Способ соединения наложенных друг на друга металлических листов клинчеванием Российский патент 2017 года по МПК B21D39/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам соединения наложенных друг на друга металлических листов местной пластической деформацией, при которой образуется взаимозацепляющееся соединение.

Известен «Способ соединения наложенных друг на друга металлических листов местной пластической деформацией для образования взаимозацепляющегося соединения» (патент Российской Федерации RU №2106219 С1, МПК В21D 39/00, В23Ρ 11/00, В21К 25/00, 1998), известной в технической литературе под термином клинчевание. Способ заключается в том, что образуют углубления в по меньшей мере одном листе путем местного пластического выдавливания, при этом углубление ограничивают образуемым соединением по меньшей мере в одном направлении и создают взаимозацепляющееся соединение последовательным сжатием листов, смежных углублению, с поперечным течением металла в углубление.

Недостатком данного изобретения является относительно низкая прочность соединения в условиях работы клинч-точки на срез и вырыв.

Известен способ соединения наложенных друг на друга металлических листов местной пластической деформацией, при котором заданный объем листового материала перемещают посредством соответствующих компонентов штампа в направлении, ортогональном к листовым поверхностям. Образованную таким образом выпуклость после этого сдавливают, заставляя металл течь в холодном состоянии в поперечном направлении, создавая в стенке образуемой лунки взаимозацепляющееся соединение (патент США №4601090, кл. В21D 39/00, 1986). При этом прочность соединения (помимо прочего) характеризуется величиной амплитуды волнообразной линии контакта листов в осевом сечении лунки, т.е. величиной зацепа.

Недостатком данного способа является относительно низкая прочность соединения на сдвиг, обусловленная малой площадью поперечного сечения воспринимающей действие перерезывающей силы. Другим недостатком является низкая прочность соединения на вырыв из-за недостаточной величины зацепа листов в зоне формирования клинч-соединенияи наличия полости, которая не препятствует выпучиванию материала при приложении к листам разрывных усилий.

Решаемой задачей изобретения является повышение прочности клинч-соединения при различных схемах приложения усилий к соединяемым листам.

Техническим результатом от использования заявленного способа является расширение технологических возможностей процесса и повышение прочности соединения.

Новым является

Создание способа соединения наложенных друг на друга металлических листов клинчеванием, позволяющего повысить прочность соединения за счет увеличения зацепа в зоне формирования клинч-соединения путем рационализации течения металла в процессе формирования соединения и увеличения площади поперечного сечения соединения за счет введения в зацепление дополнительного конструктивного элемента.

Технический результат достигается тем, что в способе соединения наложенных друг на друга металлических листов клинчеванием, заключающемся в получении взаимозацепляющегося соединения, при котором с помощью пуансона с прижимом и составной матрицы, содержащей корпус с размещенной в ней наковальней, производят локальную высадку с последующей осадкой некоторого объема материала листов для обеспечения течения металла в поперечном направлении, согласно которому вводят вставку в форме усеченного конуса и трубчатый пуансон, а формирование соединения осуществляют в две стадии, причем на первой стадии, локальной высадки, в пакет листов сжатых с помощью прижима, стержневым пуансоном вдавливают вставку в форме усеченного конуса, обращенную большим своим основанием к листам, изготовленную из более прочного материала, чем материал листов, обеспечивающую сохранение заданной формы вставки, формируя лунку с выдавливанием части материала в кольцевой зазор между боковой поверхностью наковальни и корпусом матрицы, при этом образовывают в стенке лунки зацеп, а в зоне, непосредственно прилегающей к боковой поверхности вставки, - кольцевой полости, на второй стадии, осадки, производят геометрическое замывание вставки, для чего с помощью размещенного в кольцевом зазоре трубчатого пуансона перемещают выдавленный в зазор материал листов в направлении полости, образованной конической поверхностью вставки и общей плоскостью торца стержневого пуансона и прижима, обеспечивая получение взаимозацепляющегося соединения - клинч-соединение.

Технический результат достигается тем, что высоту вставки задают равной расчетной глубине лунки.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая исполнения.

На фиг. 1 - продольный разрез компонентов штампа, с помощью которого реализуется заявляемый способ, положение компонентов штампа и форма клинч-точки в конце первой стадии процесса клинчевания, где:

1 - лист верхний;

2 - лист нижний;

3 - корпус матрицы;

4 - прижим;

5 - стержневой пуансон;

6 - вставка;

7 - наковальня;

8 - трубчатый пуансон.

На фиг. 2 - положение компонентов штампа и форма клинч-точки в продольном разрезе в конце второй стадии процесса клинчевания.

Осуществление процесса соединения

На первой стадии, локальной высадки, процесса формирования клинч-соединения (фиг. 1) в листы металла 1 и 2, помещенные на верхнюю поверхность корпуса матрицы 3 и поджатые к ней с помощью прижима 4, стержневым пуансоном 5 вдавливают вставку 6 в форме усеченного конуса, обращенного большим своим основанием к листам 1 и 2, изготовленную из материала более прочного, чем материал листов, обеспечивающую сохранение заданной формы вставки, формируя лунку с выдавливанием части материала в кольцевой зазор между боковой поверхностью наковальни 7 и корпусом матрицы 3, при этом образовывают в стенке лунки зацеп, а в зоне, непосредственно прилегающей к боковой поверхности вставки 6, - кольцевой полости. Трубчатый пуансон 8 при этом отведен вниз, не препятствуя течению металла.

На второй стадии, осадки, процесса клинчевания (фиг. 2) производят геометрическое замыкание вставки 6, исключающее ее самопроизвольное выпадение из лунки при циклическом нагружении соединения, для чего с помощью размещенного в кольцевом зазоре трубчатый пуансон 8 известным способом поднимают вверх и перемещают выдавленный в зазор материал листов 1 и 2 в направлении полости, образованной конической поверхностью вставки 6 и общей плоскостью торца стержневого пуансона 5 и прижима 4, обеспечивая получение взаимозацепляющегося соединения - клинч-соединения.

По своим технико-экономическим преимуществам по сравнению с известными аналогами заявляемый способ соединения наложенных друг на друга металлических листов клинчеванием позволяет повысить прочность соединения за счет увеличения зацепа в зоне формирования клинч-соединения путем рационализации течения металла в процессе формирования соединения и увеличения площади поперечного сечения соединения за счет введения в зацепление дополнительного конструктивного элемента - вставки.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам соединения наложенных друг на друга металлических листов местной пластической деформацией с образованием клинч-соединения. На первой стадии осуществляют локальную высадку, для чего в пакет листов, помещенных на верхнюю поверхность корпуса матрицы и поджатых к ней прижимом стержневым пуансоном, вдавливают вставку в форме усеченного конуса, обращенного большим своим основанием к листам, с формированием лунки и с выдавливанием части материала в кольцевой зазор между боковой поверхностью наковальни и корпусом матрицы. При этом в стенке лунки образуют зацеп, а в зоне, прилегающей к боковой поверхности вставки, - кольцевую полость. Трубчатый пуансон при этом отведен вниз, не препятствуя течению металла. На второй стадии осуществляют осадку, в процессе которой производят геометрическое замыкание вставки, исключающее ее самопроизвольное выпадение из лунки, для чего с помощью размещенного в кольцевом зазоре трубчатого пуансона перемещают выдавленный в зазор материал листов в полость, образованную конической поверхностью вставки и общей плоскостью торца стержневого пуансона и прижима с получением взаимозацепляющегося клинч-соединения. Повышается прочность соединения и расширяются технологические возможности процесса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ соединения наложенных друг на друга металлических листов клинчеванием, включающий локальную высадку пакета из наложенных друг на друга листов на первой стадии и осадку металла листов на второй стадии с получением взаимозацепляющегося клинч-соединения с помощью штампа, отличающийся тем, что используют штамп, содержащий стержневой пуансон с прижимом, матрицу, наковальню, установленную в корпусе матрицы с образованием кольцевого зазора между ее боковой поверхностью и корпусом матрицы, размещенный в упомянутом кольцевом зазоре трубчатый пуансон и вставку в форме усеченного конуса из более прочного материала, чем материал соединяемых листов, при этом локальную высадку на первой стадии осуществляют с формированием лунки с выдавливанием части металла листов в кольцевой зазор между боковой поверхностью наковальни и корпусом матрицы с помощью вставки, обращенной большим основанием к сжатому прижимом пакету листов, которую вдавливают стержневым пуансоном в пакет листов, и образованием в стенке лунки зацепа, а в прилегающей к боковой поверхности вставки зоне - кольцевой полости, при осадке на второй стадии трубчатым пуансоном перемещают выдавленный в кольцевой зазор металл в полость, образованную конической поверхностью вставки и общей плоскостью торца стержневого пуансона и прижима с образованием геометрического замыкания вставки и получением взаимозацепляющегося клинч-соединения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют вставку, высота которой равна расчетной глубине лунки.