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压铆螺钉连接成形的原理及工艺过程分析

发布日期: 2016-01-19

  压铆螺钉连接成形技术是利用冲压和铆接的原理,通过模具技术在具有塑性变形的板件之间(例如金属板件)挤压成形出连接圆点的一种物理连接技术。挤压成形出的连接圆点几乎不损伤材料的本征特性,具有极好的动态连接疲劳强度;易于实现自动化、规模化的生产;易于进行产品质量控制;劳动强度低;环保无污染等特性。

  压铆螺钉连接成形技术的核心是在板料上挤压出合适的圆点,以使上、下部板料连接在一起。压铆连接成形圆点的工艺过程可分为初期压入、初期成形、塑形成型和保压4个阶段。

  1.板料初期压入阶段

  如图1所示,板料初期压入阶段从凸模1接触上部板料开始,到推杆5到达死点为止。这一过程,上部板料在凸模1挤压力的作用下材料产生弯曲变形,并且局部发生塑性变形。在这一阶段,上、下部板料主要以弹性变形为主,并伴有少量塑性变形。

板料初期压入阶段

图1   板料初期压入阶段

  2.压铆螺钉连接圆点初期成形阶段

  压铆螺钉连接圆点初期成形阶段从推杆5到达死点开始,至下部板料与推杆5顶面完全接触并形成上部轮廓为止(见图2压铆螺钉连接圆点初期成形阶段)。在这一过程中,从开始到结束,随着凸模1的下行,上、下部板料受到推杆5顶面、凹模4侧面上部和凸模1底面及其圆锥面的约束,在弹性变形和塑性变形的共同作用下,形成上部轮廓。在压铆螺钉连接圆点初期成形阶段,上、下板料的上部颈部圆角处组织由于受到凸模1和凹模4、推杆5的挤压,晶格被压缩,组织被强化。同时,在凹模4和推杆5形成的环形凹槽处,由于对材料无约束,材料可以自由伸缩,有助于圆点初步成形,并为压铆连接圆点塑性成形阶段的材料变形留下空间。

压铆螺钉连接圆点初期成形阶段

图2    压铆螺钉连接圆点初期成形阶段

  板料初期压入阶段、压铆螺钉连接圆点初期成形阶段和普通冲压相似,不同之处是在压铆螺钉连接圆点初期形成阶段必须形成压铆螺钉连接圆点的上部轮廓。

  3.压铆螺钉连接圆点塑性成型阶段

  在压铆螺钉连接圆点塑性成型阶段,凸模1继续下行,挤压上、下部板料,直到凸模1到达死点为止(见图3压铆螺钉连接圆点塑性成型阶段)。在这一过程中,由于凹模4和推杆5组成的环形凹槽对下部材料的圆角处无约束力,材料首先在挤压力的作用下向环形凹槽处流动,填充环形凹槽。接着,当环形凹槽处于充满状态时,材料流向环形凹槽处的阻力逐步增大,使凹模侧面的阻力变得相对较小,上部板料中的材料开始同时挤向环形凹槽和下部板料的侧面。在这一过程中,由于压铆连接圆点在初期成形阶段形成了连接圆点的上部轮廓,使上部板料颈状部位组织变薄和硬化,阻止了其材料沿“最小阻力”的方向向上流动,材料只能向“外”流动,从而形成“倒锥”,使上、下部板料相互“咬合”而连接在一起。当凸模1到达死点时,压铆螺钉连接圆点完全形成。

压铆螺钉连接圆点塑形成型阶段

图3    压铆螺钉连接圆点塑形成型阶段

  4.保压阶段

  在保压阶段,模具继续保持一定时间的压力,以使上、下部板料充分填充环形凹槽,并使压铆连接圆点完全定型,从而起到防止压铆连接圆点回弹的作用。保压阶段控制的好坏直接影响产品合格率的高低。

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