BRPI0713581A2

BRPI0713581A2 - rebite de punção e matriz

Info

Publication number: BRPI0713581A2
Application number: BRPI0713581-5A
Authority: BR
Inventors: Sumanjit Singh; Wolfgang Wenzl
Original assignee: Sumanjit Singh
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2012-10-23
Also published as: WO2007147551A1; ATE446151T1; RU2448285C2; CN101472690A; ES2335247T3; US9091290B2; RU2009101815A; EP2032282A1; CN103008523B; DE502007001811D1; CN101472690B; KR101474477B1; KR20090023718A; EP2032282B1; US20130294866A1; JP5660560B2; WO2007147551A8; JP2009541057A; US8506228B2; DE102006028537B3

Abstract

REBITE DE PUNçãO E MATRIZ. A presente invenção refere-se a um rebite de punção e a uma matriz para a produção de uma ligação por rebite. O rebite de punção é caracterizado por geometrias especiais de base do rebite e da cabeça inferior. Na área da base do rebite, a superfície externa do corpo e a superfície interna do corpo estão ligadas através de um pequeno raio radial externo e de um raio radial interno maior, os quais passam tangencialmente um pelo outro. O ângulo que a tangente comum forma com um plano radial fica na faixa de 10 20 . A matriz está adaptada, de preferência, ao reite de punção descrito, todavia, também pode ser empregada em ligação com rebites de punção tradicionais.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REBITE DE PUNÇÃO E MATRIZ".

A presente invenção refere-se a um rebite de punção e matriz, que pode ser executado como simples rebite ou também como elemento de função como, por exemplo, pino de punção ou porca de punção. Em particu- lar, a invenção refere-se a um rebite de punção na forma de um rebite de punção semi-oco ou rebite de punção oco para a produção de uma ligação por rebite de punção com uma ou várias partes de junção em forma de pla- ca (chapas). Além disso, a invenção refere-se a uma matriz, que pode ser usada na produção da ligação por rebite de punção. A matriz, de preferên- cia, está adaptada, de forma especial, à geometria do rebite de punção, to- davia, também pode ser empregada em ligação com rebites de punção tra- dicionais.

A rebitagem de punção como processo de junção tem adquirido significado crescente no passado mais recente. Um parâmetro importante para o processo de junção, bem como para a qualidade de ligação da liga- ção por rebite de punção é a geometria do rebite de punção. No estado da técnica são conhecidas inúmeras geometrias diferentes do rebite de punção, veja, por exemplo, as patentes EP 0 720 695, EP 1 064 466, EP 1 229 254, EP 1 387 093, DE 44 31 769, DE 203 19 610 U1, DE 200 01 103 U1, US2004/0068854 A1, JP 2001 159409A, JP 093317730A entre outras.

O rebite de punção, de acordo com a patente EP 0 720 695 mencionada acima, que normalmente é designado como rebite em C, é em- pregado em grande extensão na indústria de veículos automotores, mas também em outras áreas técnicas. Trata-se de um rebite de punção semi- oco com uma cabeça do rebite e um corpo do rebite com um furo do corpo central, dos quais a cabeça do rebite tem um lado superior plano e uma su- perfície externa da cabeça cilíndrica, e o corpo do rebite tem uma superfície externa do corpo cilíndrica e uma superfície interna do corpo cilíndrica, que limita o furo do corpo central. A superfície externa da cabeça cilíndrica e a superfície externa do corpo cilíndrica estão ligadas entre si diretamente atra- vés de um raio relativamente grande. Na área da base do rebite de punção, o furo do corpo central é executado como cone, sendo que os flancos do cone devem ser ligeiramente abaulados de acordo com indicações nessa publicação. Deste modo, no contexto das possibilidades dadas na técnica de produção, quase é conseguido um "canto agudo" na borda externa do corpo do rebite, que na prática, em geral, é um pouco chanfrado. De acordo com as indicações nessa publicação, o ângulo de abertura do cone pode ficar entre 25° e 120°

No caso da forma de rebites de punção, partiu-se no estado da técnica, normalmente, do chamado comportamento de "Pierce-and-Roll" dos rebites de punção. "Pierce-and-Roll" significa que o rebite de punção é ex- pandido (roll), se possível, logo depois da penetração (pierce) na chapa infe- rior, a fim de obter uma expansão maior possível e, com isso, obter um corte traseiro maior possível do rebite de punção na ligação por rebite de punção. Essas considerações levaram a geometrias do rebite como, por exemplo, aquelas do rebite em C e a matrizes correspondentes, por exemplo, com pino.

Embora na prática o rebite em C tenha se comprovado como bem-sucedido, são desejáveis outros aperfeiçoamentos como, por exemplo, um comportamento de suporte da ligação por rebite de punção, e uma ren- tabilidade aperfeiçoada do processo de junção.

À presente invenção cabe a tarefa de criar um rebite de punção para a produção de uma ligação por rebite de punção com uma ou várias partes de junção, que permita uma otimização do comportamento de supor- te da ligação por rebite de punção, bem como um processo de junção parti- cularmente rentável, em particular, através da redução das exigências quan- to à resistência e à dureza do material do rebite de punção, e uma redução das forças de fixação necessárias para o processo de junção. Além disso, deve ser criada uma matriz apropriada para isso, que esteja adaptada, de preferência, à geometria do rebite de punção executado de acordo com a invenção, contudo, também que possa ser empregado em ligação com ou- tras geometrias de rebite.

Rebites de punção de acordo com a presente invenção para a solução dessa tarefa estão definidos nas reivindicações de patente 1 e 2.

O rebite de punção executado de acordo com a invenção é ca- racterizado, em particular, por uma geometria especial da base do rebite e por uma geometria especial da cabeça inferior, como as que resultam das reivindicações de patente 1 e 2.

De acordo com a solução da reivindicação de patente 1, a su- perfície externa do corpo e a superfície interna do corpo na extremidade da base do rebite estão ligadas através de um primeiro raio R-i, radial externo, e de um segundo raio R2, radial interno, que passam tangencialmente um pelo outro. A tangente comum de Ri e R2 forma um ângulo α de 10° ± 20° com um plano radial do rebite de punção. O primeiro raio Ri que passa tangenci- almente na superfície externa do corpo ou é substituído por uma aresta de comprimento correspondente é 0,3 ± 0,2 mm, e o segundo raio R2, que pas- sa tangencialmente na superfície interna do corpo é (0,7 a 1,2) (dN - dj)/2, em particular, (0,8 a 1,0) (dN - di)/2. O fator (0,7 a 1,2) ou (0,8 a 1,0) é esco- lhido maior aumentando, de preferência, com o Ri que se torna maior.

Caso com os raios R1 e R2 escolhidos dentro das faixas de valor indicadas resulte que nenhum segundo raio R2 possa ser encontrado, que tangencie tanto o primeiro raio R1, como também a superfície interna do cor- po, de acordo com a solução alternativa da reivindicação 2, entre o segundo raio R2 e a superfície interna do corpo está previsto um terceiro raio R3 que passa tangencialmente tanto no segundo raio R2, como também na superfí- cie interna do corpo, e que é de 0,8 ± 0,4 mm. O ângulo α entre a tangente comum de R1, R2 e um plano radial do rebite de punção deve ser escolhido, então, na faixa de 5° ± 10°.

A geometria na área da cabeça inferior da cabeça do rebite de punção nas duas soluções é caracterizada pelo fato de que a superfície ex- terna da cabeça e a superfície externa do corpo estão ligadas através de uma aresta da cabeça inferior cônica ou ligeiramente curvada e de um raio da cabeça inferior, das quais o raio da cabeça inferior passa tangencialmen- te tanto na aresta da cabeça inferior, como também na superfície externa do corpo. No caso de uma aresta da cabeça inferior cônica, a da cabeça inferi- or forma um ângulo β de 25° ± 10°, em particular, 25° ± 7℃, com um plano radial do rebite de punção. No caso de uma aresta da cabeça inferior ligei- ramente curvada vale para o raio de curvatura R7 ≥ 2,0.

A geometria do rebite de punção de acordo com a invenção sig- nifica um abandono do "Pierce-and-Roll" esclarecido anteriormente do rebite de punção.

Como ainda será esclarecido, em mais detalhes, com auxílio das figuras, a presente invenção parte do reconhecimento que, adicional- mente aos critérios de qualidade do corte traseiro da seção do rebite de punção expandido e da espessura mínima axial da parte de junção (chapa) do lado da matriz, na base do rebite devem ser empregados outros critérios de qualidade da ligação por rebite de punção para a obtenção de um com- portamento de suporte otimizado. Neste caso, como ainda será esclarecido em mais detalhes com auxílio das figuras, se trata do denominado compri- mento de encaixe L (encaixa entre a superfície externa da base do rebite e a parte de junção no lado da matriz) da denominada profundidade de suporte T (componentes axiais do comprimento de encaixe L) e da espessura radial tnF da parte de junção no lado da matriz.

A geometria do rebite de acordo com a invenção foi escolhida de tal modo que o comprimento de encaixe L, a profundidade de suporte Tea espessura radial tNF da ligação por rebite de punção são maximizados. A consideração, neste caso, é que o comportamento de suporte da ligação por rebite de punção pode ser aperfeiçoado, se uma maximização do corte tra- seiro da seção do rebite de punção expandido for abandonada em favor de um "fecho devido à força" aperfeiçoado entre o corpo do rebite e a parte de junção (chapa) do lado da matriz. Um "fecho devido à força" aperfeiçoado resulta devido a uma ampliação das seções transversais e superfícies exter- nas do rebite de punção que se encontram encaixadas, por um lado, e das partes de junção, por outro lado, pelo que a carga específica das áreas transmissoras de força é minimizada. Além disso, isso leva a uma redução das tensões de pressão radiais, de tal modo que na carga externa da liga- ção por rebite de punção o tamanho das tensões totais que resultam da re- flexão permanece nos limites. Em virtude da maximização obtida através da invenção do comprimento de encaixe L, da profundidade de suporte T e da espessura tNF mediante corte traseiro suficiente da ligação por rebite de punção expandida e da espessura parcial de junção axial mínima tmin a compressão de superfície entre o rebite de punção e as partes de junção é reduzida, o que, por sua vez, melhora a rigidez e a resistência à fadiga da ligação por rebite de punção. A geometria da base do rebite de acordo com a presente invenção leva, além disso, ao fato de que, durante o processo de junção do rebite de punção, a parte de junção no lado do punção passa, em essência, em um processo de corte, e que o corpo do rebite só é expandido durante a passagem para a parte de junção no lado da matriz. Neste caso, vem a ocorrer um deslizamento com pouca resistência da base do rebite ao longo das partes de junção. Essas circunstâncias levam a uma minimização da força de assentamento necessária, o que, por sua vez, tem como conse- qüência que as exigências quanto a dureza e a resistência do material do rebite de punção são claramente reduzidas, e a fabricação e o processa- mento dos rebites de punção tornam-se mais simples e essencialmente mais econômicos.

Em outra forma de execução da invenção está prevista uma ma- triz dimensionada de modo especial para o rebite de punção executado de acordo com a invenção. Uma matriz executada de acordo com a invenção está definida na reivindicação 19. De acordo com isso, para o diâmetro da matriz vale:

Dm = dN + (0,6 a 1,5) 2tM, em particular, dN + (0,7 a 1,2) 2ím para partes de junção de um material de boa capacidade de deformação, em particular, de uma liga plástica, e

<formula>formula see original document page 6</formula>

para partes de junção de um material fundido ou de outro material com me- nor capacidade de deformação, sendo que, dN é o diâmetro externo do cor- po, do corpo do rebite e tM é a espessura da parte de junção no lado da ma- triz. A profundidade Tm para partes de junção de um material de boa capaci- dade de deformação se situa, de preferência, na faixa Tm= (1,0 a 2,5) ím, em particular, Tm = (1,1 a 2,2) tM. A profundidade Tm para partes de junção de materiais com menor capacidade de deformação é, de preferência, <0,15 <formula>formula see original document page 7</formula>

Dessas fórmulas resulta que o diâmetro da matriz é menor que no estado da técnica. O diâmetro da matriz menor, por sua vez, favorece a redução almejada da expansão do corpo do rebite.

De acordo com a reivindicação 20, uma matriz executada de acordo com a invenção é caracterizada pelo fato de que a matriz apresenta uma cavidade central no fundo da matriz, que no processo de junção provi- dencia o alívio de pressão durante o processo de junção.

O rebite de punção executado de acordo com a invenção é a- propriado, em particular, para a junção de partes de junção de aços alta- mente resistentes, em particular, de aços de AHSS, bem como, de aços austeníticos de metal estável como, por exemplo, H400. Em princípio, con- tudo, o rebite de punção é apropriado para a junção de partes de junção de quaisquer materiais, inclusive de material sintético. O rebite de punção pode ser constituído de materiais tradicionais, sendo que, todavia, como mencio- nado, a dureza e a resistência do material podem ser nitidamente menores que no estado da técnica. A redução possibilitada pela invenção das forças de fixação necessárias e o aperfeiçoamento considerável do comportamento de suporte possibilitam, por exemplo, que com a geometria do rebite solici- tada até mesmo os rebites de ligas de alumínio como, por exemplo, AIMgSiI T6/T7, sejam apropriados para a rebitagem de peças semi-acabadas de a- lumínio.

O rebite de punção executado de acordo com a invenção pode ser um rebite de punção semi-oco (no qual o furo do corpo central é um furo cego), ou um rebite de punção oco (no qual o furo do corpo central é um furo contínuo). No caso do rebite de punção pode se tratar de um rebite pu- ro, ou também de um elemento de função, em particular, um pino de rebite ou uma porca de rebite.

O corpo do rebite pode ter uma superfície externa do corpo ci- líndrica, ou também uma superfície externa do corpo com acanaladura axial. A acanaladura axial serve como segurança contra torção durante o processo de junção, em particular, quando o rebite de punção é executado como ele- mento de função. A acanaladura axial da superfície externa do corpo não necessita de quaisquer forças de junção adicionais. Isto é de grande vanta- gem em relação às acanaladuras em formato de estrela sob a cabeça do rebite, como as que são conhecidas do estado da técnica.

Se o rebite de punção for executado como elemento de função, ele também pode ser empregado em ligação com uma parte de junção (chapa) individual.

A cabeça do rebite é executada, de preferência, como cabeça embutida. Dependendo do caso de aplicação, todavia, também pode ser empregada uma cabeça plana.

Outras execuções e aperfeiçoamentos vantajosos da invenção, características e possibilidades de aplicação da presente invenção estão definidos nas reivindicações de patente dependentes.

Com auxílio dos desenhos serão esclarecidas outras particulari- dades da invenção, bem como, formas de execução preferidas da invenção. São mostradas:

Fig. 1 um corte axial de um rebite de punção executado de acordo com a invenção;

Figura 2 um meio corte axial através de uma ligação por rebite de punção pronta, para a ilustração de determinados critérios de qualidade da ligação por rebite de punção;

Figuras de 3 a 6 representações esquemáticas de um processo por rebite de punção em diferentes fases de operação;

Figura 7 uma representação em corte de uma parte de uma matriz modifica- da;

Figura 8 um corte axial através de uma forma de execução variada do rebite de punção;

Figura 9 uma seção transversal na direção de vista das setas IX-IX na figura .8.

Com auxílio da figura 1 será descrito um exemplo de execução concreto de um rebite de punção semi-oco executado de acordo com a in- venção.

Com referência a um eixo central X, o rebite de punção 2 é exe- cutado com rotação simétrica, e é constituído de uma cabeça do rebite 4, e de um corpo do rebite 6 com um furo do corpo central 8, que é executado como furo cego. A cabeça de rebite 4 tem um lado superior plano 10 e uma superfície externa da cabeça 12 cilíndrica. A superfície externa da cabeça 12 tem um diâmetro di< e uma altura axial HK.

O corpo do rebite 6 tem uma superfície externa do corpo 14 ci- líndrica e uma superfície interna do corpo 16 cilíndrica, que limitam o furo do corpo central 8. A superfície externa do corpo 14 cilíndrica tem um diâmetro externo do corpo dN e a superfície interna do corpo cilíndrica tem um diâme- tro interno do corpo d,.

A superfície externa da cabeça 12 está ligada com a superfície externa do corpo 14 através de uma aresta da cabeça inferior 18 e de um raio R4, (sob o conceito "raio", no contexto em questão deve ser entendido uma superfície anular, que tem a forma de um arco circular com o raio R em uma seção axial).

O raio R4 passa tangencialmente tanto na aresta da cabeça infe- rior 18, como também na superfície externa do corpo 14, enquanto que a aresta da cabeça inferior 18 (por exemplo, através de um raio ou de um can- to agudo) está diretamente adjacente à superfície externa da cabeça 12. A aresta da cabeça inferior 18 forma com um plano radial do rebite de punção 2 um ângulo β.

Na extremidade da base do rebite, a superfície externa do corpo 14 está ligada com a superfície interna do corpo 16 através de um primeiro raio R1, com o ponto médio M1, e de um segundo raio R2, com o ponto mé- dio M2, bem como, eventualmente, através de um terceiro raio R3. O raio Ri passa tangencialmente tanto na superfície externa do corpo 14, como tam- bém no segundo raio R2. O segundo raio R2 passa tangencialmente ou dire- tamente na superfície interna do corpo 16 ou no terceiro raio R3 que, por sua vez, passa tangencialmente na superfície interna do corpo 16. Como pode ser visto claramente na figura 1, o raio Ri é subs- tancialmente menor que o raio R2. A tangente comum Tan dos raios Ri e R2 que está perpendicular à ligação dos pontos médios M1 e M2 forma um ân- gulo α com um plano radial E do rebite de punção 2.

Na extremidade da cabeça do rebite, o furo do corpo 8 apresen- ta uma superfície de fundo 24 cônica de um ângulo do cone γ, que está liga- da com a superfície interna do corpo 16 através de um raio externo do furo do corpo R5 e na área do eixo central X termina em um raio R6. O furo do corpo 8 tem uma profundidade do furo do corpo te que é medida desde a extremidade da base do rebite até o ponto, no qual os prolongamentos ima- ginados da superfície de fundo 24 cônica e a superfície interna do corpo 16 se cortam. A espessura da cabeça do rebite 12 no eixo central X está designada com DK.

Agora, antes que seja aprofundado nas áreas de valor concreto das grandezas que definem a geometria do rebite de punção de acordo com a invenção, com referência à figura 2 são esboçadas as considerações bá- sicas que levaram à presente invenção. Como já foi esclarecido no início, no estado da técnica, mediante a avaliação de uma ligação por rebite de pun- ção pronta, por um lado, foi empregado o corte traseiro H da seção do corpo do rebite expandido e, por outro lado, a espessura mínima tmin axial da parte de junção 26 no lado da matriz (chapa) como critério de qualidade. Em prin- cípio, estava-se empenhado em fazer o corte traseiro Hea espessura mí- nima tmin tão grande quanto possível.

Em oposição a isso, a presente invenção parte da consideração que, adicionalmente ao corte traseiro H e à espessura mínima Uin, o com- primento de encaixe L, a profundidade de suporte Tea espessura radial da parte de junção (chapa) que envolve a base do rebite são critérios de quali- dade essenciais da ligação por rebite de punção. Como se depreende da figura 2, no caso do comprimento de encaixe L, entre o lado externo do cor- po do rebite 6 e a parte de junção 26 no lado da matriz, a profundidade de suporte T é o componente axial do comprimento de encaixe L. A espessura radial tNF da parte de junção 26 no lado da matriz que envolve a base do re- bite é medida no ponto mais extremo da base do rebite.

De acordo com o ensinamento da presente invenção, em princí- pio, é almejado maximizar o comprimento de encaixe L1 a profundidade de suporte Tea espessura radial ínf- Como foi constatado com auxílio de ex- periências abrangentes, dessa forma, pode ser melhorado e otimizado o comportamento de suporte da ligação por rebite de punção, como ainda se- rá esclarecida com mais precisão a seguir.

Outras considerações que servem de base à invenção se refe- rem à forma da cabeça do rebite, do corpo do rebite e da matriz empregada para a produção da ligação por rebite, como será esclarecido, do mesmo modo, com mais precisão a seguir. Forma da base do rebite

A geometria da base do rebite de acordo com o exemplo de e- xecução representado da presente invenção é definida por meio das faixas de valor seguintes:

R1 = 0,3 ± 0,2 mm

R2= (0,7 a 1,2) (dN - di)/2, em particular, R2 = (0,8 a 1,0) (dN -

di)/2

a= 10° ±20°

O raio Ri pode ser substituído por uma aresta de, por exemplo,45°, na medida que o comprimento da fase não é maior que a secante do raio Ri correspondente.

Essas faixas de valor valem para o caso que o raio R2 passa diretamente tangencial na superfície interna do corpo 16. Caso dentro da faixa de valor indicada não possa ser encontrado nenhum raio R2 que tan- gencie tanto o raio Ri como também a superfície interna do corpo 16, o raio R2 deve ser ligado com a superfície interna do corpo através de um outro raio R3. Para R3 e para o ângulo α devem ser escolhidas, então, as seguin- tes faixas de valor: a= 5o-10°

R3= 0,8 ± 0,4 mm.

Se o raio Ri for menor ou igual a 0,2 mm, então o ângulo α = 5o ± 10°. No caso do raio Ri maior (até 0,4 mm), o ângulo pode ser α = 10° ±20°

Um parâmetro essencial da geometria da base do rebite é o ân- gulo a, que a tangente Tan comum dos raios Ri e R2 forma com o plano ra- dial E do rebite de punção. Como representado, e como resulta das faixas de valor indicadas, o ângulo α é muito pequeno, e pode ser até mesmo ne- gativo. Isso ilustra que, em oposição ao estado da técnica, de certa forma, a base do rebite é executada obtusa, isto é, não apresenta nenhum gume de canto vivo no sentido estrito. Essas circunstâncias têm uma influência es- sencial sobre o processo por rebite de punção, e sobre a formação da liga- ção por rebite de punção, como agora será esclarecido no exemplo de uma ligação por rebite de punção entre duas partes de junção (chapas) com refe- rência às figuras de 3 a 6:

Durante a rebitagem de punção, as partes de junção 26, 28 a serem juntadas, de modo conhecido, são mantidas entre o lado superior de uma matriz 30 e o lado inferior de um calcador 32. A matriz 30 tem um es- paço oco 34, que é limitado por uma superfície do fundo 36, de preferência, em forma de um ressalto (pino), e uma superfície da circunferência 38 cilín- drica. Durante o processo de junção, o rebite de punção 2 é pressionado por um punção (não mostrado) nas partes de junção 26, 28, e neste caso, se- ções deformadas das partes de junção 26, 28 são deformadas para dentro do espaço oco 34. O rebite de punção punciona a parte de junção 28 no lado do punção, neste caso, separa um abaulamento 28a da parte de jun- ção 28, e deforma a parte de junção 26 no lado da matriz, sem puncionar essa parte. Deste modo, é formado um tipo de "cabeça de fechamento", de tal modo que as duas partes de junção 26, 28 são mantidas com fecho de- vido à forma entre a cabeça do rebite 4 e a "cabeça de fechamento".

A geometria definida anteriormente da base do rebite tem os seguintes efeitos sobre o processo de junção e a formação da ligação por rebite de punção:

a) na primeira parte do processo de junção, a base do rebite punciona a parte de junção 28 no lado do punção, sem de- formação excessiva da parte de junção 28. Portanto, em geral se trata de um processo de punção ou de corte puro.

b) uma vez que, no caso desse processo de punção, a base do rebite atravessa a parte de junção 28 no lado do pun- ção, em essência, em um processo de corte, a base do re- bite e o corpo do rebite não sofrem nenhuma deformação maior. Isso é ilustrado pelas figuras 4 e 5. A conseqüência é que a força de assentamento necessária para o punção da parte de junção 28 no lado do punção é relativamente pequena.

c) a base do rebite pressiona, agora, o abaulamento 28a puncionado junto com a parte de junção 26 no lado da ma- triz para baixo, para o espaço oco 24 da matriz 30 até que a parte de junção 26 inferior encoste-se a uma superfície do fundo 36 da matriz 30.

d) se a base do rebite tiver puncionado a parte de junção 28 no lado do punção, a base do rebite "desliza" sobre a su- perfície do abaulamento 28a radialmente para fora, e axi- almente para baixo, de tal modo que o material do abau- lamento 28a é pressionado correndo radialmente para dentro do furo do corpo 8, e a parte de junção 26 no lado da matriz radialmente para fora e é deformada axialmente na direção do fundo da matriz (figuras 5, 6). Neste caso, surge o corte traseiro H (fig. 2). A parte de junção 26 no la- do da matriz envolve a base do rebite, sem que a parte de junção no lado da matriz seja afinada demais radialmente e axialmente, ou que seja até cortada.

Dito de modo conciso, por conseguinte, o processo de junção é caracterizado pelo fato de que a parte de junção 28 no lado do punção é puncionada, em geral, em um processo de corte puro, sem que o corpo do rebite 6 e a parte de junção 28 no lado do punção sejam deformados de modo excessivo, e que o alargamento (expansão) do corpo do rebite 6 só ocorra durante a passagem na parte de junção 26 no lado da matriz. Deste modo é obtido que o comprimento de encaixe L1 a profundidade de suporte Tea espessura radial tNF da parte de junção 26 no lado da matriz que en- volve a base do rebite sejam maximizados.

A conseqüência é que o fecho devido à força (fecho de atrito) entre o corpo do rebite 6 e as parles de junção 26, 28 fornece uma contribu- ição considerável para o comportamento de suporte. Em particular, deste modo é minimizada a carga específica das áreas transmissoras de força entre o rebite de punção 2 e as partes de junção 26, 28. Além disso, resulta uma redução das tensões de pressão radiais dentro da ligação por rebite de punção, de tal modo que no caso de uma carga externa da ligação por rebi- te de punção, a soma das tensões externas e internas permanece em limi- tes justificáveis. Além disso, através da maximização de L, T e tNF com corte traseiro H suficiente e espessura mínima tmin a compressão de superfície entre o rebite de punção 2 e as partes de junção 26, 28 é reduzida, pelo que a rigidez e a resistência à fadiga da ligação por rebite de punção são aper- feiçoadas.

Uma outra vantagem importante dessa execução da ligação por rebite de punção, como já foi mencionado, consiste em uma redução signifi- cante da força de assentamento necessária para a produção da ligação por rebite de punção. Isso resulta não apenas vantajoso para a forma e a ope- ração da ferramenta de assentamento, mas leva, sobretudo, ao fato de que, as exigências quanto à dureza e à resistência dos rebites de punção são nitidamente reduzidas. Assim, para a produção de uma ligação por rebite de punção entre as partes de junção de materiais predeterminados, são em- pregados rebites de punção, cuja dureza e resistência são claramente me- nores que no estado da técnica. Por exemplo, podem ser empregados rebi- tes de ligas de alumínio tradicionais como, por exemplo, AIMgSiI para a rebi- tagem de peças semi-acabadas de alumínio.

Uma outra vantagem da execução descrita da ligação por rebite de punção consiste no fato de que, são evitadas ou minimizadas fendas en- tre o rebite de punção, por um lado, e as partes de junção, por outro lado, bem como, entre as partes de junção entre si. Isso junto com as outras pro- priedades da ligação por rebite de punção resulta vantajoso para o compor- tamento de suporte e, em particular, para o comportamento de resistência à oscilação da ligação por rebite de punção.

Forma da cabeça do rebite

A forma da base do rebite deve ser vista em ligação com a for- ma do outro rebite de punção, em particular, da cabeça do rebite, do corpo do rebite e do furo do corpo.

No exemplo de execução representado, a cabeça do rebite 4 é executada como cabeça embutida com uma aresta da cabeça inferior 18 cônica, que está ligada com a superfície externa do corpo 14 através do raio R4, e corta a superfície externa da cabeça 12.

Para o diâmetro da cabeça dK da cabeça do rebite 4 executada como cabeça embutida vale: dK = (1,3 a 1,8) dN, em particular, dK=(1,4a1,65) dN.

Para o comprimento axial Hk da superfície externa da cabeça 12

vale:

Hk= (0,025 a 0,2) dN, em particular, Hk= (0,025 a 0,12) dN.

Com diâmetro da cabeça dK da cabeça que se torna maior, Hk deve ser escolhido maior. As áreas indicadas valem, em particular, para di- âmetros externos do corpo dN ≤ 6mm.

O ângulo β que a aresta da cabeça inferior 18 forma com um plano radial se situa na faixa de 25° ± 7º. O raio R4 é de 0,6 ± 0,4 mm, em particular, 0,5 ± 0,2 mm. Como indicado no lado direito da figura 1 de modo tracejado, a aresta da cabeça inferior também pode ser executada ligeiramente curvada, sendo que a curvatura deve desviar somente um pouco da superfície côni- ca, e o raio de curvatura R7 deve ser ≥ 2,0 mm.

O ângulo β ou o raio R7 e o raio R4 neste caso, devem ser esco- Ihidos de tal modo que a força para o fechamento da fenda entre a cabeça do rebite 4 e a parte de junção 28 no lado do punção (figuras 2 e 6) e, com isso, a força de assentamento deve ser a mais baixa possível. O tamanho da força de assentamento é influenciada de forma decisiva pela diferença entre o ângulo β e o raio R7 da aresta da cabeça inferior 18 e o ângulo cor- respondente do lado superior da parte de junção 28 no lado do punção pun- cionada, bem como, através do tamanho do raioR4 Se o ângulo β for muito grande ou o raio R7 muito pequeno, é

necessária uma força de assentamento muito grande para fechar a fenda entre o lado inferior da cabeça e a parte de junção 28 no lado do punção. Se ângulo β for muito pequeno, surge uma fenda entre o rebite de punção 2 e a parte de junção 28 no lado do punção, na área do raio R4. A cabeça do rebi- te 4 é, então, solicitada para flexão e pode facilmente romper, quando for tentado fechar essa fenda por meio de uma força de assentamento corres- pondentemente grande.

Se o raio R4 for escolhido muito grande (como é o caso do esta- do da técnica, por exemplo, no caso do denominado rebite em C), então o rebite de punção na área do raio R4 precisa deformar de modo correspon- dente o canto adjacente da parte de junção 28 no lado do punção punciona- da e, neste caso, deslocar também radialmente para fora o material da parte de junção 28 no lado do punção parcialmente. Para isso é necessária uma força muito alta, o que, por sua vez, aumenta o tamanho da força de assen- tamento necessária. Se o raio R4 for muito pequeno, então o efeito de enta- lhe provocado deste modo pode levar a um rompimento da cabeça do rebite .4.

A cabeça do rebite descrita, executada como cabeça embutida, em particular, a geometria da cabeça inferior definida acima, em geral, é totalmente apropriada para a rebitagem de partes de junção de todos os materiais metálicos e, eventualmente, também de outros materiais. Durante a junção de materiais sintéticos, em particular, de materiais sintéticos refor- çados por fibras, também podem ser apropriadas as cabeças do rebite que estão assentadas planas, as denominadas cabeças planas com pequenos raios de passagem para a cabeça do rebite. Nestes casos, em geral, o diâ- metro da cabeça dK é escolhido maior que no caso dos rebites com cabeça embutida, a fim de reduzir a carga de superfície específica entre o lado infe- rior da cabeça e o lado superior da parte de junção do lado do punção. O tamanho do diâmetro da cabeça do rebite se situa, então, fora da faixa defi- nida acima.

Forma do corpo do rebite com furo do corpo

No estado da técnica, o diâmetro externo do corpo dN de rebites de punção semi-ocos normalmente se situa entre 3 e 8 mm, e a espessura de parede do corpo do rebite se situa normalmente entre 0,5 e 2,0 mm. O comprimento total do rebite de punção raramente é maior que 10 mm. Na técnica de veículo automotor, os rebites de punção semi-ocos empregados para a ligação de partes da carroceria têm, muitas vezes, um diâmetro ex- terno do corpo dN de 5,3 mm ou 3,2 mm.

Também para rebites de punção de acordo com a presente in- venção, o diâmetro externo do corpo dN pode ser escolhido nessas faixas. De preferência, o diâmetro externo do corpo dN se situa na faixa de 5,0 a 6,0 mm. Como ainda será esclarecido em mais detalhes, contudo, em rebi- tes de punção de acordo com a presente invenção, o diâmetro externo do corpo dN pode ser escolhido, em princípio, um pouco maior que no estado da técnica, uma vez que os rebites de punção executados de acordo com a invenção exigem forças de fixação menores.

O diâmetro interno do corpo d, tem, de preferência, o valor de (0,5 a 0,8) dN. Para as grandezas R5, Re, γ, Tb e Dk valem, de preferência, as seguintes faixas de valor:

R5= 0,7 ± 0,5 mm, em particular, R5= 0,8 ± 0,3 mm R6= 0,9 ± 0,5 mm, em particular, R6= 0,8 ± 0,3 mm γ= de 1100 até 140°, em particular, γ= de 1100 a 130°

tB ≥ 0,2 dN, em particular, tB > 0,3 dN Dk ≥ 0,15 dN.

As faixas de valor indicadas para as grandezas que definem a geometria do corpo asseguram que, ao corpo do rebite 6, em todo caso de aplicação, pode ser conferida uma estabilidade de pressão suficiente (ne- nhuma punção não permitida durante o processo de junção), uma resistên- cia suficiente ao dobramento e ao abaulamento (nenhum dobramento e/ou abaulamento do corpo do rebite durante o processo de junção), e uma resis- tência suficiente à flexão e à punção (deformação visada durante o processo de junção).

A geometria representada e, em particular, o ângulo γ do furo do corpo foram escolhidos de tal modo, a fim de facilitar a produção do furo do corpo. Todavia, deve ser chamada a atenção para o fato de que a geometria do furo do corpo também pode ser escolhida diferente. Assim, por exemplo, o fundo do furo do corpo pode ser executado em forma de domo, isto é, em forma de um arco circular com uma passagem para a superfície interna do corpo 16 através dos raios R5. Também são possíveis outras geometrias do furo.

Produção do rebite de punção

Como já foi mencionado, os rebites de punção de acordo com a presente invenção possibilitam forças de fixação nitidamente reduzidas em comparação com o estado da técnica. Experiências têm resultado que as forças de fixação necessárias para a produção da ligação por rebite de pun- ção de acordo com a ordem de grandeza são menores em torno de 20%. Isso, por sua vez, permite fazer o diâmetro interno do corpo d, maior que no estado da técnica, sem prejudicar a estabilidade de pressão, a resistência ao dobramento e ao abaulamento, bem como, a resistência à flexão e à punção do rebite de punção.

Uma ampliação do diâmetro externo do corpo dN do rebite de punção possibilita uma produção do rebite de punção tecnologicamente mais fácil e mais econômica.

Na produção de rebites de punção por moldagem a frio, o furo do corpo é moldado por meio de um denominado pino. Quanto menor for a seção transversal do furo do corpo 16 e, com isso, do pino, mais difícil é a produção do rebite de punção.

Neste caso, deve ser considerado que os custos para a produ- ção do rebite dependem, em essência, dos custos para as ferramentas de fabricação, sendo que a vida útil das ferramentas de fabricação representa um papel decisivo. Uma ampliação da seção transversal do furo do corpo e, com isso, do pino, leva a uma facilidade significante da produção e, além disso, - devido à condução melhorada do pino - leva a um aperfeiçoamento da exatidão de produção do furo do corpo. Deste modo, a vida útil das fer- ramentas de fabricação é prolongada de modo ultraproporcional, de tal mo· do que os custos para a produção do rebite são reduzidos de modo corres- pondente.

Nessas considerações, além disso, deve ser considerado que uma alteração menor do diâmetro externo do corpo dN pode ter como con- seqüência uma alteração maior do diâmetro interno do corpo d,, sem afetar a estabilidade do rebite de punção. Uma alteração do diâmetro externo do corpo dN em torno de 0,3 mm permite, por exemplo, uma alteração do diâ- metro interno do corpo d, em torno de 0,4 mm, sem que a estabilidade de pressão do corpo do rebite seja afetada. Uma alteração de um diâmetro in- terno do corpo d, = 2,9 mm em torno de 0,3 mm leva a uma ampliação da seção transversal do pino em torno de 33% e uma alteração em torno de 0,4 mm leva a uma ampliação da seção transversal do pino em torno de 41 %.

Desses exemplos de números fica claro que os rebites de pun- ção executados de acordo com a invenção podem ser produzidos de modo substancialmente mais econômico que rebites de punção do estado da téc- nica.

Forma da matriz

Uma influência considerável sobre o processo de junção e a e- xecução da ligação por rebite de punção tem a matriz 30 empregada duran- te a produção, em particular, o volume e o diâmetro Dm da superfície da cir- cunferência 38 cilíndrica, do espaço oco 34 da matriz 30, veja figuras de 2 a .6.

Para o diâmetro Dm vale, de preferência

Dm = dN + (0,6 a 1,5) 2tM, em particular, Dm = dN + (0,7 a 1,2) 2tM para partes de junção de materiais de boa capacidade de deformação, em particular, para ligas plásticas. Neste caso, tM é a espessura da parte de jun- ção 26 no lado da matriz. Com isso, o diâmetro Dm da matriz 30 aumenta com a espessura da parte de junção 26 no lado da matriz. De forma apro- <formula>formula see original document page 20</formula> da parte de junção no lado da matriz, e têm, então: <formula>formula see original document page 21</formula> <formula>formula see original document page 21</formula>

As figuras 8 e 9 mostram uma forma de execução variada de um rebite de punção 2'. Enquanto que no exemplo de execução das figuras de 1 a 6 a superfície externa do corpo 14 é executada cilíndrica, a superfície ex- terna do corpo do rebite de punção 2' modificado está equipado com uma acanaladura 42. A acanaladura 42 axial forma uma segurança contra torção durante o processo de junção, o que é, em particular, de grande vantagem se o rebite de punção for executado como elemento de função (não mostra- do), com um ressalto na cabeça do rebite em formato de pino ou de porca. Além disso, a acanaladura 42 que passa axialmente providencia uma boa condução do rebite de punção 2', sem que deste modo a força de junção necessária seja aumentada.

Claims

1. Rebite de punção com uma cabeça de rebite (4) e um corpo de rebite (6) com um furo do corpo central (8), que possuem um eixo X cen- tral comum, sendo que, a cabeça de rebite (4) tem uma superfície externa da cabeça (12), em essência, cilíndrica, de um diâmetro da cabeça dK predeterminado, o corpo de rebite (6) tem uma superfície externa do corpo (14) de um diâmetro do corpo dN predeterminado e uma superfície interna do corpo (16), que limita o furo do corpo central (8), de um diâmetro interno do corpo d, predeterminado, a superfície externa da cabeça (12) e a superfície externa do corpo (14) estão ligadas através de uma aresta da cabeça inferior (18, 18') cônica ou ligeiramente curvada e de um raio da cabeça inferior R4, que pas- sa tangencialmente na aresta da cabeça inferior (18, 18') como também na superfície externa do corpo (14), e a superfície externa do corpo (14) e a superfície interna do corpo (16) na extremidade da base do rebite estão ligadas através de um primeiro raio R-i, radial externo e de um segundo raio R2, radial interno, que passam tangencialmente um pelo outro, sendo que a tangente comum Tan forma um ângulo α com um plano radial do rebite de punção, sendo que o primeiro raio Ri passa tangencialmente na superfí- cie externa do corpo (14) ou é substituído por uma aresta de comprimento correspondente, e o segundo raio R2 passa tangencialmente na superfície interna do corpo (16), e sendo que para o primeiro raio R-i, para o segundo raio R2 e pa- ra o ângulo a valem as seguintes faixas de valor: R1 = 0,3 ± 0,2 mm R2= (0,7 a 1,2) (dN-di)/2 a = 10° · 20o

2. Rebite de punção com uma cabeça de rebite (4) e um corpo de rebite (6) com um furo do corpo central (8), que possuem um eixo X cen- tral comum, sendo que, a cabeça de rebite (4) tem uma superfície externa da cabeça (12), em essência, cilíndrica, de um diâmetro da cabeça dK predeterminado, o corpo de rebite (6) tem uma superfície externa do corpo (14), em essência, cilíndrica, de um diâmetro do corpo dN predeterminado e uma superfície interna do corpo (16), em essência, cilíndrica, que limita o furo do corpo central (8), de um diâmetro interno do corpo d, predeterminado, a superfície externa da cabeça (12) e a superfície externa do corpo (14) estão ligadas através de uma aresta da cabeça inferior (18, 18') cônica ou ligeiramente curvada e de um raio da cabeça inferior R4, que pas- sa tangencialmente tanto na aresta da cabeça inferior (18, 18') como tam- bém na superfície externa do corpo (14), e a superfície externa do corpo (14) e a superfície interna do corpo (16) na extremidade da base do rebite estão ligadas através de um primeiro raio R-i, radial externo, e de um segundo raio R2 radial interno, que passam tangencialmente um pelo outro, sendo que, a tangente comum Tan forma um ângulo α com um plano radial do rebite de punção, sendo que o primeiro raio Ri passa tangencialmente na superfí- cie externa do corpo (14) ou é substituído por uma aresta de comprimento correspondente, e o segundo raio R2 está ligado com a superfície interna do corpo (16) através de um terceiro raio R3 que passa tangencialmente tanto no segundo raio R2 como também na superfície interna do corpo (16), e sendo que para o primeiro raio Ri, para o segundo raio R2, para o terceiro raio Rse para o ângulo α valem as seguintes faixas de valor: Ri = 0,3 ±0,2 mm R2= (0,7 a 1,2) (dN-di)/2 R3 =0,8 ±0,4 mm α = 5° · 10o

3. Rebite de punção de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca- racterizado pelo fato de que, para o segundo raio R2 vale: R2=(0,8a1,0)(dN-di)/2

4. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a aresta da cabeça inferior (18) cônica forma um ângulo β = 25° ± 10°, em particular, 25° ± 7°, com um plano radial do rebite de punção.

5. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a aresta da cabeça inferior (18') Iigeira- mente curvada apresenta um raio R7 ≥ 2,0.

6. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que para o raio da cabeça inferior R4 va- le: R4= 0,6 ± 0,4 mm, em particular, R4= 0,5 ± 0,2 mm.

7. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que para o diâmetro interno do corpo d, vale: di = (0,5 a 0,8) dN.

8. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que para o diâmetro da cabeça d« da cabeça de rebite (4) vale: dK = (1,3 a 1,8) dN, em particular, dK = (1,4 a 1,65) dN.

9. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que para o comprimento axial Hk da su- perfície externa da cabeça (12) vale: Hk= (0,025 a 0,2) dN) em particular, Hk= (0,025 a 0,12) dN.

10. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações anteriores, no qual a extremidade da cabeça do rebite do furo do corpo (8) é executada fechada, caracterizado pelo fato de que a extremidade fechada do furo do corpo (8) apresenta uma superfície de fundo (24) cônica, que passa na superfície interna do corpo (16) através de um raio externo do furo do corpo R5 e na área do eixo central X termina em um raio interno do furo do corpo R6.

11. Rebite de punção de acordo com a reivindicação 8, caracte- rizado pelo fato de que o ângulo do cone γ da superfície de fundo (24) côni- ca é de 1100 até 140°, em particular, de 1100 a 130°.

12. Rebite de punção de acordo com a reivindicação 8 ou 9, ca- racterizado pelo fato de que para o raio externo do furo do corpo R5 vale: R5 = 0,7 ± 0,5 mm, em particular, R5 = 0,8 ± 0,3 mm.

13. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações de a 12, caracterizado pelo fato de que para o raio interno do furo do corpo R6vale: R6 = 0,9 ± 0,5 mm, em particular, R6 = 0,8 ± 0,3 mm.

14. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações de a 13, caracterizado pelo fato de que para a profundidade te do furo do corpo (8), desde a extremidade da base do rebite até o ponto no qual os 10 prolongamentos imaginados da superfície de fundo (24) cônica e da superfí- cie interna do corpo (16) se cortam, vale: tB > 0,2 dN, em particular, tB > 0,3 dN.

15. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações de a 14, caracterizado pelo fato de que, para a espessura Dk da cabeça de rebite (4) no eixo central X vale: DK>0,15dN.

16. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações de -1 a 9, caracterizado pelo fato de que o furo do corpo na extremidade da ca- beça do rebite é executado aberto.

17. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ele é executado como elemento de função, em particular, como pino de punção ou porca de punção.

18. Rebite de punção de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o corpo do rebite (6; 6') tem uma superfície externa do corpo (14), em essência, cilíndrica, ou uma superfície externa do corpo equipada com uma acanaladura (42) axial.

19. Matriz para a produção de uma ligação por rebite de punção por meio de um rebite de punção, em particular, como definido em uma das reivindicações anteriores, com um espaço oco da matriz (34) que é limitado por um fundo da matriz (36) e por uma superfície da circunferência (38) ci- líndrica, caracterizada pelo fato de que para o diâmetro da matriz Dm e para a profundidade Tm do espaço oco da matriz (34) vale: Dm = dN + (0,6 a 1,5) 2tM, em particular, dN + (0,7 a 1,2) 2tM Tm = (1,0 a 2,5) tM, em particular, Tm = (1,1 a 2,2) tM para partes de junção de materiais de boa capacidade de deformação, em particular, para ligas plásticas, onde dNéo diâmetro externo do corpo, do corpo do rebite (6) do rebite de punção (2) e tM é a espessura da parte de junção (26) no lado da matriz, e DM<2,2dN Tm <0,15 Dm para partes de junção de materiais fundidos e outros materiais com menor capacidade de deformação.

20. Matriz para a produção de uma ligação por rebite de punção por meio de um rebite de punção, em particular, como definido em uma das reivindicações anteriores, com um espaço oco da matriz (34) que é limitado por um fundo da matriz (36) e por uma superfície da circunferência (38) ci- líndrica, caracterizada pelo fato de que a matriz (30') apresenta uma cavida- de central (40) no fundo da matriz,que providencia o alívio de pressão du- rante o processo de junção.

21. Matriz de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que, a cavidade central (40) tem um diâmetro de DEb ^ 0,5 Dm e uma profundidade TEb ^ 0,2 dN, em particular, TEb ^ 0,3 dN.

22. Matriz de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que, a cavidade central (40) tem um diâmetro de DEb > d, e uma pro- fundidade Teb > 0,1 tM.