CN109773107B - 冲压铆接装置和用于利用辅助压模力的振动来沉入冲压铆钉的方法 - Google Patents

Abstract

提出一种用于利用辅助压模力（F）的振动（S）来进行冲压铆接的冲压铆接装置（2）和一种用于利用冲压铆接装置（2）进行冲压铆接的方法。冲压铆接装置（2）具有用于产生压模力（F）的驱动机构（40）、用于产生振动（S）的振动产生机构（21）以及压模（20），该振动在将冲压铆钉（4）沉入到至少一个构件（6；6、7）中时辅助压模力（F），在将冲压铆钉（4）沉入到至少一个构件（6；6、7）中时通过该压模引入和施加压模力（F）和/或振动（S），其中，振动产生机构（21）支撑驱动机构（40），或者驱动机构（40）支撑振动产生机构（21），并且其中，振动产生机构（21）至少部分地在侧向上布置在驱动机构（40）旁。

Description

冲压铆接装置和用于利用辅助压模力的振动来沉入冲压铆钉 的方法

技术领域

本发明涉及一种冲压铆接装置和一种用于利用辅助压模力的振动来进行冲压铆接的方法，该振动特别是超声波振动。冲压铆接装置尤其具有带集成的振动系统的C形框架。

背景技术

冲压铆接装置用于使得至少一个构件与冲压铆钉连接或接合。在此，要么借助于一个冲压铆钉或多个冲压铆钉将一个构件的两端彼此固定在一起。替代地，也可以利用一个冲压铆钉将两个或多个构件彼此固定在一起。

采用超声波的冲压铆接尤其可以应用于由脆性材料构成的至少一个构件。对于这种材料，在采用超声波进行冲压铆接时，可以借助于冲压铆钉产生无裂纹的连接。在此，在产生连接时，同时可以将接合力明显减小高达50%。

但问题是，通常的采用超声波进行冲压铆接的冲压铆接装置为了布置或安置用于产生超声波振动的系统、即为了超声波产生系统的转换器、助力器（Booster）和超声波发生器而需要很多空间。由此就明显地减小了具有这种超声波产生系统的冲压铆接装置的可用性。在此，为了冲压铆接装置的更灵活的操作性、更高的可接近性和更小的重量，冲压铆接装置的更为紧凑的尺寸是值得追求的。

发明内容

因此，本发明的目的是，提出一种冲压铆接装置和一种用于利用辅助压模力的振动来进行冲压铆接的方法，借此可以解决前述问题。特别是要提出一种冲压铆接装置和一种用于利用辅助压模力的振动来进行冲压铆接的方法，其中，在空间需求减小的情况下可形成高质量的冲压铆接连接。

该目的通过一种根据本发明的用于利用辅助压模力的振动来进行冲压铆接的冲压铆接装置得以实现。该冲压铆接装置具有用于产生压模力的驱动机构、用于产生振动的振动产生机构以及压模，该振动在将冲压铆钉沉入到至少一个构件中时辅助压模力，在将冲压铆钉沉入到至少一个构件中时，通过该压模引入和施加压模力和/或振动，其中，振动产生机构支撑驱动机构，或者，驱动机构支撑振动产生机构，并且其中，振动产生机构至少部分地在侧向上布置在驱动机构旁。

对于所述冲压铆接装置，将驱动件固定在C形框架上。在此，C形框架不仅承载驱动件的支撑的结构，而且也实施振动系统的功能。

由此实现为冲压铆接装置的总尺寸显著地节省了空间，因为没有由转换器、助力器和超声波发生器构成的振动系统挂在驱动件上。结果，C形框架可以构造得较小。这在改善到接合位置的可接近性方面带来了冲压铆接装置的决定性的功能优势。对此的原因也是，冲压铆接装置的振动系统并不与耦接到驱动件上。这能实现弓形架或C形框架的较小的钳形窗口（Zangenfenster）。此外，装置重心挪移得更加靠近机器人侧翼，由此更为有利地定位装置重心。由此又可以将弓形架或C形框架设计得更轻便。

冲压铆接装置的有利的其它的设计包括：所述振动产生机构具有在所述振动的方向上部分地弹性地设计的C形框架；所述振动产生机构被设计成C形框架，其横截面从第一区段朝向第二区段的方向变窄，并且其中，所述驱动机构布置在所述第一区段上；所述C形框架具有第三区段，所述第三区段使所述第一和第二区段连接；所述振动产生机构具有这样的压电转换器，该压电转换器在所述C形框架中布置在所述第一区段中，或者至少部分地布置在所述第一和第三区段中；所述第一区段的横截面的几何形状与所述第二区段的横截面的几何形状相同或不同；所述第二区段被设计用于支撑型模，该型模被设置成配对支架，所述配对支架在将所述冲压铆钉沉入到所述至少一个构件中时抵挡所述压模力和/或所述振动；所述振动产生机构被设计用于产生超声波振动；所述冲压铆接装置被设计用于在制造车辆白车身时进行冲压铆接，和/或，其中，所述冲压铆接装置被设计用于连接至少一个构件，所述构件在至少一个区域中由脆性的轻金属材料和/或高强度的/最高强度的钢材料和/或塑料/纤维增强的塑料和/或传统的车身构造材料制成。

根据一个实施例，振动产生机构具有在振动的方向上部分地弹性地设计的C形框架。

根据该实施例，振动产生机构被设计成C形框架，其横截面从第一区段在朝向第二区段的方向上变窄，并且其中，驱动机构布置在第一区段上。在此，C形框架可以具有这样的第三区段，该第三区段使得第一和第二区段连接。在此，振动产生机构可以具有压电转换器，其在C形框架中布置在第一区段中，或者至少部分地布置在第一和第三区段中。

对于所述冲压铆接装置，第一区段的横截面的几何形状与第二区段的横截面的几何形状可选地相同或不同。

可行的是，第二区段被设计用于支撑型模，该型模被设置成配对支架，该配对支架在将冲压铆钉沉入到至少一个构件中时抵挡压模力和/或振动。

对于所述冲压铆接装置，振动产生机构特别是被设计用于产生超声波振动。

冲压铆接装置可以被设计用于在制造车辆白车身时进行冲压铆接。附加地或替代地，冲压铆接装置被设计用于连接至少一个构件，该构件在至少一个区域中由脆性的轻金属材料和/或高强度的/最高强度的钢材料和/或塑料/纤维增强的塑料和/或传统的车身构造材料制成。

该目的还通过一种根据本发明的用于利用冲压铆接装置进行冲压铆接的方法得以实现。在该方法中，前述冲压铆钉通过冲压铆接装置利用辅助压模力的振动沉入到至少一个构件中。在此，该方法具有如下步骤：利用冲压铆接装置的驱动机构产生压模力，以及利用冲压铆接装置的振动产生机构产生振动，该振动在把冲压铆钉沉入到至少一个构件中时辅助压模力，其中，在将冲压铆钉沉入到至少一个构件中时，通过压模引入和施加压模力和/或振动，其中，振动产生机构支撑驱动机构，或者，驱动机构支撑振动产生机构，并且其中，振动产生机构至少部分地在侧向上布置在驱动机构旁。

该方法实现了与在前面针对冲压铆接装置所述相同的优点。

本发明的其它可行的实施方案也包括前面或下面针对各实施例所述的特征或实施方式的未明确提及的各种组合。在此，本领域技术人员也可以将单个方面作为改进或补充添加给本发明的相应的基本形式。

附图说明

下面参照附图并借助实施例详述本发明。其中：

图1至图4分别为在设备中在根据第一实施例利用冲压铆接装置执行冲压铆接方法时的不同的过程状态的示意图；并且

图5为根据第一实施例的设备的示意图。

在这些附图中，只要未做其它说明，相同的或功能相同的部件标有相同的附图标记。

具体实施方式

图1非常示意性地示出带有冲压铆接装置2的设备1。该设备1可以例如是用于物件3，比如车辆、家具、电器等的制造设备。可考虑任意的物件3。

冲压铆接装置2用于将冲压铆钉4沉入到例如第一构件6和第二构件7中，所述构件上下地靠置（aufliegen）在型模10上。图1中只示出了一个冲压铆钉4，其基本上如常见的冲压铆钉、特别是半空冲压铆钉那样设计。然而，为了冲压铆接，可以代替冲压铆钉4而采用任一种其它的冲压铆钉。

在根据如图1至图4中所示的步骤中，在将冲压铆钉4沉入到第一和第二构件6、7中之后，所用的冲压铆钉4将第一和第二构件6、7连接起来。冲压铆钉4使得第一和第二构件6、7产生铆接连接。第一和第二构件6、7可以是物件3的构件。但如前所述，也可以利用至少一个冲压铆钉4仅仅使得同一个构件6的两个边缘相互连接。

例如，利用第一和第二构件6、7接合成一个组合，其中的至少一个构件6、7是金属、比如特别是可延展的钢或者铝或镁以及这些材料的合金。附加地或替代地，至少一个构件6、7可以具有脆性的材料、比如特别是脆性的轻金属材料。至少一个构件6、7可以由纤维复合材料或纤维增强的塑料、优选碳纤维增强的塑料（CKF）制成。附加地或替代地，至少一个构件6、7具有很脆性的或极脆性的材料，比如自然硬度的铝-压铸件、铝合金、最高强度的铝板AW7075等，以及镁合金、特别是AM50、AZ91、AE44等。然而可为第一和/或第二构件6、7采用任意其它的材料。特别地，第一和/或第二构件6、7是轻金属材料和/或高强度的/最高强度的钢材料和/或塑料和/或纤维增强的塑料和/或传统的车身构造材料。由碳纤维增强的塑料构成的构件6、7优选布置在压模侧。由脆性的或很脆性的材料或材质构成的构件6、7可以布置在压模侧或型模侧。

下述方法可以应用在飞机制造中，通常应用在车辆制造、车身轻质结构等中，特别是用于电动交通（Elektromobilität）的工业部门。在此，采用如下方法可形成高质量的接合连接，这特别是在不同的轻质结构材料之间适用，所述轻质结构材料特别是由很脆性的或极脆性的材料和/或碳纤维增强的塑料（CKF）制成。

冲压铆钉可以在所述材料中优选由不锈钢或V2A-钢或V4A-钢制成。替代地，作为冲压铆钉的材料，诸如调质钢，特别是38B2、34Cr4等是可行的，其带有由ZnNi、SnZnAl等构成的涂层。

在图1中，为了将冲压铆钉4沉入到第一和第二构件6、7中，设置有压模20和非常示意性地示出的振动产生机构21。压模20在冲压铆接装置2的压紧器（Niederhalter）30中引导。压模20借助于驱动机构40予以驱动，从而将压模力F作用到压模20上，该压模力尤其是压模压力。驱动机构40可以是电动驱动件和带有滚珠传动部、滚轮传动部或行星螺纹传动部的主轴。此外，设置有转换器60，其引起辅助压模力F的振动S。振动S借助于用于将冲压铆钉4沉入到至少一个构件6、7中的振动产生机构21予以提供。

在图1中示出了由冲压铆接装置2实施的冲压铆接方法的一种状态，在该状态下，冲压铆钉4布置在压模20与第一构件6之间。接下来，可以利用压模20朝向冲压铆钉4施加压模力F，并利用振动产生机构21将辅助压模力F的振动S施加到冲压铆钉4上，该振动处于例如10kHz至20kHz或15kHz至35kHz的范围内并且其幅度例如为5至55μm。然后，首先将冲压铆钉4攻入（geschnitten）或冲压到构件6、7中，如图2中所示。在压模力F和辅助压模力F的振动S进一步持续的情况下，冲压铆钉4在构件6、7中因型模10的反压力而叉开，如图3中所示，就此而言，其不是很脆性的材料，如前所述。此外，在冲压铆钉4上，由构件6、7形成了冲孔余料（Butzen）8。

在当前实施例中，当将冲压铆钉4沉入到构件6、7中时，如图4中所示，压模力F和辅助压模力F的振动S被切断（abschalten）。

冲压铆接装置2于是可以又移动到用于冲压铆接的在图1中示出的初始位置中。然后，可以将下一个冲压铆钉4沉入到构件6、7或至少一个其它构件中。

冲压铆接装置2因此实施用于沉入冲压铆钉4的冲压铆接方法。

通常，振动产生机构21例如被功率超声波-振动系统激励，该振动系统由压电转换器以及必要时的助力器和超声波发生器构成，该振动系统产生超声波作为辅助压模力F的振动S。而根据当前实施例的振动产生机构21在图5中示出，并在下面予以描述。

图5更详细地示出了设备1。该设备1具有装置70和输送站80，图5中只示出了该装置的一部分、例如机器人的臂，该输送站用于通过铆钉输送软管82输送冲压铆钉4。装置70通过作为设备1的另一部分的开关柜85经由供应线路86被供应能量，该供应线路具有高频线缆和电缆。

冲压铆钉4在输送站80中借助分开器（Vereinzeler）被分开，并通过铆钉输送软管82被投射至冲压铆接装置2，进而输送给待接合的构件6、7。铆钉输送软管82可设计成压缩空气软管。替代地，冲压铆钉4可以通过未示出的匣（Magazin）直接在接合位置65被提供。

装置70使得冲压铆接装置2在空间中移动，特别是移动至构件6，至少一个接合位置65布置在该构件上。装置70可以设计成机器人。但装置70可以是手持式机架（Gestell）。

冲压铆接装置2具有呈C形框架的形式的振动产生机构21，该C形框架被设计成振动的系统。C形框架由此可以实施对于冲压铆接必需的振动S、特别是超声波振动。C形框架的附接到驱动机构40上的第一区段211被如此稳定地设计，使得在那里只形成轻微的振动S。C形框架的支撑或容纳型模10的第二区段212有针对性地经过构造设计，从而在那里针对冲压铆接所必需的振动S出现振动-固有形式，并且，工具重心200朝向压模20和离开压模20实施相对的偏转。根据需要而定，振动S的振动频率例如处于大约10至35KHz的范围内。工具重心200也可以称为工具中心点（TCP）。

由于第一区段211实际上不振动—即使第二区段212实施振动S，振动产生机构21具有在振动S的方向上部分地弹性设计的C形框架。

C形框架的第一和第二区段211、212借助于第三区段213相互连接。换句话说，C形框架的第一和第二区段211、212在第三区段213中向彼此过渡。第三区段213的横截面至少部分地锥形地设计。由此，C形框架的第一区段211具有比C形框架的第二区段212更大的横截面。由此，C形框架的横截面在第三区段213中从第一区段211到第二区段212变窄。由此将第一区段211设计得比第二区段212更为振动刚性（schwingungssteif）。

C形框架的横截面，确切地说横截面的几何形状或几何上的形状可以部分地特别是圆形、椭圆形、三角形、方形、矩形、四边形，和/或具有其任意的组合。在此可行的是，第一区段211的横截面的几何形状例如为圆形，并且第二区段212的横截面的造型或几何上的形状为方形。任何其它的变型方案是可行的。第三区段213分别相应地设计。

在图5的示例中，转换器60布置在C形框架的第一区段211中。替代地，根据需要C形框架的第一和第二区段211、212的哪些振动特性而定，转换器60可以至少部分地布置在第三区段213中。

在图5的布置中，C形框架的第一区段211在上面布置在冲压铆接装置2上。由此，C形框架的第二区段212在图5中在下面布置在冲压铆接装置2上。此外，工具重心200在竖直方向上实施相对的偏转，如图5中用带字符S的双向箭头所示。

对振动S的激励利用转换器60尽可能在振动波腹（Schwingungsbauch）中进行，该转换器特别是被设计成压电-转换器60。

通过省去由压电转换器以及必要时的助力器和超声波发生器构成的通常的振动系统，冲压铆接装置2构造得明显更加紧凑。在图5的构造方案中，采用整体的解决方案来代替已有的振动系统。

冲压铆接装置2由此形成了一种带有驱动件的装置，该驱动件固定在C形框架上。对于冲压铆接装置2，C形框架不仅承载用于驱动件或驱动机构40的支撑结构，而且也实施振动系统的功能。

此外，对于冲压铆接装置2，振动产生机构21至少部分地在侧向上设置在驱动机构40旁。

冲压铆接装置2可特别有利地应用在白车身中。例如，采用混合构造方式的白车身的轻质结构需要一些技术，采用这些技术可以在不同的、即异质的轻质结构材料之间产生高质量的接合连接。在此，设备技术的小的干扰轮廓是特别重要的，因为要达到的接合位置往往只具有有限的可接近性。

由于C形框架被设计成弹性的框架，或者被设计成带有集成的振动系统的C形框架，常用的助力器和超声波发生器的功能被弹性的C形框架承担。这减少了冲压铆接装置2的构件的数量，并且允许整个设备1的更加紧凑的构造方式。由此可以实现要予以铆接的构件6、7的更好的可接近性。

利用冲压铆接装置2也产生了一些工艺优势，比如改善了切割/分割工艺、在冲压铆接时，具体地在切分（Durchtrennen）纤维复合材料时减少了层离（Delamination），并且扩展了可铆接的材料/材质范围。

此外，由于耗费成本和设备成本较低，冲压铆接装置2为应用者提供了成本优势。这例如通过用不锈钢来构造成本低廉的辅助接合元件并使用具有较低载荷—标准机器人载荷等级—的机器人来实现。

根据第二实施例可行的是，通常的振动产生机构21—在其中将压电转换器、助力器和超声波发生器串联布置—完全地或者至少部分地在侧向上在驱动机构40旁、特别是平行于该驱动机构布置在C形框架上。在此，C形框架也在第二和第三区段212、213中具有与第一区段211中相同的横截面。另外，振动产生机构21和驱动机构40借助直线引导可彼此相对地移动。在此，驱动机构40例如可以支撑振动产生机构21。此外，振动产生机构21可以至少部分地在侧向上布置在驱动机构40旁。

通过这种方式也可以实现减小C形框架的开口高度，以便实现紧凑地构造的冲压铆接装置2。这也提高了对于难以到达的铆接点或接合位置65的可接近性和可用性。C形框架的重量同样可以通过更为紧凑的尺寸得到减轻。

设备1的、冲压铆接装置2的和利用辅助压模力的振动S来沉入冲压铆钉4的方法的全部前述设计都可以单独地应用，或者以全部可能的组合予以应用。特别地，前述实施例的全部特征和/或功能可以任意地组合。附加地，尤其可考虑如下改型。

图中所示的各部分被示意性地示出，且可以在确切的设计中不同于图中所示的形式，只要保证它们的前述功能。

冲压铆接装置2可以替代地是带有悬架的冲压铆接装置，该悬架可由使用者操纵，以便特别是能够根据需要来改变冲压铆接装置2在空间中的水平位置。附加地或替代地，该悬架可以使得相应的冲压铆接装置2竖直地或者在高度上变得可调节。更普遍地，可以在空间中改变用于沉入至少一个冲压铆钉4的冲压铆接装置2的位置。

Claims (11)

1.一种用于利用辅助压模力（F）的振动（S）来进行冲压铆接的冲压铆接装置（2），所述冲压铆接装置具有用于产生所述压模力（F）的驱动机构（40）、用于产生所述振动（S）的振动产生机构（21）以及压模（20），所述振动在将冲压铆钉（4）沉入到至少一个构件（6；6、7）中时辅助所述压模力（F），在将所述冲压铆钉（4）沉入到所述至少一个构件（6；6、7）中时，通过所述压模引入和施加所述压模力（F）和/或所述振动（S），其中，所述振动产生机构（21）支撑所述驱动机构（40），或者，所述驱动机构（40）支撑所述振动产生机构（21），并且其中，所述振动产生机构（21）至少部分地在侧向上布置在所述驱动机构（40）旁。

2.如权利要求1所述的冲压铆接装置（2），其中，所述振动产生机构（21）具有在所述振动（S）的方向上部分地弹性地设计的C形框架。

3.如权利要求1或2所述的冲压铆接装置（2），其中，所述振动产生机构（21）被设计成C形框架，其横截面从第一区段（211）朝向第二区段（212）的方向变窄，并且其中，所述驱动机构（40）布置在所述第一区段（211）上。

4.如权利要求3所述的冲压铆接装置（2），其中，所述C形框架具有第三区段（213），所述第三区段使所述第一和第二区段（211、212）连接。

5.如权利要求4所述的冲压铆接装置（2），其中，所述振动产生机构（21）具有这样的压电转换器，该压电转换器在所述C形框架中布置在所述第一区段（211）中，或者至少部分地布置在所述第一和第三区段（211、213）中。

6.如权利要求3所述的冲压铆接装置（2），其中，所述第一区段（211）的横截面的几何形状与所述第二区段（212）的横截面的几何形状相同或不同。

7.如权利要求3所述的冲压铆接装置（2），其中，所述第二区段（212）被设计用于支撑型模（10），该型模被设置成配对支架，所述配对支架在将所述冲压铆钉（4）沉入到所述至少一个构件（6；6、7）中时抵挡所述压模力（F）和/或所述振动（S）。

8.如权利要求1或2所述的冲压铆接装置（2），其中，所述振动产生机构（21）被设计用于产生超声波振动。

9.如权利要求1或2所述的冲压铆接装置（2），其中，所述冲压铆接装置（2）被设计用于在制造车辆白车身时进行冲压铆接，和/或，其中，所述冲压铆接装置（2）被设计用于连接至少一个构件（6；6、7），所述构件在至少一个区域中由脆性的轻金属材料和/或高强度的钢材料和/或塑料和/或传统的车身构造材料制成。

10.如权利要求9所述的冲压铆接装置（2），其中，所述冲压铆接装置（2）被设计用于连接至少一个构件（6；6、7），所述构件在至少一个区域中由脆性的轻金属材料和/或纤维增强的塑料和/或传统的车身构造材料制成。

11.一种用于利用辅助压模力（F）的振动（S）进行冲压铆接的方法，其中，该方法具有如下步骤：利用冲压铆接装置（2）的驱动机构（40）产生所述压模力（F），并且利用所述冲压铆接装置（2）的振动产生机构（21）产生所述振动（S），该振动在将所述冲压铆钉（4）沉入到所述至少一个构件（6；6、7）中时辅助所述压模力（F），其中，在将所述冲压铆钉（4）沉入到所述至少一个构件（6；6、7）中时，通过压模（20）引入和施加所述压模力（F）和/或所述振动（S），其中，所述振动产生机构（21）支撑所述驱动机构（40），或者，所述驱动机构（40）支撑所述振动产生机构（21），并且其中，所述振动产生机构（21）至少部分地在侧向上布置在所述驱动机构（40）旁。

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