球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置及方法

摘要

本发明提供了一种球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置及方法，包括：底座层，所述底座层上设有外扩展模；压边层，所述压边层位于所述底座层的正上方，所述压边层的正上方设有一可压缩橡胶块；可移动层，所述可移动层位于所述压边层的正上方，所述可移动层正上方固定有一压力机连接器，所述可移动层正下方固定有一冲头；固定层，所述固定层中心设有一圆形通孔，所述压力机连接器可移动穿设于所述圆形通孔中；其中，所述底座层、压边层、可移动层和固定层从下往上依次穿设于两根定位导杆上，固定层与移动层之间放置有两个触发脱模液压缸。本发明实现无铆连接的快速脱模，提高了无铆连接的效率，并改善了无铆连接过程中的材料流动，提升接头的强度。

权利要求

1.一种球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置，其特征在于，包括：底座层，所述底座层上设有外扩展模，所述底座层内设有一圆柱液压缸，所述圆柱液压缸位于外扩展模的正下方；

所述外扩展模包括凹槽底座、球形导杆、液压杆和柱状杆；

所述凹槽底座内设置有一圈球形导杆且所述球形导杆上端固定有一底模球瓣，所述球形导杆通过活动铰链连接均匀分布在所述凹槽底座内，且球形导杆的下端与所述柱状杆上的凹槽连接，所述球形导杆与所述凹槽底座的内侧侧壁之间设置有一支撑弹簧；所述凹槽底座底部中心设有一圆形孔道；

所述液压杆下方有圆盘活塞和柱状杆，所述柱状杆通过内外螺纹连接圆盘活塞与液压杆，所述液压杆顶端固定有一半球体，且所述液压杆和所述柱状杆可移动穿设过所述凹槽底座底部的圆形通孔；所述圆盘活塞直径外设有密封圈，且可移动设置于所述圆柱液压缸内；

压边层，所述压边层位于所述底座层的正上方，所述压边层的正上方设有一可压缩橡胶块，所述压边层与所述可压缩橡胶块中心有一连通的圆柱形通孔；

可移动层，所述可移动层位于所述压边层的正上方，所述可移动层正上方固定有一压力机连接器，所述可移动层正下方固定有一冲头；

固定层，所述固定层中心设有一圆形通孔，所述压力机连接器可移动穿设于所述圆形通孔中；所述固定层下方固定有两个触发脱模液压缸，所述触发脱模液压缸下连接有一活塞杆，所述活塞杆下方正对可移动层上表面；

其中，所述底座层、压边层、可移动层和固定层从下往上依次穿设于两根定位导杆上，所述底座层和固定层为固定穿设，所述压边层和可移动层为可移动穿设；

所述可移动层上升，接触并逐渐将触发脱模液压缸上的活塞杆压入液压缸内，使液压缸排出液压油，排出的液压油通过液压管道经下层油管进入到圆柱液压缸，由液压油推动圆盘活塞向上运动，带动柱状杆以及液压杆向上运动顶出连接板材，同时柱状杆向上运动带动球形导杆向外张开，使板材脱模。

2.根据权利要求1所述的球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置，其特征在于，所述冲头末端设有一上电极，所述上电极通过导线连接上脉冲接口；所述底模球瓣上设有一下电极，所述下电极通过导线连接下脉冲接口。

3.根据权利要求1所述的球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置，其特征在于，所述触发脱模液压缸通过液压管道与所述圆柱液压缸相连。

4.根据权利要求1所述的球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置，其特征在于，所述冲头可移动穿设于所述压边层与所述可压缩橡胶块中心的圆柱形通孔中。

5.根据权利要求1所述的球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置，其特征在于，所述固定层下端设有两个圆形凹槽，所述固定层下方还设有一固定套筒，所述固定套筒用于固定所述固定层。

6.一种如权利要求1‑5中任意一项所述的球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置的脱模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，将压力机连接器连接到压力机上，将需要连接的板材放置在压边层与球形导杆上，可移动层由于压力机的驱动逐渐下移，压缩可压缩橡胶块，可压缩橡胶块推动压边层进行运动，将放置的板材压紧，在压边层下移的过程中，冲头也向下运动；

步骤二，压边层压紧板材，冲头向下运动，与上层板材进行接触，继续往下，上层板材压缩下层板材，下层板材压迫球形导杆，使得球形导杆受力向外倾斜；同时随着板材受压不断变形，下层板材逐渐向下压半球体，使得液压杆向下运动，带动圆盘活塞压入圆柱液压缸内，使圆柱液压缸排出液压油，排出的液压油通过下层油管经过液压管道回流到触发脱模液压缸内，驱动活塞杆向下运动到设定距离；随着冲头的不断下降，球形导杆向外产生最大倾斜，且通过活动铰链作用于柱状杆上，使得液压杆向上产生微小的运动，一定程度上顶起下层板材，同时多个底模球瓣和球形导杆在侧面形成凹坑，板材材料在冲头和球形导杆的推动下，逐渐向四周的凹坑流动，最终形成无铆连接；当连接硬度较高延展性较低的合金板材时，通过冲头上的上电极和底模球瓣上的下电极分别从上脉冲接口和下脉冲接口外接脉冲电流，进行电阻加热，使得材料局部融化，在材料局部形成焊点；

步骤三，完成无铆连接之后，压力机驱动压力机连接器向上运动，可移动层上升，冲头上升，压边层的压边力降为零，可压缩橡胶块逐渐回复；可移动层上升一定的距离之后，接触并逐渐将触发脱模液压缸上的活塞杆压入液压缸内，使液压缸排出液压油，排出的液压油通过液压管道经下层油管进入到圆柱液压缸，由液压油推动圆盘活塞向上运动，带动柱状杆以及液压杆向上运动顶出连接板材，同时柱状杆向上运动带动球形导杆向外张开，使板材脱模。

说明书

球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无铆连接领域，特别涉及一种球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置及方法。

背景技术

[0002] 铆接是一种古老的连接方法，为了节省材料以及减低铆接的成本，铆接技术逐渐发展出无铆连接。无铆连接能够满足一般的连接要求，且能耗低、耗材少、二氧化碳排放低，
在许多的行业中具有不可或缺的地位，如汽车，飞机以及高铁等行业。无铆连接实质上是板
材在冲头以及模具的作用下产生塑性形变、形成“机械锁”，从而实现连接。在连接的过程
中，不需要其他任何的连接件，单纯依靠材料的塑性形变产生的“机械锁”连接板材。

[0003] 传统的连接方式主要应用于钢材的连接，但随着轻量化汽车的普及；越来越多的轻质板材被使用，如铝合金和镁合金。这些材料不仅减少了车身的重量，还在一定程度上增
加了车身的强度。但是传统的连接方式对于轻合金的连接不是很稳定而且能耗高、投资大。
而无铆连接方式正好提供了最优的解决方案。能够在投资少的情况下达到相应的技术要
求，此外，无铆连接板材具有良好的适应性，可以连接塑料，对于金属，由于其连接过程无冶
金变化，因此对于异种合金的连接也具有良好的适应性。

[0004] 但是无铆连接方式形成的连接的强度不是很高，这是限制其发展的最主要的原因，无铆连接方式形成连接点的强度主要取决于连接点处“机械锁”的大小以及颈部的厚
度。这些参数的主要影响因素是在连接过程中的材料流动。

[0005] 传统的无铆连接主要由固定的底模和运动的冲头冲压板材形成连接，这种连接方式由于底模的固定不能够很好的随着板材的变形而做出相应的尺寸改变，在一定程度上影
响了材料的流动。并且在连接的过程中，由于无铆连接的“机械锁”形成主要依赖底模的沟
壑，在形成连接之后，一部分材料会与底模沟壑充分接触挤压；造成材料难以脱模。同时对
于硬度较高延展性比较低的合金板材却难以连接，而且研究发现传统无铆连接工具对于连
接的对中性要求非常的高，从而在形成铆接时，要浪费大量的时间，严重减低了铆接的效
率。因此，有必要提供一种能快速脱模的同时增强接头强度的无铆连接装置。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置及方法，其目的是为了解决传统无铆连接中材料难以脱模，接头强度弱，耗时长的问题。

[0007] 为了达到上述目的，本发明提供了一种球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置，包括：

[0008] 底座层，所述底座层上设有外扩展模，所述底座层内设有一圆柱液压缸，所述圆柱液压缸位于外扩展模的正下方；

[0009] 所述外扩展模包括凹槽底座、球形导杆、液压杆和柱状杆；

[0010] 所述凹槽底座内设置有一圈球形导杆且所述球形导杆上端固定有一底模球瓣，所述球形导杆通过活动铰链连接均匀分布在所述凹槽底座内，且球形导杆的下端与所述柱状
杆上的凹槽连接，所述球形导杆与所述凹槽底座的内侧侧壁之间设置有一支撑弹簧；所述
凹槽底座底部中心设有一圆形孔道；

[0011] 所述液压杆下方有圆盘活塞和柱状杆，所述柱状杆通过内外螺纹连接圆盘活塞与液压杆，所述液压杆顶端固定有一半球体，且所述液压杆和所述柱状杆可移动穿设过所述
凹槽底座底部的圆形通孔；所述圆盘活塞直径外设有密封圈，且可移动设置于所述圆柱液
压缸内；

[0012] 压边层，所述压边层位于所述底座层的正上方，所述压边层的正上方设有一可压缩橡胶块，所述压边层与所述可压缩橡胶块中心有一连通的圆柱形通孔；

[0013] 可移动层，所述可移动层位于所述压边层的正上方，所述可移动层正上方固定有一压力机连接器，所述可移动层正下方固定有一冲头；

[0014] 固定层，所述固定层中心设有一圆形通孔，所述压力机连接器可移动穿设于所述圆形通孔中；所述固定层下方固定有两个触发脱模液压缸，所述触发脱模液压缸下连接有
一活塞杆，所述活塞杆下方正对可移动层上表面；

[0015] 其中，所述底座层、压边层、可移动层和固定层从下往上依次穿设于两根定位导杆上，所述底座层和固定层为固定穿设，所述可移动层和压边层为可移动穿设。

[0016] 作为优选，所述冲头末端设有一上电极，所述上电极通过导线连接上脉冲接口；所述底模球瓣上设有一下电极，所述下电极通过导线连接下脉冲接口。

[0017] 作为优选，所述触发脱模液压缸通过液压管道与所述圆柱液压缸相连。

[0018] 作为优选，所述冲头可移动穿设于所述压边层与所述可压缩橡胶块中心的圆柱形通孔中。

[0019] 作为优选，所述固定层下端设有两个圆形凹槽，所述固定层下方还设有一固定套筒，所述固定套筒用于固定所述固定层。

[0020] 相对应的，本发明还提供了一种球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模方法，包括如下步骤：

[0021] 步骤一，将压力机连接器连接到压力机上，将需要连接的板材放置在压边层与球形导杆上，可移动层由于压力机的驱动逐渐下移，压缩可压缩橡胶块，可压缩橡胶块推动压
边层进行运动，将放置的板材压紧，在压边层下移的过程中，冲头也向下运动；

[0022] 步骤二，压边层压紧板材，冲头向下运动，与上层板材进行接触，继续往下，上层板材压缩下层板材，下层板材压迫球形导杆，使得球形导杆受力向外倾斜，同时随着板材受压
不断变形，下层板材逐渐向下压半球体，使得液压杆向下运动，带动圆盘活塞压入圆柱液压
缸内，使圆柱液压缸排出液压油，排出的液压油通过下层油管经过液压管道回流到触发脱
模液压缸内，驱动活塞杆向下运动到设定距离。随着冲头的不断下降，球形导杆向外产生最
大倾斜，且通过活动铰链作用于柱状杆上，使得液压杆向上产生微小的运动，一定程度上顶
起下层板材，同时多个底模球瓣和球形导杆在侧面形成凹坑，板材材料在冲头和球形导杆
的推动下，逐渐向四周的凹坑流动，最终形成无铆连接；当连接硬度较高延展性较低的合金
板材时，通过冲头上的上电极和底模球瓣上的下电极分别从上脉冲接口和下脉冲接口外接
脉冲电流，进行电阻加热，使得材料局部融化，在材料局部形成焊点；

[0023] 步骤三，完成无铆连接之后，压力机驱动压力机连接器向上运动，可移动层上升，冲头上升，压边层的压边力降为零，可压缩橡胶块逐渐回复；可移动层上升一定的距离之
后，接触并逐渐将触发脱模液压缸上的活塞杆压入液压缸内，使液压缸排出液压油，排出的
液压油通过液压管道经过下层油管进入到圆柱液压缸，由液压油推动圆盘活塞向上运动，
带动柱状杆以及液压杆向上运动顶出连接板材，同时柱状杆向上运动带动球形导杆向外张
开，使板材脱模。

[0024] 本发明的上述方案有如下的有益效果：

[0025] 1.本发明装置利用半球体以及液压机构实现了自动脱模，提高了无铆连接的效率，实现无铆连接的快速脱模。

[0026] 2.本装置设计了冲头和半球体的“对冲”运动模式(冲头下移，半球体上移)，使板材材料向更有利于增大机械锁的方向流动，促进“机械锁”成形。

[0027] 3.采用多个底模球瓣支撑导流，在无铆连接的过程中，球形导杆逐渐向外侧移动，多个底模球瓣和球形导杆在侧面形成凹坑，与材料流动方向一致，有利于减少塑性变形时
的材料流动阻力，促进“机械锁”成形。

[0028] 4.本装置需要的驱动设备较少，仅需要一个压力机连接驱动即可，并利用自身的运动产生一定的液压驱动顶杆进行脱模，大大减少了设备的投入。

[0029] 5.本装置在冲头以及底模球瓣上设有电极接口，可以接入脉冲电流，利用电阻生热使得被连接材料局部融化，从而使材料局部形成焊点，增大连接的强度。

附图说明

[0030] 图1为本发明装置的结构平面示意图；

[0031] 图2为本发明装置的外扩展模结构示意图；

[0032] 图3为本发明装置的外扩展模结构剖面示意图；

[0033] 图4液压缸连接关系以及液压油流向示意图；

[0034] 图5为本发明装置的工作流程框图；

[0035] 图6为本发明装置的球形导杆的剖面示意图；

[0036] 图7为本发明装置的结构剖面示意图；

[0037] 图8为本发明装置的加工板材放置位置结构剖面示意图；

[0038] 图9为本发明装置的外扩展模正常工作结构剖面示意图。

[0039] 附图标记说明

[0040] 1‑底座层；2‑定位导杆；3‑凹槽底座；4‑压边层；5‑可压缩橡胶块；6‑可移动层；7‑固定层；8‑压力机连接器；9‑触发脱模液压缸；10‑固定套筒；11‑液压管道；12‑螺钉；13‑外
扩展模；14‑活塞杆；101‑球形导杆；104‑液压杆；105‑半球体；106‑圆柱液压缸；108‑下层油
管；109‑下层板材；110‑上层板材；111‑底座螺钉；112‑底模球瓣；113‑弹簧；114‑柱状杆；
115‑内外螺纹连接；120‑密封圈；121‑圆盘活塞；201‑冲头；301‑上电极；302‑下电极；303‑
上脉冲接口；304‑下脉冲接口；401‑无铆连接点。

具体实施方式

[0041] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

[0042] 如图1至图7所示，本发明提供了一种球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置，包括：底座层1，底座层1上设有外扩展模13，底座层1内设有一圆柱液压缸106，圆柱液压缸106
位于外扩展模13的正下方；外扩展模13包括凹槽底座3、球形导杆101、液压杆104和柱状杆
114；凹槽底座3内设置有一圈球形导杆101且球形导杆101上端固定有一底模球瓣112，球形
导杆101通过活动铰链连接均匀分布在凹槽底座3内，球形导杆101的下端与所述柱状杆114
上的凹槽连接，且球形导杆101与凹槽底座3的内侧侧壁之间设置有一支撑弹簧113；凹槽底
座3底部中心设有一圆形孔道；液压杆104下方有圆盘活塞121和柱状杆114，柱状杆114通过
内外螺纹115连接圆盘活塞121与液压杆104，液压杆104顶端螺纹连接有一半球体105，且柱
状杆114可移动穿设过所述凹槽底座3底部的圆形通孔；圆盘活塞121外设有密封圈120，且
可移动设置于圆柱液压缸106内；压边层4位于底座层1的正上方，压边层4的正上方设有一
可压缩橡胶块5，压边层4与可压缩橡胶块5中心有一连通的圆柱形通孔；可移动层6位于压
边层4的正上方，可移动层6正上方固定有一压力机连接器8，可移动层6正下方固定有一冲
头201；固定层7中心设有一圆形通孔，压力机连接器8可移动穿设于圆形通孔中；固定层7下
方固定有两个触发脱模液压缸9，触发脱模液压缸9下连接有一活塞杆14，活塞杆14下方正
对可移动层6上表面；底座层1、压边层4、可移动层6和固定层7从下往上依次穿设于两根定
位导杆2上，底座层1和固定层7为固定穿设，可移动层6和压边层4为可移动穿设。

[0043] 本发明装置分为四个功能层，每个功能层都有不同的作用，但是彼此之间又有相应的驱动关系，通过两个竖直的定位导杆2协调其纵向上的位置关系，使得装置的整体稳定
性和协调性更好，在圆盘活塞121外设置密封圈与所述圆柱液压缸106进行密封配合。

[0044] 其中，冲头201末端设有一上电极301，上电极301通过导线连接上脉冲接口303；底模球瓣112上设有一下电极302，下电极302通过导线连接下脉冲接口304；触发脱模液压缸9
通过液压管道11与圆柱液压缸106相连；冲头201可移动穿设于压边层4与可压缩橡胶块5中
心的圆柱形通孔中；固定层7下方还设有一固定套筒10，固定套筒10用于固定固定层7。

[0045] 本发明装置在冲头以及底模球瓣上设有电极接口，可以接入脉冲电流，实现电阻加热，使得材料局部融化，增加了材料的延展性，使得材料在局部形成焊点，进一步增加了
无铆连接点的强度；液压缸通过液压管道与圆柱液压缸相连，在完成无铆连接之后，压力机
连接器向上运动，带动可移动层向上运动，在运动到一定距离之后，可移动层接触并逐渐将
触发脱模液压缸上的活塞杆压入液压缸内，使液压缸排出液压油，排出的液压油通过液压
管道进入到圆柱液压缸，由液压油推动圆盘活塞向上运动，圆盘活塞带动柱状杆和液压杆
向上运动，液压杆顶出连接板材，同时柱状杆向上运动通过凹槽带动球形导杆向外张开，使
得板材更容易脱落；固定层由固定套筒进行位置固定，并保证模具的稳定性，限制可移动层
的最大位移，保证模具的安全性，固定层下端还设有两个圆形凹槽，用于与触发脱模液压缸
过盈配合。

[0046] 本发明的实施例提供了一种球瓣式复合锁焊无铆连接自动脱模装置的工作流程：如图1、图8和图9所示，首先将压力机连接器8连接到压力机上面，提供装置一个向下的压
力。将需要连接的板材放置在压边层4与球形导杆101上，并进行适当的对中，可移动层6由
于压力机的驱动逐渐下移，逐渐压缩可压缩橡胶块5，可压缩橡胶块5推动压边层4进行运
动，将放置的板材压紧，在压边层4下移的过程中，冲头201也向下运动。

[0047] 如图8和图9所示，压边层4压紧板材，冲头201逐渐向下运动，并与上层板材110进行接触，继续往下，上层板材110压缩下层板材109，下层板材109压迫球形导杆101，使得球
形导杆101受力向外倾斜，同时随着板材受压不断变形，下层板材109逐渐向下压半球体
105，使得液压杆104向下运动，带动圆盘活塞121压入圆柱液压缸106内，使圆柱液压缸106
排出液压油，排出的液压油通过下层油管108经过液压管道11回流到触发脱模液压缸9内，
驱动活塞杆14向下运动到设定距离。随着冲头201的不断下降，球形导杆101会向外产生最
大倾斜，并通过活动铰链以及柱状杆上的凹槽带动液压杆104向上产生微小的运动，一定程
度上顶起下层板材109，冲头201与半球体105形成“对冲关系”，有助于材料的流动，同时多
个底模球瓣112和球形导杆101在侧面形成凹坑，其与材料流动方向一致，减少了塑性变形
时的材料流动阻力，促进了“机械锁”成形，最终形成无铆连接。在此过程中，如果连接的是
硬度较高延展性较低的合金板材，可以通过冲头上的上电极301和底模球瓣上的下电极302
分别从上脉冲接口303和下脉冲接口304外接脉冲电流，实现电阻加热，使得材料局部融化，
增加了材料的延展性，使得材料在局部形成焊点，进一步增加了无铆连接点401的强度。

[0048] 如图1、图4和图7所示，在完成无铆连接之后，压力机连接器8向上运动，可移动层6上升，冲头201上升，压边层4的压边力降为零，可压缩橡胶块5逐渐回复。可移动层6上升一
定的距离之后，接触并逐渐将触发脱模液压缸9上的活塞杆14压入液压缸内，使液压缸9排
出液压油，排出的液压油通过液压管道11经过下层油管108进入到液压缸106，由液压油推
动圆盘活塞121向上运动，带动柱状杆114向上运动并通过活动铰链带动球形导杆101向外
张开，同时带动液压杆104向上运动，顶出连接板材，使得板材脱落。

[0049] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。