[发明专利]一种金属管材与板材间的塑性连接方法及装置

说明书

本发明公开了一种金属管材与板材间的塑性连接方法及装置，属于材料连接技术领域。装置包括凸模、压边圈和凹模，将需要连接的管材和板材预制后，将管材放入凹模，板材用凹模和压边圈夹紧，凸模高速自转和沿管材轴线慢速旋转，借助摩擦效应提升管材塑性，通过凸模的辊压促进板材塑性变形的部分流入管材环形凹槽，实现管材与板材间的快速、高效、绿色的塑性连接。该装置生产效率高，成本低，对环境友好，适合大批量生产。采用该装置进行连接的方法采用塑性成形的方式，环形凹槽内部由板材的材料填充，接头质量好，可承受较大的拉应力，解决了难焊接异质管材与板材金属间的连接难题。

技术领域

本发明属于材料连接技术领域，具体涉及一种金属管材与板材间的塑性连接方法及装置。

背景技术

在现代工业中，管材类零件和板材类零件在制造业中应用广泛。传统的板材与管材的连接主要采用焊接工艺，但是存在着生产效率较低，重复性不好，污染环境等缺点。另外，对于焊接性差的材料，采用焊接的方式难以实现管材与板材之间的连接。

发明内容

为了解决上述缺陷，本发明提供了一种金属管材与板材间的塑性连接方法及装置，该连接方法操作简单、可靠性高、实用性强；实现该连接方法的连接装置结构简单、复合程度高、生产效率高、成本低、对环境友好、适合大批量生产。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种金属管材与板材间的塑性连接的方法，包括以下步骤：

1)在壁厚为t₂的管材内壁加工若干圈深度为H、宽度为L的环形凹槽，环形凹槽内圆角的半径为R₁，外圆角的半径为R₂；在厚度为t₁的板材上加工圆孔；

2)将凹模固定，将管材固定放置于孔中，将板材固定放置于凹模的上平面和压边圈的下平面之间，并使板材上的圆孔和孔的轴线重合；施加力F₁，将板材压紧；

3)使凸模以速率V向孔运动，对板材进行翻边，继续控制凸模运动，直到板材的翻边与管材内壁紧密接触；

4)使凸模以角速度ω₁自转，同时以孔的轴线为中心线、以ΔL为半径、角速度ω₂做圆周运动，板材的翻边在凸模的作用力下挤压入管材的环形凹槽中；

5)重复步骤4)的操作，直到板材和管材完全结合；操作凸模远离凹模，移开压边圈，取出板材和管材的连接件，完成金属管材与板材间的塑性连接。

优选地，板材的材质为铜合金、镁合金或铝合金；管材的材质为钛合金、不锈钢、镁合金或铝合金。

优选地，1.0mm≤t₁≤3.0mm，1.0mm≤t₂≤4.0mm，且

优选地，环形凹槽的规格如下：

优选地，ω₁＝30～50rad/s，ω₂＝0.05～0.1rad/s，ΔL＝H。

本发明还公开了实现上述金属管材与板材间的塑性连接的方法的装置，包括凸模、压边圈和凹模；凹模上开有孔；压边圈上开有圆孔；使用时，将内壁开有若干凹槽的管材放置固定于孔中，将开有孔的板材固定放置于凹模的上平面和压边圈的下平面之间；凸模为圆柱体，能够与外部动力源连接并在外部电源的驱动下进行朝向凹模的直线运动、自转和以孔的轴线为中心线的圆周运动。

优选地，凹模为卡盘或管卡结构。

优选地，压边圈和凹模通过夹具或顶紧装置固定板材。

优选地，外部动力源为数控渐进成形机床、镗床、铣床或加工中心。

优选地，凸模的前端为锥体或球体。