CN102476145A - 冲压螺母的固定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冲压螺母的固定方法。用突设在螺母主体的包含螺纹孔的中央部的、用作冲孔冲头的先导部对载置在冲孔冲模上的金属板进行冲孔加工而将冲压螺母固定在金属板上。先导部的高度小于金属板的板厚，将先导部打入金属板中且冲孔加工的剪切结束时，螺母主体的接合面与金属板的表面抵接，金属板的冲孔开口部的周侧面部分咬入先导部的外周面，冲压螺母固定在金属板上，先导部的端面未贯穿金属板而位于比该金属板的背面靠内侧的位置，进而由先导部的冲孔加工产生的冲孔芯子残存于金属板的冲孔开口部和冲孔冲模的冲孔之间，利用相对于冲压螺母的螺纹孔上下移动自由地配设的突出销向下方推压冲孔芯子而将冲孔芯子排出到冲孔冲模的冲孔中。

Description

冲压螺母的固定方法
技术领域
本发明涉及一种冲压螺母(Self Piercing and ClinchingNut)的固定方法，该冲压螺母在螺母主体的包含螺纹孔的中央部突出地设有作为冲孔冲头发挥作用的先导(pilot)部，用上述先导部对载置在冲孔冲模上的金属板进行冲孔加工，从而将上述冲压螺母固定于上述金属板。
背景技术
在以往的冲压螺母中，上述先导部冲孔并贯穿上述金属板，且将被冲切出的通孔的周缘部凿紧而将冲压螺母固定于上述金属板。
例如，由专利文献1及专利文献2等而周知的矩形类型的冲压螺母(通常称为万能型(universal type)或扁平型(flattype))为最基本的结构，但是由于该种冲压螺母比较大、且需要对螺母打入部的金属板部分进行压纹加工(参照专利文献1的图5)以不会使冲孔贯穿上述金属板的上述先导部自上述金属板的下表面突出而成为螺钉安装作业的障碍等理由，现在基本不使用该种冲压螺母。
另一方面，例如由专利文献3、专利文献4以及专利文献5等周知作为高应力类型(high stress type)(或者凹型)的冲压螺母，该冲压螺母沿螺母主体的外周缘设置以围绕上述先导部的方式突出的侧壁，在上述先导部和上述侧壁之间形成环状槽，且为了提高旋转阻力(阻碍冲压螺母的旋转运动的力)，将上述螺母主体做成四边形或六边形而将上述环状槽的轮廓形状做成非圆形。
专利文献1：美国专利第2,707,322号说明书
专利文献2：美国专利第3,152,628号说明书
专利文献3：日本特公平8-29392号公报
专利文献4：日本特许第2816645号公报
专利文献5：日本特许第3124357号公报
在上述高应力类型(或者凹型)的冲压螺母中，用于冲孔贯穿金属板的上述先导部的高度大于金属板的板厚，而且，设置了上述环状槽，所以冲压螺母整体变得较大。而且，在该种冲压螺母中还存在下述问题，即，由于将被上述先导部冲孔的上述金属板的冲孔周缘部压入上述环状槽中，所以需要在冲孔冲模的上表面设置凿紧突起，若上述金属板变厚，则该凿紧突起破损的频率极端增加。
发明内容
本发明的课题在于提供一种冲压螺母的固定方法，该冲压螺母的固定方法改变由突设在螺母主体的中央部的先导部对金属板冲孔并贯穿金属板的、以往的冲压螺母的概念，使上述先导部的高度小于上述金属板的板厚，使打入上述金属板的上述先导部不贯穿上述金属板就终止冲孔加工的剪切，从而能够使冲压螺母变得小型，而且能够不需要在上述冲孔冲模上设置凿紧突起而延长冲模寿命，该冲压螺母的固定方法特别适合于将冲压螺母固定在板厚较厚的金属板上。
为了解决上述课题，本发明采用如下所述的技术方案。
本发明的第一技术方案的冲压螺母的固定方法是在螺母主体的包含螺纹孔的中央部突出地设有作为冲孔冲头发挥作用的先导部，用上述先导部对载置在冲孔冲模上的金属板进行冲孔加工，从而将上述冲压螺母固定于上述金属板，其特征在于，上述先导部的高度H小于上述金属板的板厚T，将上述先导部打入上述金属板中且冲孔加工的剪切结束时，上述螺母主体的接合面与上述金属板的表面抵接，并且上述金属板的冲孔开口部的周侧面部分咬入上述先导部的外周面，从而将上述冲压螺母固定在上述金属板中，上述先导部的端面未贯穿上述金属板而位于比该金属板的背面靠内侧的位置，进而，由上述先导部的冲孔加工产生的冲孔芯子残存于上述金属板的上述冲孔开口部和上述冲孔冲模的上述冲孔之间，接着，利用相对于上述冲压螺母的上述螺纹孔上下移动自由地配设的突出销向下方推压上述冲孔芯子而将上述冲孔芯子排出到上述冲孔冲模的上述冲孔中。
本发明的第一技术方案的冲压螺母的固定方法是在螺母主体的包含螺纹孔的中央部突出地设有作为冲孔冲头发挥作用的先导部，用上述先导部对载置在冲孔冲模上的金属板进行冲孔加工，从而将上述冲压螺母固定于上述金属板，其特征在于，上述先导部的高度H为上述金属板的板厚T的60％～90％，由上述先导部的外径D1和上述冲孔冲模的冲孔的内径D2的尺寸差的一半，即由(D2-D1)/2确定间隙C的大小，以使由上述先导部进行的冲孔加工的剪切在上述金属板的板厚T的50％左右结束的方式设定上述间隙C，将上述先导部打入上述金属板中且冲孔加工的剪切结束时，上述螺母主体的接合面与上述金属板的表面抵接，并且上述金属板的冲孔开口部的周侧面部分咬入上述先导部的外周面，从而将上述冲压螺母固定在上述金属板中，上述先导部的端面未贯穿上述金属板而位于比该金属板的背面靠内侧的位置，进而，由上述先导部的冲孔加工产生的冲孔芯子残存于上述金属板的上述冲孔开口部和上述冲孔冲模的上述冲孔之间，接着，利用相对于上述冲压螺母的上述螺纹孔上下移动自由地配设的突出销向下方推压上述冲孔芯子而将上述冲孔芯子排出到上述冲孔冲模的上述冲孔中。
上述间隙C大约为上述金属板的板厚T的7％～16％。
上述先导部的外周面形成为自端面朝向上述螺母主体的接合面稍稍缩径的锥状，并且在该外周面上设有多个凹槽。
适合于本发明的冲压螺母的固定方法的上述金属板是板厚T为3.0mm～12.0mm的比较厚的钢板。
如上所述，采用要发明的固定方法，则使冲压螺母的先导部的高度小于固定的金属板的板厚，且在螺母主体的接合面上未设置环状槽等凹部，因此，能够使冲压螺母小型化，且上述先导部没有突出到上述金属板的背面，因此，适合于螺钉紧固作业。
而且，打入到上述金属板的上述先导部没有贯穿上述金属板地结束剪切时结束冲孔工序，因此，本发明的固定方法适合于板厚T为3.0mm～12.0mm的比较厚的钢板。
另外，由于不需要在上述冲孔冲模上设置凿紧突起，因此，能够大幅地延长冲模寿命。
附图说明
图1表示本发明的固定方法中使用的冲压螺母，其中，(a)是自顶面侧看的立体部，(b)是自底面侧看的立体图。
图2的(a)是图1的冲压螺母的局部纵剖主视图，(b)是图1的冲压螺母的仰视图。
图3是表示图1的冲压螺母、固定该冲压螺母的金属板和冲孔冲模的位置关系和尺寸关系的说明图。
图4是设定图3的间隙(C)的测定试验的说明图，其中，(a)表示利用加压棒对冲压螺母加压的准备状态，(b)表示利用冲压螺母的先导部进行的剪切结束状态，(c)表示冲压螺母的冲孔结束状态。
图5是表示在图4所示的测定试验中利用加压棒对冲压螺母施加的加压力的变化的线图。
图6是表示图1的冲压螺母的冲孔固定工序的说明图，其中，(a)表示冲孔开始状态，(b)表示剪切结束及固定状态，(c)表示冲孔结束状态。
图7是在本发明的固定方法中所使用的冲压螺母的变形例，该冲压螺母是螺母主体为圆柱状的圆型类型冲压螺母，其中，(a)为俯视图，(b)为局部纵剖主视图，(c)为仰视图。
图8为在本发明的固定方法中所使用的冲压螺母的变形例，该冲压螺母是螺母主体为四边形的方型类型冲压螺母，其中，(a)为俯视图，(b)为局部纵剖主视图，(c)为仰视图。
具体实施方式
下面，基于附图说明本发明的实施方式。
图1及图2表示本发明的固定方法中所使用的冲压螺母1。该冲压螺母1是螺母主体2在四角螺母的角部带有圆角的圆角四角型，在该螺母主体2的包含螺纹孔3的中央部突出地设有作为冲孔冲头发挥作用的圆筒状的先导部4。该先导部4的外周面5形成为自端面6朝向根部，即朝向螺母主体2的接合面2a稍稍缩径的锥形。而且，在外周面5上设有在周向上等间隔且与轴线大致平行地延伸的多个凹槽7，各凹槽7的截面形状形成为较浅的圆弧状。
图3表示上述冲压螺母1、固定该冲压螺母1的金属板10和冲孔冲模20的位置关系和尺寸关系。
在本发明的固定方法中，将冲压螺母1的先导部4打入载置在冲孔冲模20的上表面上的金属板10，利用该先导部4进行冲孔加工而将冲压螺母1固定于金属板10，但先导部4的高度(H)小于金属板10的板厚(T)，从而利用先导部4的冲孔加工的剪切未贯穿金属板10就终止。因此，为了确保充分的紧锁(clinch)力地将冲压螺母1固定于金属板10，以板厚(T)的60％作为基准而将先导部4的高度(H)在不贯穿金属板10的范围内设定为板厚(T)的60％～90％。另一方面，在对金属板10进行冲孔加工的情况下，会产生剪切和断裂，但是在剪切结束的时刻实质上的冲孔加工结束。此时，剪切长度由间隙(C)的大小决定，该间隙(C)取决于先导部4的外径(D1)和冲孔冲模20的冲孔21的内径(D2)的尺寸差的一半决定，即取决于(D2-D1)/2。在间隙(C)较小的情况下，剪切长度变大，在间隙(C)较大的情况下，剪切长度变小。在本发明中，考虑到先导部4的高度(H)，以使由先导部4进行的冲孔加工的剪切在金属板10的板厚(T)的50％左右结束的方式设定间隙(C)。
图4是设定间隙(C)的测定试验的说明图。冲孔冲模2具有冲孔21，该冲孔21的内径(D2)大于冲压螺母1的先导部4的外径(D1)，将冲压螺母1定位在载置在该冲孔冲模20的上表面上的金属板10的与冲孔冲模20同轴线上的位置，利用未图示的万能试验机对抵接于该冲压螺母1的加压棒30加压，将先导部4打入金属板10中而进行冲孔加工。当增加加压棒30的加压力时，由先导部4进行冲孔加工，当如图4的(b)所示地结束剪切时，加压棒30的加压力急剧减小，实质上冲孔加工结束。利用由该先导部4进行的冲孔加工，在金属板10上产生冲孔开口部11和冲孔芯子(slug)12。
进一步压下加压棒30时，对冲压螺母1的加压力增大(参照图5)，螺母主体2的接合面2a被按压于金属板10，并且，先导部4被凿紧于冲孔开口部11而固定在金属板10中。另一方面，由于在由冲孔加工产生的冲孔芯子12的外周面产生剪切面13和断裂面14，因此，如图4的(c)所示地利用未图示的销(pin)测定突出的冲孔芯子12的剪切面13的长度(L)。
使用与冲孔21的内径(D2)不同的冲孔冲模20来反复进行上述试验测定，选择具有使冲孔芯子12的剪切面13的长度(L)为金属板10的板厚(T)的大约50％的、内径(D2)的冲孔21的冲孔冲模20。将由这样选定的冲孔冲模20的冲孔21的内径(D2)和先导部4的外径(D1)的尺寸差的一半，即由(D2-D1)/2决定的图3的间隙(C)成为最合适的间隙。该间隙(C)根据金属板10的材质不同也会不同，但是根据上述测定试验的结果可知大约为板厚(T)的7％～16％的范围。
实施例
冲压螺母1的先导部4的外径D1：22.4mm
冲压螺母1的先导部4的高度H：5.0mm
冲孔冲模20的冲孔21的内径D2：24.5mm
金属板10为钢板，强度：880MPa，板厚T：8.0mm
间隙C：1.05mm(板厚T：8.0mm的13.1％)
如上所述地设定后将冲压螺母1的先导部4打入载置于冲孔冲模20的上表面的金属板10中而冲孔固定时，剪切载荷为29吨，冲孔芯子12的剪切面13的长度(L)为金属板10的板厚(T)的大约50％。而且，将冲孔芯子12推出的落下载荷为100kg左右。
图6表示使用上述那样选定的冲孔冲模20将冲压螺母1固定在金属板10上的冲孔固定工序，金属板10载置在冲孔冲模20的上表面上，冲压螺母1在将先导部4的端面6抵接于金属板10且定位在与冲孔冲模20同轴线上地被金属板10支承的状态下，利用圆筒状的打入冲头25进行加压而将先导部4打入金属板10中。打入冲头25中嵌装有相对于冲压螺母1的螺纹孔3上下移动自由地配设的突出销26。
图6的(a)表示先导部4被打入金属板10中而开始冲孔加工的状态，在先导部4的端面6周缘和冲孔冲模20的冲孔21的上端开口缘21a之间产生剪切。
图6的(b)表示进一步加大打入冲头25的加压力且使先导部4进一步打入金属板10中而结束冲孔加工的剪切的状态，在金属板10中形成冲孔开口部11，并且产生冲孔芯子12。在该状态下，当进一步对冲压螺母1加压时，螺母主体2的接合面2a被按压于金属板10的表面，并且冲孔开口部11咬入先导部4的外周面而将冲压螺母1固定在金属板10中。此时，先导部4的外周面5形成为自端面6向接合面2a稍稍缩径的锥状，并且在外周面5上设有在周向上等间隔地向轴线方向延伸的多个凹槽7，因此，固定在金属板10上的冲压螺母1能够获得充分的拉拔阻力和旋转阻力。而且，先导部4的端面6不贯穿金属板10而位于比金属板10的背面靠内侧的位置。当先导部4这样不贯穿金属板10而固定冲压螺母1时，从而在自金属板10的背面侧将螺栓等外螺纹件螺纹接合于螺纹孔3来进行螺纹连接时比较适合。
另一方面，冲孔芯子12在外周面形成有断裂面14和具有金属板10的板厚(T)的大约50％的长度(L)的剪切面13，冲孔芯子12残存在金属板10的冲孔开口部11和冲孔冲模20的冲孔21之间。
接着，如图6的(c)所示地能够上下移动地嵌装在打入冲头25中的突出销26下降而使冲孔芯子12突出，自冲孔冲模20的冲孔21经由排出孔22排出，从而结束冲压螺母1的冲孔固定工序。
图7及图8表示在本发明的固定方法中使用的冲压螺母的变形例，其中，图7的螺母主体是圆柱状的圆型类型，图8的螺母主体是四边形的方型类型。

Claims (5)

1.一种冲压螺母的固定方法，该冲压螺母在螺母主体的包含螺纹孔的中央部突出地设有作为冲孔冲头发挥作用的先导部，用上述先导部对载置在冲孔冲模上的金属板进行冲孔加工，从而将上述冲压螺母固定于上述金属板，其特征在于，
上述先导部的高度H小于上述金属板的板厚T，
将上述先导部打入上述金属板中且冲孔加工的剪切结束了时，上述螺母主体的接合面与上述金属板的表面抵接，并且上述金属板的冲孔开口部的周侧面部分咬入上述先导部的外周面，从而将上述冲压螺母固定在上述金属板上，上述先导部的端面未贯穿上述金属板而位于比该金属板的背面靠内侧的位置，进而，由上述先导部的冲孔加工产生的冲孔芯子残存于上述金属板的上述冲孔开口部和上述冲孔冲模的上述冲孔之间，
接着，利用相对于上述冲压螺母的上述螺纹孔上下移动自由地配设的突出销向下方推压上述冲孔芯子而将上述冲孔芯子排出到上述冲孔冲模的上述冲孔中。
2.一种冲压螺母的固定方法，该冲压螺母在螺母主体的包含螺纹孔的中央部突出地设有作为冲孔冲头发挥作用的先导部，用上述先导部对载置在冲孔冲模上的金属板进行冲孔加工，从而将上述冲压螺母固定于上述金属板，其特征在于，
上述先导部的高度H设定为上述金属板的板厚T的60％～90％，
将上述先导部的外径D1和上述冲孔冲模的冲孔的内径D2的尺寸差的一半、即(D2-D1)/2定为间隙C的大小，以使由上述先导部进行的冲孔加工的剪切在上述金属板的板厚T的50％左右结束的方式设定上述间隙C，
将上述先导部打入上述金属板中且冲孔加工的剪切结束了时，上述螺母主体的接合面与上述金属板的表面抵接，并且上述金属板的冲孔开口部的周侧面部分咬入上述先导部的外周面，从而将上述冲压螺母固定在上述金属板上，上述先导部的端面未贯穿上述金属板而位于比该金属板的背面靠内侧的位置，进而，由上述先导部的冲孔加工产生的冲孔芯子残存于上述金属板的上述冲孔开口部和上述冲孔冲模的上述冲孔之间，
接着，利用相对于上述冲压螺母的上述螺纹孔上下移动自由地配设的突出销向下方推压上述冲孔芯子而将上述冲孔芯子排出到上述冲孔冲模的上述冲孔中。
3.根据权利要求2所述的冲压螺母的固定方法，其特征在于，
上述间隙C为上述金属板的板厚T的7％～16％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的冲压螺母的固定方法，其特征在于，
上述先导部的外周面形成为自端面朝向上述螺母主体的接合面稍稍缩径的锥状，并且在该外周面上设有多个凹槽。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的冲压螺母的固定方法，其特征在于，
上述金属板是板厚T为3.0mm～12.0mm的钢板。
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