[发明专利]一种轻量化板材的滑块式凹模摩擦无铆连接方法

说明书

一种轻量化板材的滑块式凹模摩擦无铆连接方法，先通过摩擦头和上冲头的旋转对待铆接部位进行局部摩擦加热；然后摩擦头停止转动并对待铆接部位施加压边力，在冲压动力源的作用下压头使上冲头向下运动，使上、下板材的金属向下模具的模具型腔内流动，使下模具分瓣滑块沿径向流动并胀开，上、下板材的金属继续向分瓣滑块之间、下冲头与分瓣滑块之间产生的间隙流动，直到下模具的型腔被充满，且上板材和下板材之间形成S形机械锁；达到预设定的底厚值或者压力后，压头和上冲头向上运动至初始位置，连接过程结束；本发明可获得无裂纹的铆接接头，降低所需铆接作用力，减少铆接缺陷，提高铆接接头的强度，效率更高、操作简便且能耗更低。

技术领域

本发明属于板材连接技术领域，具体涉及一种轻量化板材的滑块式凹模摩擦无铆连接方法。

背景技术

由于环保和节能的需要，轻量化板材在航空航天、交通工具及电子产品等领域的应用越来越广泛。同种材料、异种材料、相同厚度和不同厚度的轻量化板材连接问题得到了广泛关注。无铆连接工艺采用专用凸凹模具对连接板材进行冲压，利用金属塑性变形能力，通过板材之间的内嵌形成机械锁，达到连接目的。然而，传统无铆连接的整体式凹模加工困难、普适性不强、容易积尘渣和液体，且铆接过程中下模具容易胀裂，对于镁合金、钛合金等室温下塑性较差的材料，普通压铆下容易出现变形开裂、所需铆接作用力大及铆接接头可靠性差等现象。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种轻量化板材的滑块式凹模摩擦无铆连接方法，实现室温下同种或异种低塑性轻量化板材之间的无铆连接，所采用的滑块式凹模加工难度低、适用性强且寿命长，能够获得无裂纹的铆接接头，降低所需铆接作用力，减少铆接缺陷，提高铆接接头的强度，具有效率更高、操作简便且能耗更低的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种轻量化板材的滑块式凹模摩擦无铆连接方法，包括以下步骤：

1)定位阶段：连接开始前，将上板材6和下板材7装夹固定并叠放在下模具上，下模具固定不动；摩擦头5和上冲头4整体向下运动，摩擦头5和上冲头4将上板材6和下板材7局部定位于下模具上，并施加压力；上冲头4的上下运动通过冲压动力源、压头1和环形弹簧3的共同作用实现，上冲头4和环形弹簧3通过挡圈2安装在摩擦头5内部；下模具为滑块式分瓣凹模，由分瓣滑块8、弹性圈9、滑块保持架10和下冲头11组成，下冲头11下部外侧和滑块保持架10下部连接，下冲头11上部外侧设有圆周均布的分瓣滑块8，下冲头11和分瓣滑块8之间设有空隙，分瓣滑块8通过弹性圈9拉紧，弹性圈9为橡胶圈或轻载弹簧，分瓣滑块8外侧凹槽和滑块保持架10顶部配合卡住，上冲头4下端部分为带倒角倒置圆台状；

2)摩擦加热阶段：在旋转动力源的作用下，摩擦头5连同上冲头4一起高速旋转，转速为300～2000转/分钟，对上板材6和下板材7待铆接部位进行局部摩擦加热，使其达到塑性变形温度，加热时间为5～30秒；

3)成形初期阶段：摩擦加热阶段结束，旋转动力源停止工作，摩擦头5对待铆接部位施加压边力，在冲压动力源的作用下，压头1使上冲头4向下运动，上板材6和下板材7在上冲头4的作用下弯曲并受挤压，局部发生塑性变形，上板材6和下板材7的金属受到下模具中下冲头11上端面的约束，逐渐填充凹模空间，但是尚未受到下模具中分瓣滑块8的约束，在此阶段，上板材6在上冲头4下端部的圆角处受挤压变薄，其颈部金相组织被强化；

4)成形阶段：上冲头4继续向下运动，上板材6和下板材7的金属材料沿径向流动，分瓣滑块8只受到弹性圈9的定位作用，其预紧力非常小，导致分瓣滑块8沿径向流动并胀开，材料向分瓣滑块8之间、分瓣滑块8与下冲头11之间产生的间隙流动，由于在成形过程中上板材6和下板材7金属材料的流动速度不同，致使上板材6嵌入下板材7中，且上板材6和下板材7之间形成S形机械锁12，形成内嵌型铆接头，上冲头4的冲压铆接速率为0.5～2毫米/秒；