异质和大厚度差板料间的无凸点带孔冲压连接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属板料的连接成形领域，尤其涉及一种异质和大厚度差板料间的无凸点带孔冲压连接方法。
【背景技术】
[0002]传统的钣金件之间的连接方法包括焊接、铆接、螺纹连接以及胶接等，这些方法均有各自的优、缺点。随着社会的发展，特别是出于经济、环保以及安全等方面的考虑，人们又逐渐开发了机械变形连接等一些新的金属板料连接技术，以弥补传统方法的不足。冲压连接(又称为“冲压变形连接”)就是一种利用金属板料的局部塑性变形，使两层或两层以上的板料实现相互嵌套和连接的一种机械变形连接方法。相对于焊接、铆接、粘接等传统工艺，冲压变形连接对板料表面无特殊要求，也不像铆接和螺纹连接那样需要其他附件才能实现连接，而且连接过程能耗小、成本低，无噪音、废气，工作环境良好，因此近年来在汽车、家电等制造行业逐渐得到应用。
[0003]但现有冲压连接工艺仍然存在一些局限，制约了其进一步的推广、应用。例如，现有冲压连接一般在连接位置有突出于板料平面的连接点(以下称“连接凸点”)，可能给后续的装配等操作带来不利的影响。此外，现有冲压连接工艺不能实现材料强度以及板厚差别较大的两层板之间的连接。针对不同的需要，人们又开发了一些新的冲压连接方法，如无凸点的平底冲压连接(Thoralf Gerstmann, Birgit Awiszus.Recent developmentsin flat-clinching.Computat1nal Materials Science, 2014，81:39-44)、带孔冲压连接(Chan-Joo Lee, Jung-Min Lee, Ho-Yeon Ryu, et al.Design of hole-clinchingprocess for joining of dissimilar materials - A16061—T4 alloy with DP780steel,hot-pressed 22MnB5 steel,and carbon fiber reinforced plastic.Journal ofMaterials Processing Technology，2014，214:2169-2178)等。在这些冲压连接方法中，Lee等人提出的带孔冲压连接方法可以实现材料屈服强度差别较大的两层板之间的连接，但在连接位置仍然有连接凸点，同时也不适用于厚度差较大的两层板料的连接，有必要加以改进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，在于提供一种适用于不同材质与厚度的两层板料之间的带孔冲压连接方法，以实现材料屈服强度、板厚差别较大的两层板之间的连接，而且在连接位置没有突出于板平面的连接凸点。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:将材料屈服强度较低和厚度较小的板材(称为“上板”)放在屈服强度较高和厚度较大的板材(称为“下板”)的上方，下板拟连接的位置加工有预制孔，所述预制孔可以是上小下大的倒锥形、上小下大的台阶孔和螺纹孔的形式；连接时，利用安装在压力机上的冲压连接模具的上模对上板进行向下的挤压，使上板连接位置的材料产生塑性变形并流入下板的预制孔内、形成相互嵌套的结构，从而实现上板与下板之间的连接。
[0006]所述冲压连接模具的上模为圆柱体，圆柱体下端为一段逐渐变细的倒锥台形状，倒锥台底面的外径小于所述下板的预制孔小端的直径。
[0007]所述冲压连接模具的下模为圆柱体，当下板厚度为上板厚度的1.5倍以下时，所述下模圆柱体的上端面(即下模与下板底面相接触的工作面)为平面；当下板厚度为上板厚度的1.5倍及以上时，下模圆柱体的上端面有一个上小下大的圆锥台，所述圆锥台在连接时位于下板的预制孔内，且圆锥台的上表面与下板上表面之间的距离小于1.5倍的上板厚度。
[0008]与现有工艺相比，本发明具有以下优势:能够实现材料屈服强度和厚度差别较大的两层板之间的冲压连接，而且在连接位置没有连接凸点，另外还能满足连接部位的气密性要求。
[0009]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明做进一步的说明。
【附图说明】
[0010]图1是上板与具有倒锥形预制孔的下板进行冲压连接的示意图。图中的左半部分表示连接前的状态，右半部分表示连接后的状态。下板厚度为上板厚度的1.5倍以下，圆柱体下模的上端面为平面；
[0011]图2是上板与具有倒锥形预制孔的下板进行冲压连接的示意图。图中的左半部分表示连接前的状态，右半部分表示连接后的状态。下板厚度为上板厚度的1.5倍以上，圆柱体下模的上端面有一个上小下大的圆锥台；
[0012]图3是上板与具有上小下大台阶孔预制孔的下板进行冲压连接的示意图。图中的左半部分表示连接前的状态，右半部分表示连接后的状态。下板厚度为上板厚度的1.5倍以上，圆柱体下模的上端面有一个上小下大的圆锥台；
[0013]图4是上板与具有螺纹孔预制孔的下板进行冲压连接的示意图。图中的左半部分表示连接前的状态，右半部分表示连接后的状态，圆柱体下模的上端面为平面。
[0014]在图1至图4中:
[0015]1、上模2、上端面为平面的下模3、上端面有圆锥台的下模4、上板5、具有倒锥形预制孔的下板(薄)6、具有倒锥形预制孔的下板(厚)7、预制孔为上小下大台阶孔的下板8、预制孔为螺纹孔的下板
【具体实施方式】
[0016]下面以上板为厚度为0.8mm的6063铝板，下板分别为厚度为Imm的AZ31镁合金板和厚度为2mm的6063铝板，且采用倒锥形预制孔的冲压连接为例，说明本发明的【具体实施方式】。其中，6063铝的屈服强度为92MPa，AZ31镁合金的屈服强度为220MPa。
[0017](I)厚度为0.8mm的6063铝板和厚度为Imm的AZ31镁合金板的冲压连接
[0018]将厚度为0.8mm的6063铝板为上板，厚度为Imm的AZ31镁合金板作为下板。在下板拟连接的位置加工单边锥角为25°的倒锥形的预制孔，所述倒锥形孔的小端直径为
6.6mm ;利用安装在压力机上的冲压连接模具的上模对上板进行向下的挤压，使上板连接位置的材料产生塑性变形，并流入下板的预制孔内形成相互嵌套的结构，从而实现上板与下板之间的连接。
[0019]冲压连接模具的上模为直径为6_的圆柱体，圆柱体下端为一段逐渐变细的倒锥台形状，倒锥台的单边锥角为3°，底面外径为5.6mm。
[0020]由于下板厚度为上板厚度的1.5倍以下，圆柱体下模的上端面是平面。
[0021](2)厚度分别为0.8mm和2_的两层6063铝板的冲压连接
[0022]将厚度为2mm的6063铝板作为下板，厚度为0.8mm的6063铝板作为上板。在下板的拟连接的位置加工单边锥角为25°的倒锥形的预制孔，所述倒锥形孔的小端直径为
6.6mm ;利用安装在压力机上的冲压连接模具的上模对上板进行向下的挤压，使上板连接位置的材料产生塑性变形并流入下板的预制孔内、形成相互嵌套的结构。
[0023]冲压连接模具的上模为直径为6mm的圆柱体，圆柱体下端为一段逐渐变细的倒锥台形状，倒锥台单边锥角为3°，底面外径为5.6mm。
[0024]由于下板厚度为上板厚度的1.5倍以上，下模圆柱体的上端面有一个上小下大的圆锥台，圆锥台的高度为0.8mm，上、下端面的外径分别为3.9mm和4.0mm0
【主权项】
1.一种异质和大厚度差板料间的无凸点带孔冲压连接方法，其特征是:将材料屈服强度相对较低和厚度较小的板材(称为“上板”)放在屈服强度相对较高和厚度较大的板材(称为“下板”)的上方，下板拟连接的位置加工有预制孔，所述预制孔可以是上小下大的倒锥形、上小下大的台阶孔和螺纹孔的形式；连接时，利用安装在压力机上的冲压连接模具的上模对上板进行向下的挤压，使上板连接位置的材料产生塑性变形并流入下板的预制孔内、形成相互嵌套的结构。2.根据权利要求1所述的异质和大厚度差板料间的无凸点带孔冲压连接方法，其特征是:所述冲压连接模具的上模为圆柱体，圆柱体下端为一段逐渐变细的倒锥台形状，倒锥台底面的外径小于所述下板的预制孔小端的直径。3.根据权利要求1所述的异质和大厚度差板料间的无凸点带孔冲压连接方法，其特征是:所述冲压连接模具的下模为圆柱体，当下板厚度为上板厚度的1.5倍以下时，所述下模圆柱体的上端面为平面；当下板厚度为上板厚度的1.5倍及以上时，下模圆柱体的上端面有一个上小下大的圆锥台，所述圆锥台在连接时位于下板的预制孔内，且圆锥台的上表面与下板上表面之间的距离小于1.5倍的上板厚度。
【专利摘要】异质和大厚度差板料间的无凸点带孔冲压连接方法，将材料屈服强度较低和厚度较小的板材(称为“上板”)放在屈服强度较高和厚度较大的板材(称为“下板”)的上方，下板拟连接的位置加工有预制孔，预制孔可以是上小下大的倒锥形、上小下大的台阶孔和螺纹孔的形式。连接时，利用冲压连接模具的上模对上板连接位置的材料进行向下的挤压，使之产生塑性变形并流入下板的预制孔内、形成相互嵌套的结构。所述上模为圆柱体，圆柱体下端为一段逐渐变细的倒锥台形状，下模的工作面可以是平面和上小下大的圆锥台。本发明能够实现材料屈服强度和厚度差别较大的两层板之间的冲压连接，而且在连接位置没有连接凸点，还可以满足连接部位的气密性要求。
【IPC分类】B21D39/02
【公开号】CN104959476
【申请号】CN201510317833
【发明人】温彤, 黄倩, 刘清, 欧文学
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月11日