图15中ⅩⅦ-ⅩⅦ线的剖视图;
图18为沿图15中ⅩⅧ-ⅩⅧ线的剖视图;
图19为用滚轧法形成基板的过程的剖视图;
图20为沿图19中ⅩⅩ-ⅩⅩ线的剖视图;
图21为将基板压平并精轧的滚轧过程的剖视图;
图22为基板的俯视图;
图23为沿图22中ⅩⅩⅢ-ⅩⅩⅢ线的剖视图;
图24为相应的包层板部分剖面的俯视图;
图25为沿图24中ⅩⅩⅤ-ⅩⅩⅤ线的剖视图;
图26为沿图24中ⅩⅩⅥ-ⅩⅩⅥ线的剖视图;
图27为沿图24中ⅩⅩⅦ-ⅩⅩⅦ线的剖视图;
图28为本发明的基板又一实例的透视图;
图29为该相同的基板的放大的片断剖视图;
图30为相应的包层板的透视图;
图31为该相同的包层板的放大的片断的剖视图;
图32，33及34为相似的剖视图，各图显示用铆钉状的锚定材料将图28及30所示的基板及包层板锚接的过程;
图35为带有点状或周期性锚定穴的基板的透视图;
图36为该相同的基板的放大的片断的剖视图;
图37.38及39分别示出放在基板上的成形板在垂直方向上的俯视图及剖视图;
图40及41所示为用成形板及压平板形成锚定穴过程的剖视图;
图42所示为在基板上形成锚定穴所用的带可伸缩刀具的铣刀架的俯视图;
图43及44所示为用刀具形成锚定穴过程的剖视图;
图45、46及47所示分别为用这方法形成的锚定穴的俯视图及剖视图;
图48，49及50所示为用轧辊形成的直行锚定穴的方法的剖视图。
图中所示的结构说明复合结构的实例，该结构设计成用作反应板以便通过感应支承和推进线性电机车辆的底盘。每一个这种复合结构包含主要为一个钢基板1，和一个与基板牢固接合以形成一体复合结构的铝合金包层板2。更具体而言，该两板在其各自的锚接部位上进行锚接，下面将就构成本发明的理想实施例的若干实例详细叙述。
如图1至7所示，在俯视图中，钢基板1为一方板，铝包层板2有相同的形状。基板1制造过程中，如图1，3，及5所示，在基板的一个平滑表面上的第一方向上形成若干平行并相间隔的槽3，3……各槽有特定的宽度、间距及截面形状(这些槽在本文中称为第一槽)。在该基板1的相同表面上，沿与第一方向垂直的第二方向上形成若干平行并相间隔的槽4，4……，各槽有特定的窄宽度和间距(这些窄槽在本文中称为第二槽)。每一个第一槽3，3……有带隆脊突出部3′的分叉底部，与倒置的大写字母Y相似，从而沿每一对相邻的第二槽之间的第一槽形成带有突唇5a的锚定穴5。
在制造包层板2过程中，网格形状的突棱6，6……成为锚定件，在包层板2的一个(底部)表面上一体形成，其位置与相应的锚定槽3，3……及锚定槽4，4……对正。
因此，在将板1及2组装的过程中，两板互相对正，以使突棱6，6……与相应的槽3及4对正，然后压在一起。结果，包层板2的突棱6，6……被压入基板1的相应锚定槽3及4中，经过塑性变形，楔入槽中以便锁紧在该槽里面。这样便形成如图2，6及7所示的用作反应板的一体锚接复合结构8。于是便依靠锚接7及7a，将两板1及2的交界面接合，该锚接作用在上述第一及第二方向上显现极高的抗剪强度和强的接合力。因此，在使用时，在基板1和包层板2间，不可能产生任何方向上的滑移。
这种高强度还表现于振动和热作用方面。
在图8至18所示的另一实例中，不用前例中的直线形状的第一及第二锚定槽3及4，仅用图10及11中所示的第一锚定槽3a。这些槽3a中的每一条槽通过塑性变形形成以使各有波浪弧形的侧壁。此外，在基板1相同表面的每一锚定槽3a的相对两侧形成有特定间距的向里逐渐收窄的锚定凹陷或孔9，9……。一块与前例相似的包层板2，有突棱6和相应的锚定槽3a对正，在强压下向基板1上压入。结果，藉锚接7将包层板2和基板1接合成一体，产生如图12，13及14所示的一体复合结构8a。在这复合结构8a中，在包层板2和基板1之间也没有可能因为振动和热作用而在第一和/或第二方向上滑动。这样便取得机械接合状态稳定的复合结构8a。
在图19至27所示的另一实例中，第一槽3是通过轧辊10的环形突出部分10a在基板1上形成的。同时，带有一特定的间距的截面为截头三角形的突出部13在第一槽3的底上是用凹槽12，12来形成的，而凹槽12，12是在轧辊10的圆周方向上带有特定间距的突出部10a上形成的。然后，如图21所示，用另一轧辊10b滚压基板1的表面，从而将各第一槽3上部两缘上形成的向上突出的部分11压平。这样便可形成带外伸部的锚定穴5。于是，如图22及23所示，在锚定穴5的纵向上形成有特定的间距的截头三角形截面的突出部13。
于是，与前例相似，将包层板2向基板1强压，使锚定件6嵌入锚定穴5中，从而产生两板的机械性一体结构8b。
在本实例中，通过将包层板2的锚定件6强压入基板1的锚定穴5中而产生的锚接7，通过突出部13，13……而进一步防止发生纵向滑移，从而使其抗剪应力进一步提高。
在上述的每一个实例中，在形成基板1上的锚定穴5时，使用图19，20及21中所示的轧辊。但是，这种锚定穴并不仅限于直行的形式，而可用周期性或点状锚定穴的形式。在图28至34所示的锚定穴的一个实例中，逐渐收窄的锚定穴5a及5b有如图29及31所示的外伸部分别形成在基板1和包层板2上互相对正的位置上，该位置如图28及30所示为规则的图样。因此，如图32所示，基板1上的的每一个锚定穴5a和包层板上的相应锚定穴或孔5b同轴对正。
于是，如图33所示，将一个锚定销14插入对正的锚定穴5a及5b中，用轧辊10b或诸如压床等装置将锚定销14压入锚定穴5b及5a中。结果，锚定销14塑性变形以填充锚定穴，从而形成一个锚接7a，各如图34所示，包层板2与基板1作机械性连接，形成一体结构8c。
另一种产生锚接结构的方式示于图35至41中。在这实例中，如图37，38、及39所示，基板1的制造是通过在其上形成有圆通孔的成形板16放在基板1上待形成锚定穴5a处，将一个直径小于基板1上的圆孔15的冲孔器14同心地放置在圆孔15上，在冲孔器14上施加冲力，使基板1上的金属向上升起，从而形成向上升起的墩部17，同时在基板1上冲出孔18。然后，如图41所示，将一个压平板19放在基板1的经过这样加工的区域上，并对之加压。结果，该向上升起的墩部17被迫向里流动，并形成如图36所示有外伸部的锚定穴5a。如此，在基板1上形成多个以规则图样间隔分布的周期性锚定穴5a，如图35所示。
现参照图42至47叙述形成点状锚定穴5b的又一种方式。首先用诸如铣床之类的适当装置在基板1上形成一个圆孔22。然后，如图43中所示，将一个有一个回转器21及若干刀具23，23……的旋转刀架20同心地放入孔22中，该些刀具可退回地嵌放在回转器21的下周缘上。当将旋转刀架20旋转时，刀具23，23……如图44所示逐渐地向外伸，从而机械加工成如图45，46及47所示的外伸形的锚定穴5b。
无论锚定穴为直行型的锚定穴5a，还是点状型的锚定穴5b，都可按下述方式用滚轧法形成外伸部形状。如上面所述用图19及20中所示的轧辊的环形突出部10a并如图48所示，将一个压力施加在基板1上以形成第一槽3(或第二槽4)。同时，在基板1的上表面上的每一突出部10a的两侧形成挤向上的墩部17。然后，按照传统的方法，在下一步骤中用一个压平辊将挤向上墩部17猛然压平，从而形成有外伸部形状的锚定穴。其结果，外伸部的形状已不规则或已塌陷。
本发明与传统方法相反，将挤向上的墩部17用如图49所示的成型辊10c滚压，从而使该挤向上的墩部发生流动并缓和地向内弯曲。最后如图50所示，用压平辊10b将这些部分压平。结果，全部的锚定穴5a，都如设计要求，形成形状准确而一致的外伸部。
当然实现本发明的方式不限于上述实例。例如，在将包层板上的锚定件向基板的锚定穴进行插接的过程中，可在待接触的两种材料的一个部分或两部分上涂布适当的工业粘合剂或防腐材料。利用这一措施，可进一步提高两种金属形成一体结构的机械接合强度，并可预防电蚀现象。因此，本发明可用各种方式实施。
此外，本发明除可应用于线性电机车辆的反应板和液化天然气运输船舶的槽箱板材外，还可用于各种机器部件和构件。
按照本发明，在基本由钢基板及铝包层板形成一体的复合结构中，诸如用于线性电机车辆的反应板和液化天然气运输船舶的槽箱材料，可将包层板上的锚定件和基板上的对应的锚定穴插接，可用机械加工而获得锚接一体接合。为此，通过将锚定穴和锚定件在两个互相垂直的方向上插接，纵向上的抗剪应力的强度显著地提高，原始的接合强度虽然经过时间迁移而保持不变，从而可持久保持结构性能。
此外，复合结构的接合功能可制成处处均匀，大长度或大面积的复合结构的结合性能可进一步提高。
在生产这种复合结构时，通过使用诸如辊压，机加工或锻造等措施，使锚定穴的形成或将锚定件与锚定穴的插接极为便利。因此，生产费用可降低，精度可大大提高。
权利要求
1.一种锚接复合结构通过将包层板上的多个锚定件(6)，与基板上的对应锚定穴(5)接合，以形成带有基板(1)和包层(2)接合的一体板结构(8，8a，8b，8c)，其特征在于每一该锚定穴(5)在其最深的部分处，形成有外伸部(5a)；将对应的锚定件(6)强压入锚定穴中，并在其中塑性变形以填塞该锚定穴而形成牢固的锁紧连接。
2.如权利要求1中所述的锚接复合板结构，其特征在于所述的每一个锚定穴的底部形成一个峰状的突出部(3′)。
3.如权利要求1中所述的锚接复合板结构，其特征在于将锚定穴(5)集聚成行，用共同的槽将每行中的锚定穴连接，从基板(1)俯视图观察时，该槽呈波浪形的弯曲状。
4.如权利要求1中所述的锚接复合板结构，其特征在于在基板(1)上形成横向槽(4)与所述锚定穴(5)交叉。
5.如权利要求1中所述的锚接复合板结构，其特征在于其中锚定穴有槽(3a)的形式，各有一个外部开口宽度，从上方俯视时，该开口的宽度在槽的纵向上变化。
6.如权利要求1中所述的锚接复合板结构，其特征在于锚定穴(5)为槽形，在基板(1)上沿每一槽的相对两侧按特定间距形成锚定孔(9)。
7.一种锚接复合结构，通过将多个独立于该基板及该包层板之外的锚定销钉(14)对在基板上形成的锚定穴(5a)和在包层板上形成的对应的同轴对正的锚定穴(5b)中作锚定连接以形成整体板结构的锚接复合结构，其特征在于每一锚定穴(5a或5b)为截头圆锥形，该锚定穴的底部在其最深部处，每一个锚定锁(7a)呈沙漏形。
8.如权利要求7中所述的锚接复合板结构，其特征在于其中基板及包层板有特定的多个并在两板(1及2)之间的界面平面上均匀分布的锚定穴(5a及5b)。
9.一种生产一种锚接复合板结构的方法，通过将包层板上的多个锚定件在基板上形成的对应的锚定穴中锚接，以制成基板(1)和包层板(2)的一体的层压结构(8，8a，8b，8c)，其特征在于其步骤包括在所述基板(1)的一个表面上形成有特定图样分布的所述锚定穴(5);在所述包层板(2)的一个表面上与基板上的锚定穴相对的位置上形成所述锚定件(6);将基板及包层板(1，2)靠拢，使锚定件(6)与相应的锚定穴(8)对正;用适当的力将所述两板(1，2)压在一起，使锚定件(6)嵌入相应的锚定穴(5)中，并使之塑性变形而填充该锚定穴，从而形成牢固锁紧的锚接(7)。
10.一种制造锚接复合板的方法，其特征在于包括下列步骤利用成形辊(10)的滚压操作，在一个基板(1)的一个表面上形成第一槽(3)形的锚定穴，每一槽(3)的相对侧上有突缘(11);用形成在围绕第二成形辊(10c)的圆柱形表面上的V形槽的倾斜表面(25)，使每一槽的所述突缘(17)向着该槽的中心塑性变形;用圆柱形辊(10b)将该表面压成平坦表面，从而取得最终为槽形的所述锚定穴，各所述锚定穴在其相对侧上各有外伸形凸缘;用适当的力将其锚定件(6)分别与该锚定穴对正的包层板压在基板(1)上，以使该锚定件部分嵌入在锚定穴中并在其中塑性变形以填充该锚定穴，从而形成锁紧的锚接。
11.如权利要求9所述之制造锚接复合板结构的方法，其特征在于其中所述锚定穴是用切削加工法在基板(1)上形成的。
12.如权利要求9所述之制造锚接复合板结构的方法，其特征在于其中所述锚定穴是用锻造法在基板(1)上形成的。
全文摘要
一种锚接复合板的制造方法，通过用适当的力将包层板上的锚定件压入基板上的对应的有外伸形凸缘的锚定穴中以使锚定件塑性变形而填充锚定穴，从而形成牢固的锁紧锚接。包层板与基板可分别用铝合金及硬钢制造。如此制成的复合板可用于制造线性电机车辆的反应板及液化天然气槽箱材料。
文档编号B21D39/03GK1041028SQ8910483
公开日1990年4月4日 申请日期1989年7月13日 优先权日1988年7月13日
发明者松井繁朋, 热田稔雄, 山田猛, 公门泰博, 龙治真, 石寿彦, 浅利宏温, 村上繁已 申请人:川崎重工业株式会社