CN105492155A - 用于连接至少两个板件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于连接至少两个板件（1、5）的方法，其中，冲入元件紧固在第一板件（1）处并且接下来所述紧固在第一板件（1）处的冲入元件（3）尤其通过点焊与第二板件（5）焊接。根据本发明，为了紧固在所述第一板件（1）处，所述冲入元件（3）在深冲压过程中沿着深冲压方向（T）被挤入所述第一板件（1）的材料中并且所述冲入元件（3）在塑性变形的条件下与所述第一板件（1）进入形状配合连接。

Description

用于连接至少两个板件的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于连接至少两个板件的方法或者根据权利要求10所述的板件连接部。

背景技术

在汽车领域应用的轻型制造结构中，铝钢连接部的使用是已知的，其中例如铝板件与钢板件连接。为了连接所述两个板件，能够首先将钢冲入元件（Stahl-Einprägeelement）推入所述铝板件中。接下来，推入在所述铝板件中的钢冲入元件能够通过点焊与所述钢板件连接。

由DE 10 2009 035 338 A1已知此类的连接方法，其中所述钢冲入元件能够置放到铝板件上并且能够利用给定的挤入力被推动通过所述铝板件，其中，产生冲压毛边（Stanzbutzen）。所述钢冲入元件具有扩大的铆钉头以及铆钉杆。在推入之后，所述钢冲入元件以其铆钉杆从所述铝板件处伸出给定的凸出段。铆钉杆的从所述铝板件伸出的端部而后必要时在有粘结层的中间层的条件下与所述钢板件点焊。

在DE 10 2009 035 338 A1中，所述钢冲入元件的铆钉杆具有由实心材料制成的柱状的基体，所述基体在其背对铆钉头的端部处具有锥形变细的尖端。所述钢冲入元件的这样的复杂的几何结构会相应耗费地制造。此外，在将所述冲入元件输送至板件时，必须要注意冲入元件的指向。

发明内容

本发明的任务在于，提供用于连接板件的方法，其中以简单的方式保证无缺点的连接部强度。

该任务通过权利要求1或者权利要求10所述的特征得到解决。

根据权利要求1的特征性的部分，冲入元件在第一板件处的紧固不是以铆接过程，而是以深冲压过程进行，在所述深冲压过程中，所述冲入元件沿着深冲压方向被挤入所述第一板件的材料中。在此，所述第一板件被深冲压。同时，所述冲入元件也在塑性变形的条件下与所述第一板件进入形状配合连接。第一板优选涉及铝板。由铝和/或镁制成的铸造合金、镁板和其它可延展的以及导电的材料同样可行。

根据本发明的用于连接优选铝和钢的方法因此在两个相互独立实施的工艺步骤中发生。在第一工艺步骤中，简单构造的金属的辅助接合元件（也就是冲压元件）被冲入/挤入/压入所述第一板件（也就是由铝材料制成的板件）中，其中，所述冲压元件如下地变形，即在所述元件和所述铝材料之间产生在所述铝和所述元件之间形成无损害地不能脱开的连接的形状配合和力配合。通过为此应用的工具几何结构（冲头和凹模几何结构）的匹配此外能够进行从所述铝材料伸出的元件区域的成型，所述元件区域支持以后进行的第二工艺步骤用于产生成为组合件的连接。

在第二工艺步骤中，由铝材料制成的构件通过从构件表面伸出的元件区域与钢构件借助于标准状态点焊技术（Standardstandpunktschweißtechnik）焊接。在此，在冲压元件和钢板之间产生材料配合的连接。此外，也可行的是：将多个钢层焊接到所述元件上或者借助于所述冲压元件直接接合多种材料，用以使所述材料接下来与一个或者多个钢构件焊接。通过元件凸出段的相应的形变能够实现可焊接性的改善。

冲压元件焊接与粘结的组合是可行的并且针对于很多连接情况是必要的以改善连接特性。在与粘结材料、尤其是与所谓的高强度的结构粘结材料组合使用时，构件彼此借助于冲压元件焊接的连接用作固定行为。在此，固定过程的主要任务是使所述构件彼此固定直至实现粘结材料硬化（例如在车身粘结时在KTL连续式加热炉中利用热硬化的粘结材料）。

通过根据本发明的方法，得到下列的优点，即简单的冲入过程的应用，针对于所述冲入过程能够动用现有的工艺技术；简单的元件几何结构的应用，其相对于已知的解决方案提供成本节省的潜力；要求旋转对称的几何结构、不要求元件头部、元件的硬化；可能地也没有元件覆层；用于冲入过程的简化的元件输送，其能够积极地影响设备可支配性。

此外，在元件引入时，接合件材料没有被穿透是有利的，从中得到关于抗腐蚀性、光学和表面齐平性方面的优点。在额外地应用粘结材料时，能够放弃元件覆层，因为所述元件在焊接后完全由接合件材料和粘结材料包围，由此促使腐蚀的介质不会侵入（成本节省、改善腐蚀保护）。此外，在冲入时，所述元件通过安置工具（Setzwerkzeug）变形，由此，能够针对于不同的接合件厚度使用一种元件长度（要求的元件压缩能够通过冲入过程调节）。此外，在冲入时，能够通过冲压冲头端面的相应的冲压轮廓产生从所述板材料伸出的元件轮廓，其对于所述第二工艺步骤、焊接有利。此外，能够产生两侧面齐平的连接部，所述连接部能够适合于非直接的可见区域、灰色区域。

冲压元件焊接与粘结的根据本发明的组合是可行的并且针对于很多连接情况是必要的以改善连接部特性和组合件特性。在与粘结材料、尤其是与所谓的高强度的结构粘结材料组合使用时，所述构件借助于冲压元件焊接的连接用作固定过程。而后，所述固定过程的主要任务是使构件彼此固定直到实现粘结材料硬化（例如在车身粘结时在KTL连续式加热炉中利用热硬化的粘结材料）。

所述冲入元件优选能够围绕纵向轴线旋转对称地、尤其柱状地构造。此外，所述冲入元件在简单的实施方案中能够具有相同地构造的端侧面。这样的元件几何结构能够借助于大量制造过程、如体积成型简单地制造并且在此提供相对于已知的解决方案成本节省的潜力。由此，所述冲入元件的旋转对称的几何结构没有元件头部。这样具有平坦的外部面的简单的元件几何结构通过简化的制造过程引起成本减少，引起较小的元件重量并且引起变容易的元件输送。此外，不要求所述冲压元件的昂贵的硬化，必要时也不要求元件覆层。所述冲压元件的长度能够与不同的构件厚度协调。

能够应用导电的、可延展的材料，优选钢合金作为材料。针对于进一步的使用也能够考虑铝合金。

如以上提到的那样，所述冲压元件的基本形状是旋转对称的。所述冲压元件的端侧面可以是平的、球形的、凹形的、凸形的、尖的。从构件平面伸出的、尖的或者球形的轮廓在与所述第二构件的焊接过程中、尤其在使用粘结材料时包含优点。所述尖的或者球形的轮廓能够在元件制造时或者通过到所述铝构件中的深冲压过程产生或者改变。

冲压元件表面优选可以是无遮盖的（通过取消覆层减少成本），然而替代地也可以被覆层（用于提高抗腐蚀性或者改变所述元件表面摩擦系数）。所述冲压元件表面必要时也可以是光滑的、粗糙的或者被开槽纹的（影响冲入时的摩擦以及与所述第一板件的形状配合）。元件直径示例性地可以为优选2mm至4mm，并且元件长度可以为1mm至6mm、优选≥元件直径。

由以上说明的简单的冲压元件几何结构产生用于冲入过程的元件输送的简化。也就是积极影响设备设计和可支配性。在冲入时，所述冲入元件通过安置工具变形。在此，针对于不同的接合件厚度的共同的元件长度是可行的，因为从构件平面中的元件凸出段（优选0.2mm至0.5mm）能够通过元件压缩调节，所述元件压缩又能够通过冲入过程（冲头路径）调节。此外，所述元件长度也能够通过冲压凹模的轮廓受到影响。通过所述冲压冲头端面的相应的冲压轮廓实现从板材料伸出的元件轮廓的有针对性的成型，这针对第二工艺步骤、焊接提供了优点。此外，实现了所述冲压元件几何结构（直径、长度...）、所述冲压冲头轮廓和所述凹模轮廓与由不同的构件材料和厚度得出的要求的简单的协调。

所述冲入过程能够以不同的变型方案实施，所述变型方案接下来简化地说明：由此，能够为每个工具行程设置一个冲压元件。此外，冲入工具（冲头和凹模）能够在系统技术方面与C形钩（C-Bügel）集成，其不仅可以是静止的而且也可以机器人运行。示例性地，驱动可以是气动的、气液的、电液的、机械的等，更确切地说具有不同的冲压冲头速度。所述凹模能够固定地集成在构件底板中并且冲入装置（冲头和压紧装置）能够分开地通过机器人引导至相应的接合部位（每个点要求一个凹模）。此外，能够为每个工具行程设置多个元件并且/或者多个冲压工具集成为压力机（Pressen）。

根据本发明，在引入冲压元件时所述接合件材料没有被穿透并且没有元件头部位于构件表面上。这关于元件和构件材料之间的提高的抗腐蚀性、密封的连接以及减少的接触面方面有利。此外，在潮湿区域（Nassbereich）中不要求额外的元件覆盖部，因为所述冲压元件完全由构件材料包围。此外，得到关于光学方面（也就是适合于灰色区域）的优点和关于通过更小的干扰轮廓得到的表面齐平性方面的优点。替代地，两侧面的表面齐平的连接使得密封的引入变得容易。在潮湿区域中，在额外应用粘结材料时能够放弃元件覆层，因为所述元件在焊接后完全由接合件材料和粘结材料包围，由此促使腐蚀的介质不会侵入（节省成本、改善腐蚀保护）。也能够两侧产生齐平的连接，所述连接能够适合于非直接的可见区域、灰色区域。

此外，多于两个构件能够相互连接。示例性地，多个构件能够借助于冲入元件的冲入过程（类似于钉铆（Clinchnieten））连接成第一组合件。所述第一组合件接下来能够与一个或者多个另外的构件焊接或者与先前接合的第二组合件焊接。

本发明的当前解释的和/或在从属权利要求中说明的有利的构造方案和/或改进方案（除了例如在明确的相关方案的或者不相容的替代方案的情况下）能够单个地或者然而也能够相互任意组合地得到使用。

附图说明

本发明及其有利的构造方案和/或改进方案以及其优点接下来根据附图详细说明。

其中：

图1以部分剖视图示出了由钢板件和铝板件形成的板件连接部；

图2至5相应地示出了阐释用于制造板件连接部的方法的视图；

图6示出了一定数目的示例性的、不同的冲压元件轮廓；

图7示出了一定数目的示例性的、不同的挤压体轮廓；以及

图8示出了一定数目的示例性的、不同的凹模轮廓。

具体实施方式

在图1中示出了由铝板件1和钢板件5形成的板件连接部。在该板件连接部中，所述铝板件1借助于钢冲入元件3与钢板件5连接。示出的铝-钢-连接部的制造两级地进行，更确切地说，首先利用深冲压过程，在其中所述钢冲入元件3被挤入所述铝板件1中，并且利用后续的电阻点焊（Widerstandspunktschweißen），在其中所述钢板件5与所述冲入元件3的从所述铝板件1伸出的端部7焊接。

如从图1中得出的那样，所述铝板件1具有深冲压的冲压凹处9，所述冲压凹处9大约锅状地从所述铝板件1的基平面向下伸出。在所述冲压凹处9中形状配合地挤入所述冲入元件3。所述冲压凹处9向下封闭，也就是说没有切断所述板件1的铝材料。在此，所述冲压凹处9具有从所述铝板件1的下侧面伸出深度t的深冲压底部11以及从该深冲压底部中提升的侧壁13，所述侧壁在过渡棱边15处过渡到所述铝板件1的未变形的基础区段17中。所述冲入元件3如下形状配合地挤入到所述冲压凹处9中，使得所述冲入元件3被压入在所述侧壁13和所述深冲压底部11之间形成的底切部（Hinterschneidung）19（图1）中。

所述冲入元件3的从所述铝板件1的基础区段17伸出高度偏移Δh（图4）的端部7用作通过示出的焊接熔核21与所述钢板件5材料配合地连接的焊接凸缘。在实施焊接前，两个板件1、5能够在其面对的接触面处设有额外的粘结材料层23。

根据图2至5，阐释了用于制造在图1中示出的板件连接部的方法：由此，根据图2首先将所述铝板件1和所述冲入元件3放入到由具有配属的凹处29的下部的凹模27和在引导部31中被引导的挤压体（Preßstößel）33构成的深冲压工具25中。所述引导部31同样地用作压紧装置，其将所述板件1按到所述凹模27上并且由此将所述板件固定在所述凹模上用于冲入所述冲入元件3。此外，能够在所述深冲压工具中集成用于所述冲入元件3的元件引导部。所述冲入元件3在安置工具中的引导也可以仅仅或者额外地通过所述挤压体33进行。所述挤压体33在深冲压过程中被向下推动一个挤压行程，由此，还未变形的冲入元件3沿着深冲压方向T被挤入所述铝板件1的材料中。在图2中示出的未变形的状态中，所述冲入元件3关于竖直的中间纵向轴线L柱状地实施，更确切地说在纵向方向上对置的端侧面10处结构均匀。

所述深冲压过程在所述冲入元件3同时塑性变形的条件下进行，由此在所述冲入元件3和所述铝板件1之间形成形状配合连接。接下来，利用电阻点焊技术使所述冲入元件3的从所述铝板件1伸出的端部7与所述钢板件5接触并且在形成所述焊接熔核21的条件下与所述钢板件5焊接。两个点焊电极35、36在此被置放在所述冲入凹处9的深冲压底部11的背对所述冲入元件3的侧面处以及在所述钢板件5的背对所述冲入元件3的侧面处，如其在图5中示出的那样。

在图6至8中示例性地示出一定数目的具有不同的轮廓的冲入元件3、挤压体33和凹模27。这些轮廓不仅能够有利于所述冲入过程而且能够有利于元件的以后的焊接。通过应用挤压体33利用模锻能够在冲入过程中使从构件伸出的冲压元件端面设有隆起状或者尖峰状的轮廓，或者，当这些轮廓已经在所述冲压元件3处存在时所述冲压元件端面在冲入时被容纳用以在冲压过程中保护该轮廓。这些端侧面的冲压元件轮廓如下地影响焊接过程，即所述冲压元件轮廓用作与钢件的接触面。在应用粘结材料时，能够通过所述焊接电极35、36的力施加将这些轮廓通过粘结面按压并且由此确保用于电阻焊接的接触。

在图7中示例性地示出一些可行的挤压体轮廓。所述挤压体33的直径与冲压元件直径协调并且通常处于元件直径的±0.5mm的范围内、然而优选与所述元件直径相同。

在图8中示出的不同的凹模轮廓能够用于在冲入时支持连接部构造。这些凹模轮廓能够在其几何结构方面匹配接合件材料的特点，所述冲压元件3冲入到所述接合件材料中。此外，所述凹模轮廓能够构造为刚性的模具或者能够具有在外部面中和/或在底部区域中的活动的部分。由此，一方面，材料流能够通过所述冲压元件3的伸展支持用于形成底切部并且由此改善以后的连接部的承载能力。另一方面，通过所述凹模轮廓，从所述接合件的板平面伸出的材料能够如下地构造，使得所述材料对于接下来的焊接过程在技术方面有利并且/或者在产生连接部之后提供光学的和/或技术的优点。这些优点能够存在于在板材料1、5与焊接电极35、36之间的接触，用于使接合部位局部化（例如在焊接机器人教学时，在利用手引导的焊接设备焊接时，在借助于光学的系统起动时）或者也在板表面上减少干扰轮廓或者光学地突出连接部。此外，通过凹模构造能够在板1从所述凹模27脱模时产生优点。为了支持脱模，也可以在凹模27处或者围绕凹模27布置卸料器（Abstreifer）。在图8中示出的凹模轮廓中，组合是可行的，用以根据接合件材料特性（例如强度、厚度、延展性）和接合元件特性（例如几何结构、强度、延展性）使几何结构与接合任务和使用协调。

Claims (10)

1. 用于连接至少两个板件（1、5）的方法，其中，冲入元件（3）紧固在第一板件（1）处并且接下来所述紧固在第一板件（1）处的冲入元件（3）尤其通过点焊与第二板件（5）焊接，其特征在于，为了紧固在所述第一板件（1）处，所述冲入元件（3）在深冲压过程中沿着深冲压方向（T）被挤入所述第一板件（1）的材料中并且在塑性变形的条件下与所述第一板件（1）进入形状配合连接。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述深冲压过程在没有切断所述第一板件（1）的条件下进行。

3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在深冲压过程中，所述冲入元件（3）在形成冲压凹处（9）的条件下被推入所述第一板件（1）的材料中，所述冲压凹处在过渡棱边（15）处过渡到所述板件（1）的基平面中。

4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述第一板件（1）中的冲压凹处（9）利用封闭的底部（11）和从所述底部中提升的环绕的侧壁（13）形成。

5. 根据前述的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述深冲压过程在形成尤其在所述冲压凹处（9）的深冲压底部（11）与侧壁（13）之间的底切部（19）的条件下进行，在所述冲压凹处中所述冲入元件（3）形状配合地得到保持。

6. 根据前述的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述冲入元件（3）在挤入到所述第一板件（1）中后以给定的凸出段（Δh）从所述第一板件（1）中伸出，并且所述冲入元件（3）的伸出的端部（7）与所述第二板件（5）焊接，尤其在有粘结层（23）的中间层的条件下。

7. 根据前述的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在焊接过程中，点焊电极（35、36）被安置在所述第一板件（1）的和所述第二板件（5）的背对所述冲入元件（3）的侧面上。

8. 根据前述的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述冲入元件（3）在所述第一板件（1）处的紧固在深冲压工具（25）中进行，所述深冲压工具具有凹模（27）并且具有挤压体（33），所述第一板件（1）被深冲压到所述凹模的凹处（29）中，所述挤压体将所述冲入元件（3）挤入到所述第一板件（1）中，由此进行所述深冲压过程，并且/或者所述冲入元件（3）围绕纵向轴线（L）旋转对称地、尤其柱状地构造，并且/或者所述冲入元件（3）的在纵向方向上彼此对置的端侧面（10）相同。

9. 根据前述的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述冲入元件（3）的端面通过所述挤压体（33）的端侧面的轮廓在所述冲入过程中或者在所述冲入过程结束时如下地变形，使得尤其当通过该变形在所述冲入元件（3）的端侧面上产生隆起状的轮廓时所述伸出的端部（7）发生对于以后的焊接过程有利的轮廓改变，并且/或者通过所述点焊电极（35、36）在所述焊接过程期间和/或直接在所述焊接过程后将如下高的力作用到所述连接部上，使得所述冲压凹处（9）的深度（t）最小化以产生平的连接部。

10. 板件连接部，其中，至少两个板件（1、5）尤其利用根据前述的权利要求中任一项所述的方法相互连接，其中，冲入元件（3）紧固在所述第一板件（1）处，并且所述冲入元件（3）尤其通过点焊与所述第二板件（5）焊接，其特征在于，为了紧固所述冲入元件（3），所述第一板件（1）具有深冲压的冲压凹处（9），所述冲入元件（3）被挤入所述冲压凹处中，其中，所述冲压凹处（9）通过所述冲入元件（3）的挤入产生。