板料连接新技术.doc

板料连接新技术刊号：2008 年第 4 期作者：龚小涛 杨帆 石鑫 马海国 西安航空职业技术学院（陕西西安 710089）摘要：文章介绍了一种新的板料连接成型技术TOX冲压连接技术的连接原理，对其连接处的强度和硬度进行了分析，并对TOX板料冲压连接成型的特点进行了介绍，阐述了该种新方法的应用范围。关键词：冲压连接；TOX；板料机械制造行业中，板料连接的应用越来越广泛。目前，常用的板料连接方法有电焊、螺栓联接、铆钉联接等。但这些常规的连接方法不是存在板料变形，就是增加板料后续处理工序。比如点焊在焊接过程中，由于温度较高，容易破坏板件表面镀层，产生热变形。并且点焊机的价格较贵，连接费用也高，且当连接多层材料时点焊就更加困难，对于有镀层的铝、铜及不锈钢板件点焊就无能为力。铆接技术可以克服一部分点焊的缺陷，但是由于铆接技术较为复杂，设备也较为昂贵，如在铆接或螺纹连接方法中，准备工作加上相应的输送以及另配件成本，就会造成很高的费。而TOX冲压连接技术具有无环境污染、节约资源的优势，同时在产品整体上无塑性变形，保持了产品的美观外形，而且可以进行自动检测，不损伤板料的连接强度。因此，TOX冲压连接技术在不远的将来必将得到广泛的应用。1 TOX连接原理TOX冲压连接技术又称无铆钉铆接，是在TOX气液增力缸式冲压连接设备上，采用TOX专用连接模具对被连接板件进行冷挤压，通过板料自身的塑性变形，形成TOX连接圆点而实现。如图 1 所示为TOX连接模具及连接点的形成过程。由图 1 可以看出，在连接过程中，塑压成形连接的基本过程是圆锥形的凸模在专用压力装置(TOX装置)的作用下将凸模一侧的板件材料被挤压到凹模侧的板件内，在进一步的挤压过程中，板件材料塑性“流动”，并在两板件的结合面上形成一个无棱边、无毛刺、无间隙、相互嵌合、断面呈燕尾形的倒锥。这样的塑性连接不仅永久性地将板件合为一体，而且还具有不损坏母材，不影响原有抗腐蚀性能，因为在TOX冲压连接圆点的形成过程中，板件的镀层或漆层也随之一起塑性变形“流动”而无撕裂损伤，即板料表面具有镀层或涂层也不致破坏的优点。倘若某些结构件的一侧，例如大型覆盖零部件的外表面，不允许有凸台存在时则可在具有凸台的一侧，借助一个平面模具支承进行第二次塑压成形以压平凸台，使凸台板件不留任何皱折和压痕、完全保持平面状态。表1 与传统板件连接方法的比较表2 TOX冲压连接技术的应用范围1 凹模 2 板料1 3 板料2 4 凸模图1 TOX冲压圆点连接模具图2 圆点冲压连接与点焊的强度比较图3 圆点冲压点硬度分析图4 Audi 80型轿车行李箱盖2 连接处强度及硬度分析我们对单点和双点连接的静态强度与点焊进行了比较，结果得出：单点连接的静态强度是点焊的70；双点连接的静态强度和点焊相等。通过对圆点连接处的应力进行测试，发现此类连接不存在应力集中现象，这意味着圆点连接的动态疲劳强度肯定比点焊高，寿命也比点焊长。圆点连接和点焊在剪切强度与抗拉强度的比较，如图 2 所示。通过对TOX冲压连接过程进行研究，我们发现连接处材料由于挤压产生塑性变形，其金属颗粒沿着受力方向被拉长为纤维状组织，所以金属的力学性能呈现各向异性。而金属力学性能变化最突出的是随着变形程度的增加，强度、硬度提高；塑性、韧性下降的加工硬化现象。经测定，变形处各点的硬度值是未变形材料的约1.5倍，如图 3 所示。3 TOX连接成型特点和传统的连接方法相比较，TOX冲压连接点的动态疲劳强度远远高于点焊，但其连接费用仅为点焊的40%70%。并且连接质量可简便地无损伤自动检测，可靠性极高，TOX冲压连接方法的一个极大的优点就是可以完成相同或不同材质的两层或三层板件点连接，板材的材质可以相同，也可以不同，并且对板材的厚度也无严格要求，可以连接厚度不同的板材，对于有镀层或漆层的板件，同样可以进行连接，并且连接点处表面防护层无损伤，仍保留其原有的防抗腐蚀性能。TOX冲压连接技术由于可以进行可多点同时连接，因此是大批量现代化生产的首选连接方法。而且连接过程可以自动监控并可文件存储或输出，自动化程度高。在TOX连接过程中，TOX凹模中无活动件，因此极大地提高了模具寿命。表1所示为TOX板料冲压技术和传统的连接技术的比较。4 TOX冲压连接技术应用范围TOX冲压连接技术适用于相同或不同的金属板材和型材。板材厚度最小单板厚度可以达到0.3mm，最大组合板厚钢板约为8.0mm，铜铝板约为11 mm板件。可以完成表面为无镀层的，单面或双面镀层，喷漆的，覆塑料薄膜，有油或干燥表面板件连接；板材的层数为23层，中间夹层可以为纺织物、塑料、箔、薄纸、密封材料、绝缘材料等。表2所示为TOX冲压连接技术的应用范围。TOX冲压连接技术的应用范围极为广泛，可以说，但凡有板件连接的地方原则上都可以利用。目前，这项技术已广泛地渗入汽车工业，家电工业、农机工业、办公用品工业乃至医疗器械工业的许多门类之中并逐渐显示出其经济、节能、多用途、不破坏板件、无热变形等许多优点。图 4 所示为TOX冲压连接技术在Audi 80型轿车行李箱盖上的应用。5 结束语TOX冲压连接技术由于具有连接处动态疲劳连接强度高、连接质量可以无损伤检测、可靠性高等优势，并且该项技术简化了传统的金属板件加工过程及工艺，极大地降低了生产成本和物流成本，因此，TOX冲压连接技术的应