本發(fā)明涉及激光先進(jìn)制造領(lǐng)域，具體涉及一種半空心鉚釘?shù)募す鉀_擊成形及同步鉚接方法及裝置。

背景技術(shù)：

板料連接技術(shù)在加工制造業(yè)有廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代工業(yè)中，板料連接的典型方法有焊接、螺紋連接、膠接、鉚接等。使用鉚釘將被連接件進(jìn)行機(jī)械連接，相對(duì)其它常用連接技術(shù)有一系列的優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)行異種材料的連接，可實(shí)現(xiàn)多種材料、多種厚度的連接；工藝較簡(jiǎn)單，可小批量生產(chǎn)也可大批量機(jī)械化生產(chǎn)；連接質(zhì)量好，連接件可靠性高，因而在飛機(jī)制造等領(lǐng)域獲得大規(guī)模應(yīng)用。傳統(tǒng)鉚接工藝中需要預(yù)先制備鉚釘，裝配以后再實(shí)現(xiàn)鉚接，工序較多；鉚釘加工及鉚接過(guò)程中一般使用液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)等動(dòng)力源，將鉚釘送到鉚接位置，然后驅(qū)使鉚釘塑性變形為特定形狀和尺寸，最終實(shí)現(xiàn)鉚接。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種半空心鉚釘?shù)募す鉀_擊成形及同步同工位鉚接方法及裝置，該方法利用脈沖激光作為變形驅(qū)動(dòng)力，將原材料板材直接沖擊成形為半空心鉚釘并同步同工位實(shí)現(xiàn)鉚接。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種半空心鉚釘?shù)募す鉀_擊成形同步鉚接方法，如下：

1.利用脈沖激光誘導(dǎo)的沖擊力作為變形驅(qū)動(dòng)力，選用橫截面為環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)的筒狀上凹模，上凹?？梢暂S向移動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；選用帶有型腔的下凹模；

2.將用于制作空心鉚釘?shù)陌辶现糜谏习寄Ｉ戏?，將待鉚接件置于上凹模和下凹模之間，通過(guò)激光沖裁從板料上獲取邊緣呈環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)的毛坯件，且毛坯件下落至待鉚接件的待鉚接部位；

3.對(duì)上凹模進(jìn)行軸向移動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將毛坯件壓緊在待鉚接件上方；

4.利用激光沖擊力對(duì)毛坯件進(jìn)行拉深、脹形處理，毛坯件逐漸成形為半空心鉚釘，并與待鉚接件一起形成鉚接結(jié)構(gòu)。

由于上凹模截面存在環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)，因此利用上凹模沖裁獲取的毛坯件邊緣存在對(duì)應(yīng)的陣列結(jié)構(gòu)，借助上凹模的軸向移動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上凹模與毛坯件的錯(cuò)位，進(jìn)而對(duì)毛坯件提供壓緊力。

因此，上凹模既作為毛坯沖裁時(shí)的凹模，也作為鉚接成形時(shí)的壓邊模。

優(yōu)選的，所述的環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)整體為星形或齒輪形。具有星形或齒輪形的毛坯邊緣材料，在后續(xù)的成形過(guò)程中，更加容易向內(nèi)部流動(dòng)，從而更易形成半空心鉚釘?shù)奈膊?，其它區(qū)域也更易成形為鉚釘頭部。

進(jìn)一步優(yōu)選的，待鉚接件具有通孔，半空心鉚釘在該通孔和下凹模的凹槽中進(jìn)行拉深或脹形。

優(yōu)選的，激光束參數(shù)具有可調(diào)節(jié)性，進(jìn)行沖裁、拉深、脹形等工藝時(shí)可選擇不同參數(shù)的激光束。

本發(fā)明還提供了一種半空心鉚釘?shù)募す鉀_擊成形同步鉚接裝置，包括可調(diào)節(jié)的脈沖激光束、壓邊圈、制作半空心鉚釘?shù)陌宀?、上凹模和下凹模；所述的上凹模安裝在下凹模上方，上凹模和下凹模之間用于放置待鉚接件，制作半空心鉚釘?shù)陌宀姆旁谏习寄Ｉ?，且通過(guò)壓邊圈壓緊，所述的可調(diào)節(jié)的脈沖激光束用于將所述板材成型為半空心鉚釘，實(shí)現(xiàn)待鉚接件的鉚接。

進(jìn)一步的，所述激光束可以控制激光束相關(guān)參數(shù)，包括光斑形狀、直徑、脈沖能量、脈沖頻率、脈沖次數(shù)等，從而在不同的工藝過(guò)程中進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)；

進(jìn)一步的，所述壓邊圈有助于提高板材的激光沖裁質(zhì)量，有助于沖裁出平整的鉚釘毛坯。

進(jìn)一步的，所述板材是制作半空心鉚釘?shù)脑牧?，具有良好的塑性成形性能，同時(shí)能夠滿足鉚接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求；

進(jìn)一步的，所述上凹模是橫截面為環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)的筒狀結(jié)構(gòu)，上凹?？梢暂S向移動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；利用上凹模進(jìn)行激光沖裁獲得的毛坯件邊緣存在對(duì)應(yīng)的環(huán)狀陣列結(jié)構(gòu)，從而在后續(xù)的成形過(guò)程中易于向內(nèi)流動(dòng)；通過(guò)上凹模的軸向運(yùn)動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將毛坯件邊緣壓緊在待鉚接件上方；

進(jìn)一步的，所述待鉚接件為兩層或者以上的板件，并優(yōu)選預(yù)置通孔的板件；所述的通孔與上凹模同軸，激光沖裁獲得的毛坯件正好下落至待鉚接部位上方。

進(jìn)一步的，所述下凹模與待鉚接件通孔一起，共同約束毛坯件的變形，最終在下凹模中形成半空心鉚釘?shù)念^部。

值得說(shuō)明的是，本發(fā)明中的上凹模和下凹模中的“上”和“下”只是為了限定這兩部分的相對(duì)位置，并不是傳統(tǒng)意義上的地理方位上的“上”和“下”，在此將上凹模所在位置定義為上，下凹模所在位置定義為下，自上凹模到下凹模的方向即為從上到下。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)簡(jiǎn)化工序。傳統(tǒng)鉚接工藝一般需要先制造鉚釘，再進(jìn)行裝配和鉚接，本發(fā)明采用脈沖激光誘導(dǎo)的沖擊力制造半空心鉚釘，并將鉚釘毛坯的沖裁、裝配、成形、鉚接同步同工位完成，簡(jiǎn)化了操作工序，提高了生產(chǎn)效率。

(2)鉚釘成形容易。通過(guò)激光束和帶陣列結(jié)構(gòu)的筒狀上凹模，沖裁出邊緣呈環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)的鉚釘毛坯(如齒輪形毛坯)。由于在后續(xù)的鉚釘成形中，毛坯邊緣材料將沿徑向向內(nèi)流動(dòng)，從而產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力和周向壓應(yīng)力。與圓形毛坯相比，邊緣呈環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)的毛坯將顯著減小周向壓應(yīng)力和徑向拉應(yīng)力，使材料更容易產(chǎn)生徑向流動(dòng)，并避免起皺和拉裂缺陷，從而使鉚釘成形更加容易。

(3)鉚接質(zhì)量高。筒狀上凹模不僅作為毛坯沖裁時(shí)的凹模，還同時(shí)作為鉚接成形時(shí)的壓邊模。通過(guò)上凹模的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)對(duì)毛坯件邊緣形成良好的壓緊，形成的鉚釘尾部平整，鉚接質(zhì)量高。與實(shí)心鉚釘相比，通過(guò)激光沖擊形成的半空心鉚釘，在鉚接過(guò)程中，對(duì)被連接板的徑向和周向壓迫小，一般不會(huì)造成殘余應(yīng)力，從而避免應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象。

(4)工藝方法的柔性高。傳統(tǒng)工藝中，不同型號(hào)、尺寸的鉚釘在制造、裝配及鉚接過(guò)程中需要配備相應(yīng)的工藝設(shè)備，而脈沖激光的各種工藝參數(shù)方便調(diào)節(jié)，能夠更好地適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)中不同工況的要求。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是激光束作用于板材上，進(jìn)行鉚釘毛坯件的激光沖裁；

圖2是沖裁完成，上凹模軸向移動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；

圖3是上凹模壓緊鉚釘毛坯，脈沖激光作用于鉚釘毛坯上；

圖4是毛坯在激光沖擊作用下塑性成形為半空心鉚釘，鉚接完成。

圖5是通過(guò)上凹模的運(yùn)動(dòng)壓緊毛坯件的示意圖，其中上凹模的內(nèi)腔與毛坯件邊緣存在對(duì)應(yīng)的陣列結(jié)構(gòu)，通過(guò)上凹模的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上凹模與毛坯件陣列結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位，并通過(guò)上凹模軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)毛坯件的壓緊。

其中，1、脈沖激光束，2、壓邊圈，3、板材，4、上凹模，5、待鉚接件，6、下凹模，7、毛坯件。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，傳統(tǒng)鉚接工藝中需要預(yù)先制備鉚釘，裝配以后再實(shí)現(xiàn)鉚接，工序較多；鉚釘加工及鉚接過(guò)程中一般使用液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)等動(dòng)力源，將鉚釘送到鉚接位置，然后驅(qū)使鉚釘塑性變形為特定形狀和尺寸，最終實(shí)現(xiàn)鉚接。為了解決如上的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N半空心鉚釘?shù)募す鉀_擊成形及同步鉚接方法及裝置。

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：一種半空心鉚釘?shù)募す鉀_擊成形同步鉚接裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括參數(shù)可調(diào)節(jié)的脈沖激光束1、壓邊圈2、制作半空心鉚釘?shù)陌宀?、上凹模4、待鉚接件5、下凹模6等，從上向下依次為壓邊圈2、板材3、上凹模4、待鉚接件5、下凹模6；具體結(jié)構(gòu)如下：

上凹模4安裝在下凹模6上方，上凹模4和下凹模6之間用于放置待鉚接件5，制作半空心鉚釘?shù)陌宀?放在上凹模4上，且通過(guò)壓邊圈2壓緊，所述的可調(diào)節(jié)的脈沖激光束用于將所述板材成型為半空心鉚釘，實(shí)現(xiàn)待鉚接件的鉚接。

其中：脈沖激光束1光斑形狀、直徑、脈沖能量、脈沖頻率、脈沖次數(shù)等相關(guān)參數(shù)可調(diào)，在激光沖裁時(shí)，可選用圓環(huán)形激光束，選用較高脈沖能量，進(jìn)行激光沖擊拉深及脹形時(shí)，可選用圓柱形激光束，選用較低脈沖能量和適當(dāng)脈沖次數(shù)。

壓邊圈2將板材3壓緊在上凹模4上方，減輕激光沖裁時(shí)板材3的材料流動(dòng)，提高所獲得的毛坯件7的質(zhì)量；

板材3是制作半空心鉚釘?shù)脑牧?，具有良好的塑性成形性能，同時(shí)能夠滿足鉚接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求；

上凹模4是橫截面為環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)的筒狀結(jié)構(gòu)，配合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)上凹模4的軸向移動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。利用上凹模4進(jìn)行激光沖裁獲得的毛坯件7存在對(duì)應(yīng)的環(huán)狀陣列結(jié)構(gòu)，通過(guò)上凹模的軸向運(yùn)動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將毛坯件7邊緣壓緊在待鉚接件上方；圖5所示為通過(guò)上凹模的運(yùn)動(dòng)壓緊毛坯件的示意圖，針對(duì)圖2中的上凹模4實(shí)例，沖裁件7不動(dòng)，上凹模4逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)18°，實(shí)現(xiàn)上凹模4與沖裁件7的錯(cuò)位。

待鉚接件5為兩層或者以上的開(kāi)有通孔的板件，通孔與上凹模同軸，激光沖裁獲得的毛坯件7正好下落至通孔上方；

下凹模6與待鉚接件5的通孔一起，共同約束毛坯件7的變形形狀，最終在下凹模6中形成半空心鉚釘?shù)念^部。所述下凹模帶有型腔，型腔的形狀優(yōu)選為圓柱形或者球圈形，這里所述的球圈形為類(lèi)似于半球形的結(jié)構(gòu)。

具有陣列結(jié)構(gòu)的毛坯件邊緣部位最終成為半空心鉚釘?shù)奈膊?；其它部位通過(guò)激光產(chǎn)生的沖擊力形成半空心鉚釘?shù)念^部；

上凹模截面存在環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)，因此利用上凹模沖裁獲取的毛坯件邊緣存在對(duì)應(yīng)的陣列結(jié)構(gòu)，借助上凹模的軸向移動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上凹模與毛坯件的錯(cuò)位，進(jìn)而對(duì)毛坯件提供壓緊力。

本裝置的具體實(shí)施方法如下：

(a)板材3被傳送至上凹模4上方，壓邊圈2將板材壓緊，選用圓環(huán)形脈沖激光束1進(jìn)行激光沖裁，沖裁件7下落至待鉚接件5通孔上方，沖裁件7邊緣具有對(duì)應(yīng)于上凹模4的環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)，。

(b)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制上凹模4按照?qǐng)D2中所示運(yùn)動(dòng)方式，發(fā)生軸向運(yùn)動(dòng)和特定角度的繞軸運(yùn)動(dòng)，上凹模4上的環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)與沖裁件7上的環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)發(fā)生錯(cuò)位，從而將沖裁件7壓緊在待鉚接件5上方。

(c)選用適當(dāng)參數(shù)的脈沖激光束1對(duì)沖裁件7進(jìn)行激光沖擊成形，上凹模4對(duì)沖裁件7提供壓邊力，沖裁件7邊緣的環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)形成半空心鉚釘?shù)奈膊?，沖裁件7中間部位在待鉚接件5和下凹模6共同約束下發(fā)生變形。

(d)在脈沖激光的多次沖擊下，沖裁件7的中間部位發(fā)生激光沖擊拉深及脹形，最終在下凹模6中形成半空心鉚釘?shù)念^部，實(shí)現(xiàn)半空心鉚釘?shù)某尚尾?shí)現(xiàn)鉚接.

從以上的描述中，可以看出，本申請(qǐng)上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

(1)簡(jiǎn)化工序。傳統(tǒng)鉚接工藝一般需要先制造鉚釘，再進(jìn)行裝配和鉚接，本發(fā)明采用脈沖激光誘導(dǎo)的沖擊力制造半空心鉚釘，并將鉚釘毛坯的沖裁、裝配、成形、鉚接同步同工位完成，簡(jiǎn)化了操作工序，提高了生產(chǎn)效率。

(2)鉚釘成形容易。通過(guò)激光束和帶陣列結(jié)構(gòu)的筒狀上凹模，沖裁出邊緣圓形呈陣列結(jié)構(gòu)的鉚釘毛坯(如齒輪形毛坯)。由于在后續(xù)的鉚釘成形中，毛坯邊緣材料將沿徑向向內(nèi)流動(dòng)，從而產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力和周向壓應(yīng)力。與圓形毛坯相比，邊緣呈環(huán)形陣列結(jié)構(gòu)的毛坯將顯著減小徑向拉應(yīng)力和周向壓應(yīng)力，使材料更容易產(chǎn)生徑向流動(dòng)，并避免起皺和拉裂缺陷，從而使鉚釘成形更加容易。

(3)鉚接質(zhì)量高。筒狀上凹模不僅作為毛坯沖裁時(shí)的凹模，還同時(shí)作為鉚接成形時(shí)的壓邊模。通過(guò)上凹模的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)對(duì)毛坯件邊緣形成良好的壓緊，形成的鉚釘尾部平整，鉚接質(zhì)量高。與實(shí)心鉚釘相比，通過(guò)激光沖擊形成的半空心鉚釘，在鉚接過(guò)程中，對(duì)被連接板的徑向和周向壓迫小，一般不會(huì)造成殘余應(yīng)力，從而避免應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象。

(4)工藝方法的柔性高。傳統(tǒng)工藝中，不同型號(hào)、尺寸的鉚釘在制造、裝配及鉚接過(guò)程中需要配備相應(yīng)的工藝設(shè)備，而脈沖激光的各種工藝參數(shù)方便調(diào)節(jié)，能夠更好地適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)中不同工況的要求。

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。