CN107175310B - 将功能元件附接到金属片部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将功能元件附接到金属片部件的方法。所述功能元件具有头部，所述头部具有环形支承表面和管状铆钉段，所述管状铆钉段设计为自冲以及在所述头部的支承表面侧处延伸并且远离所述头部。

Description

将功能元件附接到金属片部件的方法
技术领域
本涉及附接方法，特别是涉及将功能元件附接到金属片部件的方法。
背景技术
例如在WO02/081145A2中描述了将功能元件附接到金属片部件和功能元件本身的方法。在该文献中描述的方法是典型的铆接方法，其基本上使用两个不同的模具在两个步骤中进行：在第一步骤中，首先使用穿孔模通过铆钉段从金属片部件冲出板金属块，由此形成冲孔，其以夹紧的方式接收功能元件，以及特别是其铆钉段。在第二步骤中，铆钉段的自由端然后使用铆接模折叠或卷边，使得金属片部件牢固地夹紧在功能元件和其卷边的铆钉段之间。由于功能元件被直接再成形，它是铆钉元件。
在连接元件生产时机械附接到金属片部件的连接元件的领域中，通常在一方面力配合元件和另一方面铆接元件之间进行区分。利用铆接元件，元件的铆钉段在以所述方式附接到金属片部件时直接变形，通常在铆钉段的自由端处形成铆钉凸缘，由此金属片部件被牢固地保持在铆钉元件的铆钉凸缘和凸缘部分之间，以提供针对旋转和针对被压出的连接安全。相反，力配合元件的特征在于，在附接期间，它们至少不是有意地变形或者最好在金属片部件处非常小地变形；而金属片部件本身变形并且与力配合元件的形状特征啮合，由此力配合元件以针对旋转并且针对被压出的安全方式固定到金属片部件。
此外，力配合元件和铆钉元件以自冲元件的形式已知。命名自冲应理解为，如果足够的力施加到自冲元件上，例如通过压力机、通过机器人或通过动力操作的夹钳对，对应的元件将其自身的孔冲压到金属片部件中，这将自冲元件压向金属片部件，并且金属片部件支撑在远离元件的一侧上的对应模具上。
尽管WO02/081145A2中描述的铆接方法提供了良好的服务，但是在各种应用中将期望的是，能够将用作铆钉元件的功能元件在那里使用一个单一的加工步骤以针对旋转并且针对被压出的安全方式附接到金属片部件。
发明内容
因此，本发明的基本目的是进一步开发从WO02/081145A2中已知的将用作铆钉元件的功能元件附接到金属片部件的方法，使得降低加工工作。该方法应特别用于将ProfilVerbindungstechnik GmbH und Co.K公司的所谓的RND铆接元件针对旋转和针对被压出来安全地附接到金属片部件。
本发明涉及一种将功能元件附接到金属片部件的方法，其中，所述功能元件具有头部，所述头部具有环形支承表面和管状铆钉段，所述管状铆钉段设计为自冲以及在所述头部的支承表面侧处延伸并且远离所述头部，其中所述支承表面包括从所述头部过渡到所述铆钉段中的区域中的环槽，所述环槽具有环表面，所述环表面相对于所述功能元件的纵轴倾斜，以及其中可选地提供针对旋转提供安全性的特征，例如针对旋转的安全性鼻，所述特征位于所述环槽的区域中和/或所述环槽过渡到所述铆钉段中的区域中以及将所述环槽选择性地划分成关于所述功能元件的所述纵轴分布的单独场，其中所述金属片部件支承在具有通孔的穿孔模上，所述通孔的直径至少基本上对应于所述铆钉段的外径或稍微大于所述外径，其中所述功能元件压到支承在所述穿孔模上的金属片部件上，使得通过所述铆钉段从所述金属片部件冲出板金属块。
根据本发明，提出了一种将功能元件附接到优选具有大于3mm的厚度的金属片部件的方法，以满足该目的，其中功能元件具有头部，所述头部具有环形支承表面和管状铆钉段，所述管状铆钉段形成为自冲以及在所述头部的支承表面侧处延伸并且远离所述头部，其中所述支承表面包括环槽，所述环槽具有环表面，所述环表面相对于从所述头部过渡到所述铆钉段中的区域中的所述功能元件的纵轴倾斜，其中所述环槽具有邻近所述铆钉段的最大深度，以及其中可选地提供针对旋转提供安全性的特征，例如针对旋转的安全性鼻，所述特征位于所述环槽的区域中和/或所述环槽过渡到所述铆钉段中的区域中以及将所述环槽选择性地划分成关于所述功能元件的所述纵轴分布的单独场，其中所述金属片部件支承在具有通孔的穿孔模上，所述通孔的直径至少基本上对应于所述铆钉段的外径或稍微大于所述外径，其中所述通孔在面向所述金属片部件的所述穿孔模的端面处被环鼻围绕，所述环鼻相对于所述穿孔模的支承表面升高以及限定平面圆环形端面，其中所述功能元件压到支承在所述穿孔模上的金属片部件上，使得通过所述铆钉段从所述金属片部件冲出板金属块，以及围绕由冲出所述板金属块生成的冲孔的金属片材料的一部分一方面通过所述环鼻的圆环形端面被塑性压到所述环槽中同时完全填充所述环槽，以及另一方面在从所述头部过渡到所述铆钉段中的区域中被径向压到所述铆钉段中。
因此，一方面在将功能元件附接到组件时，在铆钉段以褶痕(crease)和缢痕(constriction)的形式产生底切(undercut)，所述底切容纳塑性再成形的金属片材料的一部分，由此功能元件针对被压出来安全地保持在金属片部件处。然而，为了还提供以期望的方式的针对旋转的安全性，塑性成形的金属片材料的一部分被推到并进入环槽，并且实际上，使得环槽被采用这样的方式位移的金属片材料基本上完全填充，使得防止功能元件的无意旋转，特别是当提供针对旋转提供安全性的特征(例如针对旋转的安全性鼻)时，所述特征位于环槽的区域中和/或环槽过渡到铆钉段中的区域中以及将环槽划分成关于功能元件的纵轴分布的单独场。
因此，使用根据本发明的方法制造并且包括自冲铆钉元件和金属片部件的组件组装件的特征在于，金属片部件具有冲孔，该冲孔具有与铆钉段的形状相对应的形状，孔边缘的材料一方面延伸到并进入环槽中同时基本上完全填充它，以及另一方面延伸到在铆钉段的外周处铆钉段中径向形成的折痕或缢痕中。
因此，穿孔模的功能不仅限于冲出适于接收铆接元件的冲孔；在产生冲孔之后，金属片部件而固定到铆钉元件，使得铆钉元件接触针对旋转和针对被压出的安全的金属片部件。特别令人惊讶的是，在附接到金属片部件之前的开始状态中，铆钉元件不必具有任何特征，例如铆钉段中的底切，所述底切可以确保针对被压出的安全性或抵抗压出。然而，可以实现针对被压出的高质量的安全性，因为在切出板金属块和/或附接到金属片部件时，通常具有与铆钉元件相比两倍的强度值，金属片材料使较软的铆钉元件变形并且压入其中，使得其位于在由模具产生的金属片材料的压力下形成在铆钉段的轴处的环形褶痕和缢痕中。特别令人惊奇的是，当金属片部件具有比元件较小的强度时，也必须达到径向延伸到铆钉段中的缢痕的形成。
根据本发明的方法基本上基于以下认识：不仅将围绕冲孔的金属片部件的材料压入环槽中，而且同时将其压入铆钉段中以在其中形成缢痕。特别地，已经认识到，这可以通过特别形成的穿孔模来实现。因此，在该方法中使用的穿孔模在面向金属片部件的端面处具有环鼻，所述环鼻围绕穿孔模的通孔，并且相对于穿孔模的支承表面升高，并且特别地限定平面圆环形端面。与在WO02/081145A2中描述的方法中使用的穿孔模不同，根据本发明的方法中的穿孔模因此不具有限定不具有任何径向延伸的周边毛刺的环唇；在根据本发明的方法中使用的穿孔模的环鼻具有在径向方向上具有非实质性延伸的平面圆环形表面。
根据本发明，已经认识到，当穿孔模经由平面圆环形端面来接触金属片材料时，围绕通过冲出板金属块产生的冲孔的金属片材料不能横向位移，否则如果穿孔模具有根据WO02/081145A2的模型的毛刺状环唇则情况会如此，因为在这种情况下，环唇将压到具有毛刺的金属片材料中到前面，并且将横向位移所述金属片材料。与其相比，可以在根据采用片材料的本发明的方法中使用的穿孔模的环鼻的的平面端面上形成压缩应力，所述片材料围绕由冲出板金属块产生的冲孔，直到材料超过流动极限并且开始塑性流动，使得它不仅在持续的压力下渗透到环槽中，而是在铆钉元件的铆钉段中产生与其相邻的缢痕，并且然后被金属片材料覆盖。
由于金属片材料的一部分因此既流入环槽中以及流入铆钉段的缢痕中，因此穿孔模压入金属片材料中，其中环鼻的平面圆环形端面在前面，并且在这样做的时候，推动在其前面的金属片材料，由此金属片部件在铆钉段的自由端附近经历环形横截面弱化。根据本方法的优选实施例，穿孔模因此应被用作穿孔模，其环鼻的圆环形端面具有大约对应于金属片部件的厚度的一半的径向延伸和/或其小于环槽的径向延伸，但是大于环槽的径向延伸的一半。位移的材料体积因此在径向方向上决定性地延伸，由此可以确保在金属片部件中在冲孔周围的区域中不出现剪切效应。
为了能够用金属片材料填充铆钉段的环槽和缢痕，根据另一实施例，还可以证明有利的是，穿孔模用作具有一定体积的穿孔模，所述体积基本上对应于功能元件的环槽的体积。特别地，环鼻的体积不必基本上大于环槽的体积，因为铆钉段的自由端在一定程度上被压缩为冲压过程的一部分并且因此在径向方向上被部分地挤压。铆钉段的这种径向扩展因此如此补偿了缢痕的体积，使得如果环鼻具有基本上对应于功能元件的环槽的体积的体积就足够了。
附图说明
下面将参考附图更详细地解释本发明，其中
图1至图3为在执行根据本发明的方法期间的示意顺序；
图4为图3中细节的放大示意图。
具体实施方式
图1以轴向截面示出Profil Verbindungstechnik GmbH und Co.KG公司的所谓的RND铆钉元件10，其中元件10在包括元件10的中间纵轴12的轴向平面中被剖开。所示的元件10使用根据本发明的方法固定到金属片部件14。
在这里配置为螺母元件的功能元件10具有头部18，该头部18具有环形支承表面16和位于头部18的支承表面16侧处的管状冲压和铆钉段20。在从头部18到铆钉段20的过渡区域中，支承表面16包括具有相对于功能元件10的纵轴12倾斜的环表面24的环槽22，其中环槽22具有与铆钉段20相邻的铆钉元件10的轴向方向上的最大深度，并且倾斜的环表面24在另一环形支承表面区域27中伸出，该另一环形支承表面区域27位于径向平面中，并且其自身并入圆形部分21或头部18的倒角中。
在该示例中，在环槽22的区域中提供采用针对旋转的安全性鼻26形式的特征，其中针对旋转的安全性鼻26沿径向方向延伸并且桥接环槽22。例如，提供总共六个这样的针对旋转的安全性鼻26，其将环槽22相应地划分成围绕纵轴12彼此相继的六个场。可以提供小于六个或大于六个这样的针对旋转的安全性鼻26，以及如果需要，鼻26还可以在环槽22过渡到铆钉段20的区域中采用升高的形式设置。然而，这不是必需的，并且还可能导致元件附接中复杂性，从而在该表示中已经省略了针对旋转的这样的安全性鼻。
环形支承表面16的环形区域因此位于环槽22周围，所述环形支承表面16位于垂直于纵轴12的平面中并且优选地不被针对旋转的安全性特征26中断。
在该示例中的功能元件10具有设置有内螺纹30的中心通孔28。头部18还具有环形切口32，所述环形切口32限定头部18的圆柱形区域34，该圆柱形区域34被环形压力表面36围绕。功能元件10不必配置为螺母元件。相反，圆柱形区域34可以在环表面38上并入在根据图1的表示中向上延伸的轴部件，使得存在螺栓元件。功能元件10还可以具有其他功能。通孔28例如可以配置为用于轴的可旋转支承件的圆柱形支撑表面或者实现为用于接收夹子紧固件的夹子安装件。如果元件10设置有轴部件，则轴部件不仅可以设置有螺纹圆柱体，由此存在螺栓元件，而且轴部件可以具有圆柱形支承表面，例如用于杆的可旋转支承件，或者其可以例如设置有环沟槽以接收夹子。重要的是，环表面36配置为压力表面，使得可以通过适当的工具(在这里由40示出)在纵轴12的纵向方向上的压力施加到压力表面36上，以使元件10插入到金属片部件14中，而没有施加导致功能元件10的不允许的变形的功能元件10上的力。从图1中还可以看出，管状铆钉段20的内径明显大于通孔28的内径或者比螺纹30的外径的内径大，并且管状铆钉段20的自由端面，即图1中的下端面，配备有冲压和铆钉特征，这将在下面更详细地解释。
穿孔模42位于图1中的金属片部件14下方，其中工具40和穿孔模42通常彼此相对并且在渐进工具的站中彼此对齐地设置。这意味着元件10的纵轴12同时表示工具40的纵轴和穿孔模42的纵轴，并且穿孔模42以本身已知的方式容纳在渐进工具的下板中并且上部工具40根据双箭头44移动以在每个向上指向的移动的位置中接纳另一功能元件10并且以在下面对每个向下指向的移动进行解释的这样的方式将功能元件引入到金属片部件14中。在另一方面，工具40和穿孔模42可以布置在传输压力机(transfer press)中。然后，穿孔模42必须布置在压力机的下部工具中，并且工具40容纳在设置头中，该设置头安装在压力机的中间板处或压力机的上部工具处。穿孔模42可以替代地安装在压力机的中间板上，并且工具40可以固定到压力机的上部工具。反向布置也是完全可以想到的，其中下部工具40布置在穿孔模42的下方，例如在压力机的下部工具中或在压力机的中间板处，而穿孔模具则必须布置在中间板或在压力机的上部工具处。
此外，从图1可以看出，功能元件10容纳在工具40的环槽46中，该环槽在基部区域中具有朝向功能元件36的压力表面36按压的环形肩48。头部18的圆柱形区域容纳在工具40的另一圆柱形槽50中并且在环肩48上并入圆柱形槽46。功能元件10的管状铆接段20的自由端突出超过工具的下环形端面52，而功能元件10的环形支承表面16位于与工具40的下环形端面52相同的径向平面中。
穿孔模42具有中心通孔54，其可在图1中的向下方向上并入较大的通孔，或者可以向下分叉，以便于通过穿孔模42和铆钉段20的配合而产生的板金属块66可以从穿孔模42的通孔54脱出，参见图2。通孔54设计为稍大于铆钉段20，使得其以小的间隙配合到通孔54中。通孔54例如可以与铆钉段20相比在直径上大约0.01mm。
通孔54在穿孔模42的面向金属片部件14的一侧被环鼻80围绕，环鼻80相对于穿孔模42的支承表面82升高并且限定平面的圆环形端面84。环鼻80具有与通孔54相同的内径。如图1所示，环鼻80的圆形环形端面84具有对应于金属片部件14的厚度的大约一半的径向延伸。环鼻80的圆环形端面84具有一定的径向延伸，所述径向延伸小于环槽22的径向延伸，但是大于环槽22的径向延伸的一半。从图1中还可以看出，环鼻80具有一定体积，所述体积基本上对应于功能元件10的环槽22的体积。
如果现在上部工具40根据双箭头44向下移动，根据图2的铆钉段20从金属片部件14冲出板金属块66，所述板金属块66然后通过模具42的优选向下张开的通孔54落下，并且可以从压力机中移除。金属片部件14的冲压基于在铆钉段20的自由端和在模具42的上侧处的环鼻80的内边缘之间产生的剪切力进行。由于在金属片部件14的冲压时巨大的力，不仅金属片部件14变形，而且铆钉段20的自由端也可以在轴向方向上被稍微压缩，并且因此可以在径向方向上稍微分开，参见图4，由此在铆接段20处产生一种底切47，所述底切确实相对较小，但是在确保对压出的不显著的阻力的意义上非常有效。
在冲压金属片部件14期间，环鼻80还经由其圆环形端面84朝向金属片部件14的下侧按压，并且形成在自由端的区域中的围绕铆钉段20的凹槽62。由于在这方面作为反作用力在圆环形端面84上引入到金属片部件14的材料中的巨大的力，金属片部件的材料超过其流动极限并开始在围绕铆钉段20的区域中流动，其结果是，通过形成凹槽62而位移的材料尤其被压入铆接段20处的底切47中，只要它已经形成-甚至放大，由此金属片部件14以针对被压出到元件10的安全方式连接，参见图3。同时，通过凹槽62的形成而位移的材料被压入环槽22中，使得所述材料根据图3和图4完全填充环槽22，这使得可能的是，环鼻82的体积基本上对应于环槽22的体积或略大于环槽22的体积。在环槽22中位移的材料在这方面紧密地接触环槽22的倾斜环表面24并且完全填充环槽22，使得针对旋转的安全性鼻26被推进到金属片材料中，并且功能元件从而以针对在金属片部件14处旋转的安全方式被固定。金属片材料啮合到成形的底切47中还提供了确保金属片材料中的针对旋转的安全性鼻的更有抵抗力的接合，这增加了针对旋转的安全性阻力。必须进一步注意的是，在将功能元件附接到金属片部件时存在的力基本上作用在环鼻的圆环形端面84和环形压力表面36之间，圆环形端面84和环形压力表面36彼此相对并且因此不影响螺接的圆柱体的任何变形。此外必须提及的是，模具的环鼻80的扁平形状具有另一特别的优点，其径向延伸与环槽22的径向延伸大致相同。可以利用这种形状移动相对大体积的金属片材料，其中环鼻的高度在周围啮合的模具的平坦表面上方相对小，并且实际上使得环槽22可以被完全填充。为此目的，在模具的周围端面上方的环鼻的高度为大约0.8mm或更小，优选为0.5mm就足够了。在另一方面，环鼻80提供了金属块66与剩余的金属片材料完全地分离，而铆钉段20不必从金属片部件14的下平面突出，而是保持缩进大约0.2mm。
由于穿孔模42在金属片材料14的平面圆环形端面84上接触金属片材料14的事实，围绕通过冲出板金属块66产生的冲孔70的金属片材料不能横向或径向位移。可以在围绕由冲出金属块66产生的冲孔70的金属片材料中在根据本发明的方法中使用的穿孔模42的环鼻80的平面端面84上建立压缩应力，直到材料超过流动极限并且开始塑性流动，使得其不仅以持续的压力渗透到环槽22中，而是在铆钉元件10的铆钉段20中产生与其相邻的缢痕49并且然后被金属片材料覆盖。由于该缢痕49，通过铆钉段20的压缩产生的底切47在其中增加，只要它已经形成，由此铆钉元件10特别可靠地固定以防止在金属片部件14处被压出。不仅特别是在金属片部件14和铆钉元件10之间产生高的承载应力，所述承载应力也有助于通过位于缢痕49中的材料针对旋转的安全性；还产生形状匹配，使得铆钉元件10在金属片部件14中在压出方向上的按压不可能或仅在施加相当大的破坏力时是可能的。
在这点上必须注意的是，根据本发明的方法在使用铆钉元件时起作用，然而铆钉元件在本发明的应用的框架内不变形或仅稍微变形。因此，铆接元件，优选RND铆钉元件，因为主要仅使金属片部件变形，因此用作力配合元件。

Claims (12)

1.一种将功能元件(10)附接到金属片材料的金属片部件(14)的方法，其中所述功能元件(10)具有头部(18)，所述头部(18)具有环形支承表面(16)和管状铆钉段(20)，所述管状铆钉段(20)形成为自冲以及在所述头部(18)的支承表面(16)侧处延伸并且远离所述头部(18)，其中在将所述功能元件(10)附接到所述金属片部件(14)之前所述铆钉段(20)没有底切(47)，其中所述支承表面(16)包括环槽(22)，所述环槽(22)具有环表面(24)，所述环表面(24)相对于从所述头部(18)过渡到所述铆钉段(20)中的区域中的所述功能元件的纵轴(12)倾斜，其中所述环槽(22)具有邻近所述铆钉段(20)的最大深度，以及其中所述金属片部件(14)支承在具有通孔(54)的穿孔模(42)上，所述通孔(54)的直径至少基本上对应于所述铆钉段(20)的外径或稍微大于所述外径，其中所述通孔(54)在面向所述金属片部件的所述穿孔模(42)侧处被环鼻(80)围绕，所述环鼻(80)相对于所述穿孔模(42)的支承表面升高以及限定平面圆环形端面(84)，所述功能元件(10)压到支承在所述穿孔模(42)上的金属片部件(14)上，使得通过所述铆钉段(20)从所述金属片部件(14)冲出板金属块(66)，其中所述铆钉段(20)的自由端在轴向方向上被压缩，并且因此在径向方向上分开，使得在将所述功能元件(10)附接到所述金属片部件(14)时在所述铆钉段(20)产生所述底切(47)，以及围绕由冲出所述板金属块(66)生成的冲孔(70)的金属片材料的一部分通过所述环鼻(80)的圆环形端面(84)被塑性压到所述环槽(22)中同时完全填充所述环槽(22)，以及在从所述头部(18)过渡到所述铆钉段(20)中的区域中被径向压到所述铆钉段(20)中以及另外压到在附接过程中形成的所述底切(47)中，其中在将所述功能元件(10)附接到所述金属片部件(14)时形成的所述底切(47)采用褶痕和缢痕之一的形式呈现，所述穿孔模用作其环鼻具有一定体积的穿孔模(42)，所述体积对应于所述功能元件(10)的所述环槽(22)的体积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属片部件(14)具有大于3mm的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，提供针对旋转提供安全性的特征(26)，所述特征(26)位于所述环槽(22)的区域中和/或从所述环槽过渡到所述铆钉段(20)中的区域中以及将所述环槽选择性地划分成关于所述功能元件(10)的所述纵轴分布的单独场。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，围绕由冲出所述板金属块(66)生成的冲孔(70)的金属片材料的一部分通过所述环鼻(80)的圆环形端面(84)被塑性压到所述单独场中。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，针对旋转提供安全性的所述特征(26)是针对旋转的安全性鼻。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，针对旋转提供安全性的所述特征(26)是针对旋转的安全性鼻。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述底切(47)形成在从所述环槽(22)过渡到所述铆钉段(20)的区域中。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在冲压所述金属片部件(14)期间，所述环鼻(80)还经由它的圆环形端面(84)朝所述金属片部件(14)的下侧压以及在那里形成凹槽(62)，所述凹槽(62)在所述铆钉段(20)的自由端的区域中围绕所述铆钉段(20)延伸，其中由形成所述凹槽(62)位移的材料被压到在附接过程期间在所述铆钉段(20)形成的底切(47)中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，由形成所述凹槽(62)位移的所述材料扩大在将所述功能元件(10)附接到所述金属片部件(14)期间形成的所述底切(47)。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述功能元件(10)压到支承在所述穿孔模(42)上的所述金属片部件(14)上，使得围绕由冲出所述板金属块(66)生成的冲孔(70)的金属片材料的一部分在从所述头部(18)过渡到所述铆钉段(20)中的区域中被径向压到所述铆钉段(20)中。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述穿孔模用作其环鼻(80)的圆环形端面(84)具有径向延伸的穿孔模(42)，所述径向延伸对应于所述金属片部件(14)的大约一半厚度和/或小于所述环槽(22)的径向延伸，但大于所述环槽(22)的径向延伸的一半。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在将所述功能元件(10)附接到所述金属片部件(14)时，与所述功能元件(10)的所述铆钉段(20)的材料相比，所述金属片部件(14)的较大部分金属片材料变形。
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