CN101610860B - 制造钢结构连接件的方法以及一种铆接工具的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造有承载能力的钢结构连接件的方法，其中，借助于冲具(20)和对顶工具(30)通过局部变形形成铆接件(13)，所述铆接件将第一金属工件(6.1、6.2)与第二金属工件(6.3、6.4)连接。首先在对顶工具的工作面上相叠设置和对齐第一金属工件(6.1、6.2)和第二金属工件(6.3、6.4)，然后进给冲具的冲头，将冲头沉入两个相叠放置在一起的金属工件(6.1、6.2；6.3、6.4)，直至通过局部变形形成铆接件(13)。第一金属工件(6.1、6.2)具有第一工件厚度(t1)，第二金属工件(6.3、6.4)具有第二工件厚度(t2)，其构成大于8mm的工件总厚度(tt)。所述冲头相对于旋转轴(24)旋转对称地设置且具有至少一个圆锥形成形的过渡区域(21、22)，其以角度(W、W1、W2)在冲头的沉入方向上逐渐变细。

Description

制造钢结构连接件的方法以及一种铆接工具的使用方法

技术领域

本发明涉及一种制造有承载能力的钢结构连接件的方法以及一种用于由两个金属工件制造有承载能力的钢结构件的铆接工具的使用方法。 

背景技术

长期以来，人们已经知道铆接是一种变形接合方法。这种方法也被称为压接。铆接是一种变形技术的连接工艺，其按照实施形式无需使用辅助接合件。 

对于铆接存在各种不同的生产接合件的变化形式。铆接的特性如下： 

-按照接合元件的结构：有切割部分的铆接和无切割部分的铆接； 

-按照凹模形状：刚性凹模和开放式凹模； 

-按照工具运动学：一级铆接和多级铆接。 

下面首先涉及无切割部分的铆接。本方法相对于用于连接金属板或其它工件所使用的常规方法具有一定的优点，常规的方法包括例如焊接、点焊、借助于铆钉或盲铆钉的连接以及使用冲压铆钉。如果考虑到每个连接的费用，无切割部分的铆接相对于常规的连接方法更便宜。 

US2006/0096075A1公开了厚度大于4mm的金属板和其它金属工件的铆接。不过，如在本发明的范围中确定的那样，在这种公知的方法中夹紧力是非常高的，其在将冲头拔出时会导致金属板或金属工件的损坏。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种用极小的夹紧力对由优选具有大于4mm的厚度的金属厚板制成的金属板和支架进行铆接的方法，以便因此还能在将来在钢件结构中可靠地使用铆接，在钢件结构中重要的是，相应的部分能够承载较大的力矩和力。换言之，应该能够针对承载的或有承载能力的 以及支承的金属工件使用铆接。此外，厚金属工件应该如此相互连接，即实现最佳的侧凹造型和最大可能的颈厚，以便确保铆接件的相应的强度。 

此外，还提出了相应优化的铆接的应用以及相应制成的钢结构件。 

根据本发明的一个方面，在制造有承载能力的钢结构连接件的方法中，借助于冲具和对顶工具通过局部变形形成铆接件，所述铆接件将第一金属工件与第二金属工件连接，具有以下步骤：在对顶工具的加工面上相叠设置和对齐第一金属工件和第二金属工件，进给冲具的冲头，将冲头沉入两个相叠放置在一起的金属工件，直至通过局部变形形成铆接件，将冲头拔出，第一金属工件具有第一工件厚度，第二金属工件具有第二工件厚度，所述两个厚度加在一起得出金属工件总厚度，其厚于8mm。所述冲头相对于旋转轴旋转对称地设置且具有至少一个圆锥形成形的过渡区，其以侧角在冲头的沉入方向上逐渐变细，且侧角从导入端面的圆锥形成形的下过渡区的第一侧角过渡到圆锥形成形的上过渡区的第二侧角，其中，第一侧角大于第二侧角。 

根据本发明的另一个方面，在用于由两个金属工件制造有承载能力的钢结构件的铆接工具的使用方法中，金属工件至少通过一个铆接件相互连接，其中，所述铆接工具具有冲头，冲头具有圆锥形成形的具有侧角的过渡区，侧角从导入端面的圆锥形成形的下过渡区的第一侧角过渡到圆锥形成形的上过渡区的第二侧角，其中，第一侧角大于第二侧角，从而使冲头在工件一侧的端面的直径稍小于冲头在工具一侧的端面的直径。 

根据本发明，能够用极小的夹紧力将钢板和钢架或者说钢材型材(这里总体上被称作金属工件)进行铆接，因此可靠地制成了稳定的和有承载能力的钢结构件，其中，金属工件一起具有一个总工件厚度tt，其厚于或者说大于8mm。 

首先通过相应厚度的金属工件以及按照本发明的铆接方法可靠地制成具有足够的承载强度或稳定性的钢结构件。 

为此，要对铆接工具进行相应的改进和优化。根据本发明的工具突出之处在于，其具有圆锥形成形的冲头，该冲头具有两个过渡区，其中在端面的区域中的过渡区具有比与其紧靠的上过渡区更大的侧角。相对较大的侧角可以小于或等于10°且向5°至0°的侧角过渡。该冲头的直径优选在10mm和35mm之间的范围中，特别优选在12mm(14mm、16mm、18mm)至20mm或25mm之间，其中，该直径取决于待连接的金属工件的厚度以及所需的强度或拉力。 

通过本发明，铆接将成为焊接的真正替换形式，迄今为止焊接主要作为用于连接厚工件(例如St-37、St-44、St-52、St-70金属板或EN-S235、S275、S355、S460金属板)或支架(厚度＞4mm)的接合方法所使用。铆接也可代替铆钉连接和螺栓连接。 

根据本发明，可将不同厚度和不同材料的金属板、型材、支架和其它金属零件或者说金属工件相互连接。在铆接中，仅仅直接由有待连接的金属工件的材料产生两个金属工件的连接。这里，通过铆接连接的元件被称为铆接钢结构件。 

本发明能够越来越多地将金属工件连接，例如金属板型材或金属板件或金属板条在钢架上的连接，也应用在电梯和自动扶梯结构中，其中，电梯轿厢或自动扶梯的构架或者说支承结构的一部分也可通过铆接技术制造。 

但也可以借助于铆接技术将不同的支承部件固定在支承或支撑的支架、构架、悬臂、雕刻装饰、底座或框架上。这样就可以借助于铆接将金属板覆层(壁板)装配到承载元件上。 

根据本发明提供了在两个金属工件之间不可分离的连接，该连接达到了很大的自持力(拉力和剪力)。在动态应力下已经被证实，这样生产出的铆接钢结构件具有比点焊连接明显更好的支承特性。 

根据本发明可毫无问题地将镀层的和没有镀层的材料相互连接，这尤其在电梯和自动扶梯中开辟了材料选择的新的可能性。因此例如可将镀锌、喷漆或塑料涂层的金属板和/或钢架相互连接，而不会通过铆接对涂层产生可见的损伤。金属零件或金属工件还可以在其通过铆接接合成更大的钢结构件之前配备防锈层。 

铆接的其它优点在于，在产生这种连接时既不需要预开孔也不需要辅助接合件或者说连接件或连接材料。铆接相对于常规方法的主要优点在于其较少的接合费用。此外，在待连接的工件中不会产生热输入或者说热导入，从而避免了扭曲、渗透和接合变化，这例如对于大的和长的钢结构件，例如承载机构或构架或框架或安全框架或支架或侧支架，是非常有利的。 

附图说明

下面借助于实施例和参照附图对本发明的其它特征和优点进行说明。其中： 

图1是铆接工具的冲头和通过铆接相互连接的两个金属工件的极大简化的示意图； 

图2A是根据本发明的铆接的第一步骤的示意图，其中，未示出冲头的两个过渡区； 

图2B是根据本发明的铆接的第二步骤的示意图，其中，未示出冲头的两个过渡区； 

图2C是根据本发明的铆接的第三步骤的示意图，其中，未示出冲头的两个过渡区； 

图3A是两个铆接后的金属工件的截面图； 

图3B是根据本发明的铆接工具的一部分的截面图或者说细节图； 

图4A是两个铆接后的金属工件或者说金属零件以及铆接工具的一部分的截面图，其中，铆接工具的冲头具有12mm的直径； 

图4B是两个铆接后的金属工件以及铆接工具的一部分的截面图，其中，铆接工具的冲头具有14mm的直径； 

图4C是两个铆接后的金属工件以及铆接工具的一部分的截面图，其中，铆接工具的冲头具有20mm的直径； 

图5A是根据本发明的冲头的示意截面图； 

图5B是根据本发明的冲头的另一示意截面图； 

图6是具有构架或支架的自动扶梯或移动步道的侧视图； 

图7是按照本发明具有双铆接件的构架的一部分的侧视图； 

图8A是按照本发明具有双铆接件的构架的部分视图； 

图8B是按照本发明穿过双铆接件的截面G-G的截面图； 

图8C是根据现有技术具有焊接件的构架的部分视图； 

图9是按照本发明具有单铆接件的另一构架的部分视图； 

图10是按照本发明具有铆接件的构架的中心支架的部分视图。 

具体实施方式

如说明书开头所述，本申请的范围涉及无切割部分的铆接。铆接的形式是纯粹的变形接合过程。工件的连接仅仅借助于渗透结合下沉以及之后的压缩实现。开发这种无切割部分的方法的基本思路首先是力求由更大的材料内聚力引 起连接硬度的提高。 

在图1中仅示意性地示出本发明的原理。所示两个金属工件11和12通过铆接件13相互连接。冲具20的一部分(这里被称作冲头)在铆接件10或铆接点10的上方示出。 

铆接工具20包括冲头和对顶工具30，对顶工具30可以被设计为凹模或铁砧。冲头相对于其转轴24旋转对称地设计。冲头具有相对于转轴24同心设置的具有侧角W的侧面25。相对于冲头的顶部的端面23，侧面25被分为靠近端面23的具有侧角W1的侧面25的下过渡区21以及具有侧角W2的侧面25的上过渡区22。两个过渡区21、22相互过渡。此外，如在根据图1、图3B和图5A的实施例中所示，两个过渡区以非连续的形式和方式相互过渡且具有不同的侧角W1、W2。如在图2A至2C中所示，待连接的金属工件11、12(例如厚度为t1的钢架和厚度为t2的金属板，t1＞t2)通过冲头以与压铸或镦锻类似的方式在塑性变形下被压入凹模30的沉孔或凹部或空腔或变形腔31中。通过沉孔或凹部或空腔或变形腔31的特殊形状产生了铆接件13，其具有类似按钮或类似镦锻点或类似压铸点的形状。如在图1、图2C、图3A以及图4中示意示出，铆接件13将金属工件11、12型面配合以及力配合地相互连接在一起。 

图2A至2C在三个步骤中示出了用对顶工具30形成无切割部分的铆接件13的过程。在图2a至2c中，两个金属工件11、12为简明起见以相同的厚度示出。 

在图2A中，第一金属工件11和第二金属工件12被接合在一起、即相叠定位。然后这两个相叠放置的金属工件11、12例如借助于模板相互对齐，共同在被用作对顶工具的凹模30的加工面上准备使用。在图2B中示出了冲具20的冲头如何进给并且已经部分地下沉到工件11和12中。工件11和12在冲头的高压力下变形且材料“流入”凹模30的沉孔或凹部或空腔或变形腔31中。实施冲头的压入或下沉直至第二金属工件12的下侧面14最大程度地抵靠在凹模30的凹部或空腔或变形腔或沉孔31的底面。在下一个步骤中将冲头拔出(该步骤基本上对应于图1所示的状态)。 

根据本发明，在分离时优选使用拆卸器或压料器40，其使得在金属工件11和12变形后分离冲头更加容易。当冲头基于在变形时产生的力和材料形变在铆接件13中被固定夹紧时，此类拆卸器或压料器40是特别有利的。在冲头被收回或被拉回时，拆卸器40(近似地)抵靠在上部的或冲头一侧的金属工 件11的表面15。针对本发明的认知，本领域技术人员当然也可取代冲头一侧的拆卸器使用凹模一侧的拆卸器。 

待连接的金属工件11和12优选通过在图1中以附图标记41或40表示的压料器向凹模30或在凹模30上按压。冲具20包括压力汽缸(例如液压汽缸、气压汽缸、气动液压汽缸、伺服电动汽缸)，其产生向金属工件11以及随后的金属工件12的方向上的所谓冲头冲程。在冲头冲程的第一阶段中进给冲头(图2A)，然后实施下沉阶段，其中，冲头下沉到金属工件11、12中并且将其压缩和变形(图2B和2C)。最后实施被称作冲头返程的阶段(见图1)。这样，可以获得(部分)完成的或连接的或接合的压缩部件或可以实施其它铆接。 

由于在下沉期间的压缩压力产生了金属工件11和12的材料的横向流动，由此将具有沉孔或凹部或空腔或变形腔31的凹模30例如以(插入的)环形槽的形状最大程度地或者说整个填充，且在凹模一侧的金属工件12中产生冲头一侧的金属工件11的侧凹f(见图3A)。如图3A中所示，为评价铆接件13，侧凹f和颈厚tn是最重要的或者说最有意义的，其原因在于，铆接件13的支承特性与这些特征值直接关联。这两个特征值对于按照本发明的钢结构件的稳定性和强度是非常重要的。侧凹f的典型值为0.5mm，颈厚tn的典型值为1.5mm。 

铆接件13和工件11、12的特性还可以通过如下数据表示：接合元件或冲头的内径di、凸出高度h、凹模一侧的金属工件12的剩余底面厚度tb2、冲头一侧的金属工件11的剩余底面厚度tb1、凹模一侧的金属工件厚度t2、冲头一侧的金属工件厚度t1、以及工件总厚度tt。 

为优化公知的铆接过程以及将其改变为还可以将厚度大于4mm的金属工件11、12铆接成钢结构件，而不会出现很高的夹紧力，做了各种不同的实验和实践。进行了模拟且随后制成了不同的工具以及进行了接合试验，以便能够将(试验中)得出的横截面、接合力和压制力与从模拟中得出的参数进行比较。用于采用刚性凹模30进行无切割部分的铆接的工具设计原理被用作工具设计的实验原理。 

第一组试验得出，为产生铆接件13针对较小的冲头直径(直径D2＝12mm或14mm)必须采用大约为400KN至510KN的接合力，针对较大的冲头直径(D2＝20mm)必须采用大约670KN的接合力(两种大小的接合力都包含压制力)。该结果处于所期望的成果的范围中。(不过尽管对工具进行了润滑还是会出现工件中对冲头 强劲的夹紧。) 

针对夹紧冲头的准确的试验显示出，该夹紧通过作用在冲头侧面上的径向应力引起。试验中被证实，特别在上过渡区22产生了很高的径向应力。 

现在，在另一个优化步骤中对冲头的几何尺寸有目的性地进行改变，使得更小的径向应力作用在侧面25上。由于在第一工具变形中颈厚tn和直径为D2＝12mm和D2＝14mm的冲头的侧凹值f近似相等的实际情况，需要进行进一步优化。此外还对具有不同的工件总厚度tt的工件以及对工件11、12做了试验，其中工件11、12分别具有不同的厚度t1、t2。此外，当工件总厚度tt＞8mm时，商业上通用的即常规的冲头不仅出现强烈的夹紧倾向，而且在工件11、12之间的区域中还形成了空腔(见图4C中的X)。该空腔X损害和减小了对应的铆接件13的强度以及整个钢结构件的稳定性。 

不同的优化步骤产生的结果是，冲头侧面的设计对夹紧和空腔X的形成具有直接影响。为减少或完全阻止这两种负效应，要对至少部分地成圆锥形成形的冲头进行改进和测试。在适当地选择相应的侧角W、W1、W2时，可减少或完全阻止该夹紧，而不会形成明显的空腔。已经被证实，这两种效应仅仅部分地关联并且部分地甚至表现相反。通过适当的角度范围的选择可将两种效应最小化。因此，通过铆接件13为稳定的钢结构件的金属厚板铆接提供了基础。 

在图4A至4C中所示的以及在下文中描述的试验中，按照本发明的冲头分别具有恒定的冲头侧角W＝5°，即D1＜D2。或者换一种表述，至少在下沉时与工件11和12接触的冲头的部分向下(即在工件一侧的冲头端部的方向上)逐渐变细。 

不同实验的一些平面形状在图4A至4C中示出，这是因为其类似地有效于按照本发明的冲头。所示出的是在使用具有不同直径的冲头时工件11、12的流动特性。在图4A中示出，当冲头具有12mm直径时两个金属工件11、12如何变形。在图4B中示出，当冲头具有14mm直径时两个金属工件11、12如何变形。图4C示出，当冲头具有20mm直径时两个金属工件11、12如何变形。在所有三个示图中使用了在冲头返程之前的瞬时视图。 

借助于图4A至4C可见，冲头的直径D2对材料或金属工件的横向流动具有影响。针对具有12mm直径的冲头，金属工件12的材料不是完全流入通过沉孔或凹部31形成的空腔中，如在通过Y示出的区域中可见。针对14mm的冲头获 得了沉孔或凹部31的很好的“填充”。如果使用具有20mm直径的冲头，那么就会在工件11和12之间形成空腔(图4C中用X表示)。 

如不同的实验和研究所示，冲头直径仅仅是对铆接过程和铆接件的强度具有直接影响的各种不同的参数中的一个参数。已被证明，在铆接tt＞8mm的较厚的工件时，侧面25的设计起到特别重要和有意义的作用。 

本发明的突出之处在于，在变形时沉入金属工件11和12的冲头是圆锥形成形的。冲头的圆锥形状至少经过沉入或压入工件11、12的冲头的长度L的一部分(被称为过渡区21、22)延伸。圆锥形如此获得，使得冲头的侧面25，见图3B，至少在下过渡区21中向端面23圆锥形成形且具有小于或等于10°、优选小于或等于5°的侧角W1。如在图1以及图5A中示出，上过渡区22的侧角W2优选等于0°或同样地优选小于或等于5°(根据图4A至4C以及图5B的实施例)。 

具有直径D2在10mm和20mm之间和具有从第一角度W1过渡到第二角度W2的侧角W、W1的冲头的证明是特别合适的，其中，第一角度W1小于或等于10°并且优选小于或等于5°，第二角度W2小于或等于2°，且优选为0°至1°。此外，第一角度W1位于面向端面23的直接的(下)过渡区21中(即在工件一侧的冲头端部的区域中)，以及第二角度W2位于远离金属工件11、12引导的或从金属工件11、12伸出去或突出去的(上)过渡区22中(即在工具一侧的冲头区域中)。 

圆锥形冲头的这种实施形式展示了明显更小的夹紧趋势并且不形成(或形成微弱显现的)空腔X。然而，更小的径向应力以及因此更小的夹紧趋势的优点是通过在金属工件11、12之间产生空腔X来“换取”的。也就是说，侧角W、W1、W2不可任意选择，因为否则的话空腔X会太大而铆接件的强度会太小。 

冲头的理想实施形式在于，通过侧角产生的侧面凹进或者说侧面减少不会太大，因为在太大的侧面凹进或者说侧面减少的情况下径向施加在工件11、12上的压力就会太小，且因此减少了材料或金属工件的横向流动。 

指定的角度值W、W1、W2也被证实是合适的，因为用这种冲头产生的铆接件具有与例如商业上通用的、常见的纯圆柱体形的金属薄板冲头类似的、具可比性的针对颈厚tn和侧凹f的值。这与相应的铆接件13的可比的、相同的抗拉强度一致。 

冲头的圆锥形状至少经过具有下沉到工件11、12内的冲头长度L的过渡区21、22延伸。该长度L针对工件总厚度tt＞8mm的金属工件可以如下确定：0.3tt≤L≤2tt。即圆锥形成形的过渡区21、22相当于在工件总厚度tt的十分之三和工件总厚度tt的两倍之间。 

下面参照图1和5A概括地说明不同的按照本发明的冲头形状。 

用根据本发明的冲头，例如具有12mm直径和5°至0°之间的冲头侧面(实施例2，图5A)的冲头所达到的强度平均为大于50KN或55KN。在特别谨慎选取的前提下该拉力甚至为大约58KN且只有百分之几的微小偏差。 

针对拆卸器40的拆卸(器)力的设计考虑两个标准。一个是拆卸力或拆卸器力必须大于冲头的夹紧力。当然该值很大程度上取决于所使用的如描述过的冲头几何尺寸以及工具的润滑或镀层。从30KN至40KN的最大推料力导致非常可靠的结果。在侧角或者说冲头锥度的最佳设计中，25KN的推料力就足够。针对5°至0°冲头(实施例2，图5A)甚至可以考虑进一步减少推料力，因为这里永远不出现冲头的夹紧。 

在特别有利的实施例中，拆卸器40也同时被用作压料器41并且如此进行尺寸设计，使得金属工件11、12经历尽可能小的变形，以便使金属工件11、12的扭曲维持在最小或无扭曲。 

利用根据本发明的冲头和铆接工具、各个具有或者说拥有相应的冲头的铆 接机可以以最简单、最容易、最便宜和最可靠的形式和方式制造特别稳定和特别有承载能力的钢结构件。用于具有铆接件13的钢结构件的费用低于焊接、铆钉连接或螺栓连接的费用。用于具有铆接件13的钢结构件的连接材料费用为零。此外，工作时间也被限制到最小值。 

图6示出了自动扶梯1的侧视图。自动扶梯1包括护栏2以及环形链，其中护栏具有循环的扶手，环形链具有脚踏阶梯或者说阶梯3。在自动扶梯或移动步道的护栏2的下方典型地设置了一种钢结构4，其实施方式为，钢结构跨接两层E1和E2之间的间隔或者说跨度且支承自动扶梯1的元件或部件或组件。 

该钢结构4必须满足最高的要求且因此非常昂贵以及在制造上非常麻烦。现在，如图7所示，按照本发明可以采用框架钢结构件或框架支承件5。此类框架钢结构件或框架支承件5可以具有两个在纵向上延伸的钢架或型架6.1、6.2。特别优选的是具有L型型材、I型型材或U型型材以及管件或型管的钢架。两个钢架6.1、6.2通过一定数量的扁平金属板或扁铁或金属板型材或钢型材6.3、6.4相互连接。扁平金属板或扁铁或金属板型材或钢型材6.3、6.4按照本发明借助于一个或两个或三个或多个铆接件13固定在每个钢架或型架6.1、6.2上，且如此形成了稳定的框架或框架支壁或框架支承件。 

如图7所示，如此典型地设置扁平金属板或扁铁或钢型材或金属板型材，使得分别交替地在倾斜的支撑杆或者说对角支撑杆6.4之后衔接有垂直的支柱或支撑杆6.3。在图7中通过圆圈“A”表示铆接件13。 

图8A和图8B示出了按照本发明的钢结构件5的细节。在图中可看出一个钢架6.1和两个扁平金属板或扁铁或金属板型材或钢型材6.3、6.4。在所示的例子中，钢架6.1为材料厚度t1＞4mm的L型支架或者说角件，支撑杆或者说支柱或者说对角支承件为材料厚度t2≥3mm的成角度的金属板型材或扁铁或钢型材或钢结构型材6.3、6.4。在图8B中示出了穿过两个相邻设置的铆接件13的截面图。相应的连接也被称作双铆接。 

按照本发明，将具有不同厚度的金属工件(比如纵向支架或型材支架6.1以及金属板型材或钢型材或钢结构型材6.3、6.4)相互连接在一起的钢结构件被认为是特别有利的，其中，优选从较厚的工件一侧实施铆接件13。即，铆接工具的冲头从相对较厚的金属工件一侧沉入，且在与之相对的另一侧形成铆接件(参见图8B)。换言之，优选采用的铆接件为，在局部形变下将相对较厚的材 料向相对较薄的材料中变形，通过材料的横向流动形成固定的连接件。 

在图8C中为了进行比较示出了框架或框架支架的一部分，其工件6.1、6.3、6.4借助于5个或6个焊接件相互焊接。已经公知的是，生产此类焊接件是非常耗费的。 

在图9中示出了本发明的另一实施形式。这里采用单铆接件13来建立钢结构件。相应的连接被称作单铆接。 

图10示出了本发明的另一实施形式。这里也采用了铆接件13，从而以钢结构方式建立例如(中间的或中心的)支座51。该(中间的或中心的)支座51可以是用于建造移动步道或自动扶梯的钢结构件50、5。如图中示意，钢型材7.1支撑在下面的钢型材7.2上。两个钢型材借助于铆接件13相互连接。此外还可以将7.1和7.3与6.2进行铆接且具有一个或多个铆接件13。在钢型材7.1上面支撑有轴向支架或型材支架6.2。多个扁平金属板或扁铁或金属板型材或钢型材6.5、6.6借助于铆接件13固定在轴向支架或型材支架6.2上。 

按照本发明还可以构件作为电梯设备的一部分的钢结构件。例如第一金属工件11可以是电梯轿厢的支承件或支撑件或固定件。第二金属工件是扁平金属板或扁铁或金属板型材或钢型材，其借助于一个或两个或三个或多个铆接件13固定在支承件或支撑件或固定件上。这样，可以例如由稳定的钢支架11构件电梯轿厢的框架或安全框架，其中，钢支架具有多个由金属板或钢型材组成的支杆。所述支杆固定铆接到钢架上。另外还可以将绞架或驱动架或驱动支架或机架或侧绞架或机器框架与钢型材或金属板铆接在一起。 

第一金属工件11还可以是电梯设备的平衡物或平衡框架或平衡篮的支承件或框架件。在这种情况下第二金属工件12为扁平金属板或扁铁或金属板型材或钢型材，其借助于一个或两个或三个或多个铆接件13被固定在支承件或框架件上。 

利用按照本发明的冲具20还可以相邻设置两个铆接件13(参见图8A和图8B)，用以继续提高抗拉强度或抗剪强度。在此情况下已经被证明，抗拉强度可以被提高到采用单铆接件13时的近似双倍大小的值。试样可以平均承载大约118kN的负荷。 

特别有利的铆接工具20具有两个相邻设置的、并且可将第一金属工件11通过两个铆接件与第二金属工件12连接的同类冲头。这里通过进给运动和下沉 运动同时相邻产生两个铆接件。在图8A和8B中展示了相应的双铆接件的例子。在所示的例子中可见，根据本发明，例如可将较厚的钢材型材支架11、6.1(第一金属工件)通过两个相邻设置的铆接件13与金属薄板或扁钢或扁铁或钢材型材或金属板型材12、6.3、6.4(第二金属工件)连接。 

根据本发明也可用开放式的凹模生产无切割部分的铆接件13。此外，凹模的弹性支承的基板在下沉过程之后通过工件材料的径向流动在冲头下面向外挤压并且因此形成侧凹。 

除了常见的铆接的优点，也可使用无凹模铆接，无凹模铆接基于其特殊的功能原理具有如下优点： 

-(接合)冲头和对顶工具(铁砧)之间的偏移不会损害连接件13的质量。由此减少了对接合机的精确度要求。 

-可以取消耗费时间的安装工作。 

-降低了磨损并且提高了过程安全性，因为不再会在凹模边缘处出现喷溅。 

-针对所有的接合任务可以使用相同的铁砧。不再需要如在常见的铆接中的在变换接合任务时替换凹模。 

-接合连接件13比用常见的铆接生产出的连接件更平整以及更少受影响。 

-无需替换工具就能实现金属板厚的改变并且节约了宝贵的工作时间。 

-无需发生费用就能改变材料组合。 

-无凹模铆接提高了每个工具组或者说每个(接合)冲头的铆接件或者说接合点的数量。 

Claims (15)

1.一种制造有承载能力的钢结构连接件的方法，其中，借助于冲具(20)和对顶工具(30)通过局部变形形成铆接件(13)，所述铆接件将第一金属工件(11、6.1、6.2、7.1)与第二金属工件(12、6.3、6.4、6.5、6.6、7.2、7.3)连接，具有以下步骤：

在对顶工具(30)的加工面上相叠设置和对齐第一金属工件(11、6.1、6.2、7.1)和第二金属工件(12、6.3、6.4、6.5、6.6、7.2、7.3)，

进给冲具(20)的冲头，

将冲头沉入两个相叠放置在一起的金属工件(11、12；6.1、6.3、6.4；6.2、6.5、6.6；7.1、7.2、7.3)，直至通过局部变形形成铆接件(13)，

将冲头拔出，

第一金属工件(11；6.1、6.2；7.1)具有第一工件厚度(t1)，第二金属工件(12；6.3、6.4、6.5、6.6；7.2、7.3)具有第二工件厚度(t2)，所述两个厚度加在一起得出金属工件总厚度(tt)，其厚于8mm，

其特征在于，所述冲头相对于旋转轴(24)旋转对称地设置且具有至少一个圆锥形成形的过渡区(21、22)，其以侧角(W、W1、W2)在冲头的沉入方向上逐渐变细，且侧角(W、W1、W2)从导入端面(23)的圆锥形成形的下过渡区(21)的第一侧角(W1)过渡到圆锥形成形的上过渡区(22)的第二侧角(W2)，其中，第一侧角(W1)大于第二侧角(W2)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法涉及一种钢结构连接件，其中，钢型材、钢板、型管、铝板或铜板(6.1、6.2；7.1)被用作第一金属工件(11)，钢板、钢型材、型管、铝板或铜板(6.3、6.4、6.5、6.6、7.2、7.3)被用作第二金属工件(12)。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一金属工件的厚度(t1)大于所述第二金属工件的厚度(t2)，其中，第一金属工件的厚度(t1)优选大于等于4mm，第二金属工件的厚度(t2)优选大于等于3mm。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，如此选择冲头，使得其圆锥形成形的过渡区(21、22)具有长度(L)，所述长度取决于金属工件的总厚度(tt)，即0.3tt≤L≤2tt。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述长度(L)小于工件的总厚度。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述长度(L)小于等于工件的总厚度的一半。

7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，如此选择冲头，使得其直径在工件总厚度(tt)厚于8mm的情况下位于10mm至35mm之间。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述直径位于12mm至25mm之间。

9.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在拔出冲头时使用拆卸器(40)，以便在铆接金属工件(11；6.1、6.2；7.1；12；6.3、6.4、6.5、6.6；7.2、7.3)后能够进行分离。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述拆卸器(40)在分离前朝第一金属工件(11；6.1、6.2；7.1)的表面(15)进给，并且在分离时借助于拆卸器(40)朝第一金属工件和第二金属工件施加分离力，而在相反的方向上作用的回升力将冲头拉回，其中，所述分离力在工件总厚度(tt)厚于8mm的情况下小于45kN。

11.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，同时使用两个相邻设置的同类冲头，并且在下沉以及拔出冲头后第一金属工件(11；6.1、6.2；7.1)与第二金属工件(12；6.3、6.4、6.5、6.6；7.2、7.3)通过两个相邻的铆接件(13)连接。

12.一种用于由两个金属工件(11；6.1、6.2；7.1；12；6.3、6.4、6.5、6.6；7.2、7.3)制造有承载能力的钢结构件(5；50)的铆接工具(20)的使用方法，其中，金属工件(11；6.1、6.2；7.1；12；6.3、6.4、6.5、6.6；7.2、7.3)至少通过一个铆接件(13)相互连接，其特征在于，所述铆接工具(20)具有冲头，冲头具有圆锥形成形的具有侧角(W、W1、W2)的过渡区(21、22)，侧角从导入端面(23)的圆锥形成形的下过渡区(21)的第一侧角(W1)过渡到圆锥形成形的上过渡区(22)的第二侧角(W2)，其中，第一侧角(W1)大于第二侧角(W2)，从而使冲头在工件一侧的端面(23)的直径(D1)稍小于冲头在工具一侧的端面的直径(D2)。

13.如权利要求12所述的使用方法，其特征在于，所述钢结构件(5；50)的第一工件(11；6.1、6.2；7.1)具有第一工件厚度(t1)，所述钢结构件(5；50)的第二工件(12；6.3、6.4、6.5、6.6；7.2、7.3)具有第二工件厚度(t2)，其中，第一工件厚度(t1)大于第二工件厚度(t2)，其中，第一工件厚度(t1)优选大于等于4mm，第二工件厚度(t2)优选大于等于3mm，且工件总厚度(tt)厚于8mm。

14.如权利要求12或13的使用方法，其特征在于，第一金属工件(11)是钢型材、钢板、型管、铝板或铜板(6.1、6.2；7.1)，第二金属工件(12)是钢板、钢型材、型管、铝板或铜板(6.3、6.4、6.5、6.6；7.2、7.3)。

15.如权利要求12或13中任一项所述的使用方法，其特征在于，所述铆接件(13)被设计用于承载至少40kN的拉力。

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