本發(fā)明涉及激光先進(jìn)制造領(lǐng)域，具體涉及一種激光驅(qū)動(dòng)液壓脹形的板材鉚接方法及結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)板材間的無(wú)鉚釘鉚接。

背景技術(shù)：

板材鉚接尤其是無(wú)鉚釘鉚接技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于汽車飛機(jī)等行業(yè)，多種先進(jìn)鉚接技術(shù)得到迅猛發(fā)展。

現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)存在部分關(guān)于無(wú)鉚釘鉚接技術(shù)的研究。例如，申請(qǐng)?zhí)枮?00810014018.1中國(guó)專利文獻(xiàn)提出了一種超薄板材脈沖激光微鉚接方法及其專用裝置，該方法采用脈沖激光束所誘發(fā)的爆炸等離子體，將板材沖擊成口小底大的鉚扣形狀，從而將上層板與下層板鉚接在一起。該方法與傳統(tǒng)鉚接方法相比，具有生產(chǎn)效率高，工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)該鉚接所需要的鉚扣形嵌入式互鎖結(jié)構(gòu)主要來(lái)自于板材的橫向(垂直于激光入射方向)變形，而板材的橫向變形主要來(lái)源于等離子體爆炸時(shí)所形成的橫向沖擊力。

但由于激光誘發(fā)的等離子體最初產(chǎn)生于板材表面位置，等離子體爆炸所形成的沖擊力主要沿著縱向(朝向激光束所照射的方向)，垂直于激光束方向的橫向沖擊力相對(duì)較小，所以縱向沖擊效果遠(yuǎn)大于橫向沖擊效果，而鉚扣所具有的口小底大的形狀特征，主要是依靠橫向沖擊力形成的。顯然，較小的橫向沖擊力，必然導(dǎo)致較小的橫向變形和底部尺寸，以及較小的口部與底部的尺寸差，并最終導(dǎo)致嵌入量小、機(jī)械互鎖不足和連接強(qiáng)度低的現(xiàn)象。

為了增加互鎖結(jié)構(gòu)的嵌入量，中國(guó)專利文件201410542386.9公開(kāi)一種可擴(kuò)張的無(wú)鉚釘鉚接沖壓機(jī)，其技術(shù)方案采用可擴(kuò)張的齒形套筒，并通過(guò)凸輪結(jié)構(gòu)和芯棒的運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)套筒上的齒形橫向移動(dòng)，壓迫板材并使之產(chǎn)生橫向變形，從而形成鉚接所用的嵌入式結(jié)構(gòu)。然后，凸輪機(jī)構(gòu)與彈簧機(jī)構(gòu)配合，完成齒形套筒的回縮及其與板材的脫離。

該方法解決了已有方法橫向變形小的問(wèn)題，可以形成很大的互鎖嵌入量，從而提高板材的連接強(qiáng)度，但其專用裝置非常復(fù)雜，生產(chǎn)效率和可靠性受到復(fù)雜機(jī)構(gòu)及其復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種激光驅(qū)動(dòng)液壓脹形的板材鉚接方法。本發(fā)明中上層板材受到的沖擊力通過(guò)液體實(shí)現(xiàn)了沖擊力多方向傳遞給中間層板材，增加了中間層板材所受的橫向力以及橫向變形量,從而增大了互鎖結(jié)構(gòu)的嵌入量，有助于提高鉚接強(qiáng)度。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種激光驅(qū)動(dòng)液壓脹形的板材鉚接方法，步驟如下：

A、在具有凹槽的成型模具上放置下層板材，下層板材具有通孔；

B、在下層板材上放置中間層板材，該中間層板材具有鼓包，且所述鼓包位于所述通孔內(nèi)；

C、向鼓包加注液體，并將上層板材置于中間層板材上方；

D、利用壓緊裝置壓緊上層板材；

E、利用激光沖擊上層板材，令上層板材產(chǎn)生向下的形變，則沖擊力通過(guò)鼓包內(nèi)的液體傳遞至鼓包，令鼓包朝向通孔下方產(chǎn)生橫向及縱向形變，實(shí)現(xiàn)中間層板材與下層板材的鉚接。

上述方法中，優(yōu)選的是，完成步驟D之后，在上層板材上加注液體，再進(jìn)行步驟E。

上述方法中，優(yōu)選的是，所述通孔的截面積小于所述凹槽的截面積。

上述方法中，優(yōu)選的是，所述液體為透明液體。

上述方法中，優(yōu)選的是，所述液體為純凈水。

上述方法中，優(yōu)選的是，所述上層板材上的液體深度不大于5mm。

上述方法中，優(yōu)選的是，所述中間層板材為多層。

上述方法中，優(yōu)選的是，所述下層板材為多層。

上述方法中，優(yōu)選的是，完成步驟E后，將產(chǎn)生了鼓包的上層板材作為中間層板材，然后重復(fù)步驟B-E，實(shí)現(xiàn)多個(gè)板材的鉚接。

一種激光驅(qū)動(dòng)液壓脹形的板材鉚接方法，其用于多層平面結(jié)構(gòu)的中間層板材鉚接，步驟如下：

A、放置下層板材，下層板材是具有通孔的分體式結(jié)構(gòu)；

B、在下層板材上放置至少兩層中間層板材，該中間層板材具有鼓包，且所述鼓包位于所述通孔內(nèi)；

C、向鼓包加注液體，并將上層板材置于中間層板材上方；

D、利用壓緊裝置壓緊上層板材；

E、利用激光沖擊上層板材，令上層板材產(chǎn)生向下的形變，則沖擊力通過(guò)鼓包內(nèi)的液體傳遞至鼓包，令鼓包朝向間隙下方產(chǎn)生橫向及縱向形變，則所有的中間層板材被鉚接為一體；

F、移去下層板材。

在提供上述方法的同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種用于實(shí)現(xiàn)上述鉚接方法的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

自下至上依次設(shè)置的成型模具、具有通孔的下層板材、具有鼓包的中間層板材、平面結(jié)構(gòu)的上層板材及壓緊于上層板材上的壓緊裝置；

其中，所述鼓包內(nèi)加注有液體；

所述上層板材上方也加注有液體；

且所述鼓包位于所述通孔內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)鉚扣的互鎖嵌入量大。傳統(tǒng)方式進(jìn)行激光沖擊鉚接時(shí)，激光照射板材表面形成的爆炸等離子體所產(chǎn)生的縱向沖擊力大于橫向沖擊力，所引起的橫向變形較小。本發(fā)明中，上層板材所受到的沖擊力，通過(guò)上層板材與中間層板材之間密閉空間的液體的轉(zhuǎn)化，均勻地傳遞到中間層板材的各個(gè)方向，增大了中間層板材所受到的橫向壓力，同時(shí)，在凹槽底部的約束下，中間層板材可以產(chǎn)生更大的橫向變形，從而使鉚扣部位形成更大的互鎖嵌入量。

(2)模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)柔性大，可靠性高。傳統(tǒng)方式采用沖壓機(jī)和沖壓模具進(jìn)行鉚接時(shí)，模具結(jié)構(gòu)和模具部件的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜。本發(fā)明中，模具結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，且模具部件不需要復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，生產(chǎn)可靠性高；在保證激光束功率密度的前提下，通過(guò)改變光束直徑和脈沖次數(shù)，即可方便地改變鉚扣的尺寸，生產(chǎn)柔性大。

(3)降低板材破壞可能性。傳統(tǒng)方式進(jìn)行激光沖擊鉚接時(shí)，激光沖擊的壓力分布不均勻，在板材變形量達(dá)到一定程度后，尤其是在形成口小底大的鉚扣形狀時(shí)，容易引起局部破壞。本發(fā)明中，通過(guò)上層板材與中間層板材之間液體的轉(zhuǎn)化，使原本不均勻的壓力，均勻地分布在了中間層板材的表面，從而使中間層板材可以獲得更大變形量而不發(fā)生破壞；另外，在傳統(tǒng)方式中，上層板材只在上表面承受單側(cè)激光沖擊力，本發(fā)明中，上層板材在上表面的激光沖擊力和下表面的液體支撐力的共同作用下發(fā)生變形，這種變形方式可以提高上層板材的成形極限，降低上層板材的破壞可能性。

(4)一個(gè)工作周期結(jié)束后的副產(chǎn)品可以作為下一個(gè)工作周期的原料，生產(chǎn)效率高。與傳統(tǒng)沖壓成形相比，激光沖擊成形具有更高的加工速度和生產(chǎn)率；另外，經(jīng)過(guò)激光沖擊后，上層板材成為鼓包形狀，中間層板材成為口小底大的鉚扣形狀，上層板材可以作為下一個(gè)工作周期的預(yù)制鼓包板材，從而進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)；再者，中間層板材也可以作為下一個(gè)工作周期的待連接板材。

附圖說(shuō)明

圖1是激光沖擊時(shí)裝置的剖面示意圖；

圖2是激光沖擊后裝置的剖面示意圖；

其中，1、透明液體，2、壓緊裝置，3、上層板材，4、中間層板材，5、下層板材，6、成形模具。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：一種激光驅(qū)動(dòng)液壓脹形的板材鉚接方法，主要包括如下步驟：

(a)將下層板材5、具有鼓包的中間層板材4依次放置到成形模具6上方，中間層板材4的鼓包結(jié)構(gòu)中心與下層板材5需要鉚接的位置中心對(duì)齊；

(b)注入透明液體1，使之充滿中間層板材4的鼓包結(jié)構(gòu)；

(c)在中間層板材4上方放置上層板材3，然后使用壓緊裝置2壓緊各層板材；

(d)為了增強(qiáng)激光沖擊效果，在上層板材3上部注入透明液體1，深度不大于5mm；

(d)如圖1所示，使用脈沖激光輻照上層板材3表面，在上層板材3表面形成爆炸等離子體，爆炸等離子體沖擊上層板材3表面，通過(guò)上層板材3與中間層板材4之間的液體的轉(zhuǎn)化，上層板材3所受的沖擊力轉(zhuǎn)換成均勻的液壓力施加在中間層板材4的表面，中間層板材4在下層板材5和成形模具的約束下，發(fā)生脹形，形成口小底大的鉚扣形狀，將中間層板材4和下層板材5連接起來(lái)，沖擊完成后的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

沖擊完成后,去除透明液體1，取出鉚接完成的中間層板材4和下層板材5，上層板材3成為鼓包形狀，可以用于下一個(gè)工作周期的中間層板材使用。

同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種用于實(shí)現(xiàn)上述鉚接方法的結(jié)構(gòu)，主要包括激光可穿過(guò)的透明液體1、壓緊裝置2、成形模具6、平面上層板材3、預(yù)制鼓包的中間層板材4以及待連接的下層板材5。

其相對(duì)關(guān)系為：從下向上依次放置成形模具6、下層板材5、中間層板材4、上層板材3、壓緊裝置2及透明液體1。

所述透明液體1用于覆蓋上層板材3起到約束層的作用，并且充滿上層板材3和中間層板材4之間的鼓包部分用于傳遞壓力。

所述上層板材3與所述中間層板材4之間充滿透明液體1，脈沖激光照射上層板材3時(shí)產(chǎn)生的激光沖擊力可通過(guò)透明液體1均勻地傳遞給中間層板材4，中間層板材4在成形模具6和下層板材5的約束下，發(fā)生脹形，形成口小底大的鉚扣形狀。

所述壓緊裝置2用于壓緊各層板材，使得上層板材3與中間層板材4之間形成充滿液體的密閉空間；所述下層板材5可以是預(yù)制開(kāi)孔的板材，也可以利用上一個(gè)工作周期生成的鉚扣形狀的板材；所述成形模具6根據(jù)需要制作成特定形狀，用于承載各層板材并約束中間層板材4的脹形過(guò)程。

實(shí)施例2：一種激光驅(qū)動(dòng)液壓脹形的板材鉚接方法，主要包括如下步驟：

(a)將多層具有鼓包的中間層板材4依次放置到分體式下層板材5的上方，中間層板材4的鼓包結(jié)構(gòu)中心與下層板材5的通孔的幾何中心對(duì)齊；

(b)注入透明液體1，使之充滿中間層板材4的鼓包結(jié)構(gòu)；

(c)在中間層板材4上方放置上層板材3，然后使用壓緊裝置2壓緊各層板材；

(d)為了增強(qiáng)激光沖擊效果，在上層板材3上部注入透明液體1，深度不大于5mm；

(d)使用脈沖激光輻照上層板材3表面，在上層板材3表面形成爆炸等離子體，爆炸等離子體沖擊上層板材3表面，通過(guò)上層板材3與中間層板材4之間的液體的轉(zhuǎn)化，上層板材3所受的沖擊力轉(zhuǎn)換成均勻的液壓力施加在中間層板材4的表面，多層中間層板材4在下層板材5和成形模具6的約束下，發(fā)生脹形，形成口小底大的鉚扣形狀，實(shí)現(xiàn)多層中間層板材4的鉚接。鉚接完成后,去除透明液體1，移去下層板材5，取出鉚接完成的中間層板材4即可。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，未予以詳細(xì)說(shuō)明和局部放大呈現(xiàn)的部分，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行贅述。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。