CN111315505A - 复合构件和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合构件，其包括至少一个第一构件和第二构件，它们在接合区域中相互连接，其中接合区域具有塑性成型区域，借助于塑性成型区域使第一构件和第二构件通过冷变形凭借指向于彼此的保持力保持在接合区域中。在塑性成型区域中，第一构件具有空隙，其至少部分地由第二构件的变形材料填充。与此同时，通过变形材料形成从第二构件伸出的外翻部，其伸入到空隙中并且在第一构件和第二构件之间形成具有底切部的接触区域。在对接合区域施加力加载的情况下，底切部起到防止构件松脱的作用。成型区域通过接合制造方法发生冷变形。在此，与通过变形材料至少部分填充空隙的第二构件的基础材料相比，具有空隙的第一构件的基础材料具有较低的屈服极限。此外，第一构件和第二构件至少在接合区域中构造为板件或板状部件，其中第二构件的底板厚度大于第一构件的底板厚度。

Description

复合构件和控制器

技术领域

本发明涉及一种复合构件、包括所述复合构件的控制器以及按照独立权利要求的前序部分所述的、用于形成所述复合构件的方法。

背景技术

已知不同的连接技术，借助于所述连接技术将至少两个构件可拆卸地或持久不可拆卸地相互接合或连接。例如，经常使用螺旋接合解决方案。同样应用的也有构件的粘接、焊接、熔焊和铆接。然而在上述各情况下，为了由所述构件形成复合构件，需要辅助元件或辅助材料。然而，在批量制造技术产品的情况下，对于经济的制造来说有利的是弃用这样的辅助元件或辅助材料。在此，尤其在塑料构件的情况下，提供热填隙的制造可行性。金属构件又例如通过压连接形成牢固的连接。金属板材构件也适用于根据DIN8593的接合制造方法，在所述接合制造方法中，所述连接借助于成型工具、尤其是成型冲具和成型模具来实现。通常在专业领域中，所述接合制造方法也称为术语“咬合连接(Clinchen)”或“托克斯连接(Toxen)”。为了形成复合构件，两个板材例如通过成型冲具与匹配的成型模具在成型区域中的相对移动、通过冷变形压入彼此。已知各种各样的方法变型方案，通过所述方法变型方案实现在所述成型区域内的形状配合连接和/或传力连接。在此，所述板材在区域中的成型相应借助于连续的板材底面进行。此外，下述制造变型方案也是已知的，在所述方案中，上方的整体板材被压入下方板材的预制孔结构中。所述成型尤其通过外翻部来表现，所述外翻部在模具侧突出于板材底面。在接合制造方法(“平整铆接”)的变型方案中，所述外翻部以下方的板材底面平整地截止。至今为止，为了形成牢固的连接所要求的是，借助于成型冲具将相同硬度的板材或替代地将软的板材(相对较低的屈服极限Rp0.2)压入硬的板材(相对较高的屈服极限Rp0.2)，所述连接在后续在成型区域中有力加载的情况下也能防止复合件的松脱。但是由此对要连接的构件的材料选择形成限制，从而使得某些技术性产品应用由于不相符的材料配对而不适于所述接合制造方法。或者，为了满足工艺要求，必须选择不同于到目前为止的最佳材料配对，以通过接合制造方法形成复合构件同样地，根据工艺，所述板材强度优选选择为相同大小的，或者为了减小冲压力，将面向于成型冲具的软板材构造为比面向于成型模具的硬板材更薄。但是总的来说，对于所述成型工具的高的成型力来说通常仍然需要不低于100千牛(KN)或更高。因此相应地，所述成型冲具和成型模具具有大的几何尺寸，从而在产品应用对于所述成型工具仅在规定的成型区域中提供受限空间的情况下，排除了通过接合制造方法实现的连接形成。

发明内容

本发明的优点在于，在使用要连接的构件的最佳材料配对的情况下，借助于接合制造方法形成复合构件，和/或基于减小的成型力、在受限的空间比例的情况下，在接合区域中通过较小的成型工具实现接合制造方法。以这种方式能够经济地开发被迄今已知的接合制造方法排除在外的产品应用。

所述任务通过具有独立权利要求的特征部分的特征的复合构件、控制器以及形成所述复合构件的方法来解决。

从一种复合构件出发，其包括至少一个第一构件和第二构件，它们在接合区域中相互连接，其中所述接合区域具有塑性成型区域，借助于所述塑性成型区域使第一构件和第二构件通过冷变形凭借指向于彼此的保持力保持在接合区域中。在塑性成型区域中，第一构件具有空隙，其至少部分地由第二构件的变形材料填充。与此同时，通过变形材料形成从第二构件伸出的外翻部，其伸入所述空隙并且在第一构件和第二构件之间形成具有底切部的接触区域。在对接合区域施加力加载的情况下，底切部起到防止所述构件松脱的作用。成型区域通过接合制造方法借助于成型工具发生冷变形。在此，与通过变形材料至少部分填充所述空隙的第二构件的基础材料相比，具有所述空隙的第一构件的基础材料较低的屈服极限。此外，第一构件和第二构件至少在接合区域中构造为板件或板状部件，其中第二构件的底板厚度大于第一构件的底板厚度。所述术语基础材料表明第一构件和第二构件在未基于通过接合制造方法实现的冷变形发生硬化的情况下的材料状态。所述基础材料因此具有这样的材料状态，其在时间方面表现为直至所进行的冷变形之前都位于塑性的成型区域中。此外，处于这样的材料状态下的基础材料位于接合区域中的构件区域中，所述接合区域布置在塑性的成型区域之外。反之，在成型区域中，所述第一和/或第二构件的经变形的材料具有相对于所述基础材料通过冷变形硬化的材料状态。所述术语底板厚度以类似的方式表明所述构件在冷变形之前的材料厚度和/或所述构件在成型区域之外的材料厚度。板件或板状部件指的是下述部件，所述部件至少在接合区域中具有所述构件的、相当于位于那里的材料厚度的多倍的横向延伸尺寸，例如多于所述材料厚度的5倍、优选多于10倍、尤其多于20倍。通常，板件具有恒定的板厚度。在板状部件的情况下，在不偏离板件特征的前提下，所述板厚度的局部变化是可行的。板厚度的这种变化例如由于以微小程度弯曲的或以微小程度倾斜延伸的面而存在，所述面必须尤其与制造相关地和/或与功能相关地设置，例如拔模斜度或倒圆角。就这点而言，深拉件、相应形成的压铸件或挤压加工件的特征在于具有在接合区域中的作为板状部件的上述特征。

与至今为止借助于接合制造方法形成复合构件的实施方案不同的是，所述成型区域从现在起出乎意料地通过下述方式构造，即，所述冷变形基于成型模具和成型冲具相对于所述构件的对调的布置方式以相对于成型工具的仿型部的方式发生。因此就是说为了冷变形，具有所述空隙的第一构件以较软的基础材料和较小的板材基本厚度面向于成型模具。反之，所述第二构件以较硬的基础材料和较大的板材基本厚度面向于所属的成型冲具，并且通过第二构件的经变形的材料朝向所述成型模具并且因此朝向第一构件构造成外翻部。这样的复合构件令人吃惊地表明，所述连接构造能以非常小的成型力形成。因有利地的是，与迄今使用的成型工具相比，针对上述构造需要的成型工具保持为相当小的。由此例如可行的是，将成型模具布置在两个构件的难以到达的接合区域旁，例如布置在间隙开口中，所述间隙开口通过紧密相邻的构件面限定出。这样限定出的间隙开口例如存在于如下产品中，在这些产品中，法兰区域以一间距相对于基体其余部分弯曲，并且所述法兰区域应作为紧固部与另一构件连接。这样的复合构件例如在图1中示出为控制器的部件。在这种情况下，所述构件之一(壳体盖)制成为金属深拉件。所述金属深拉件包括多个功能区域，例如加强肋、密封轮廓、加热片、紧固突圆和其它功能区域，并且受条件限制地，由于所述原因包括非常复杂的深拉形状。总的来说为了实现深拉工艺需要设置较软的材料，尤其是AlMg3。此外，保持元件是针对所述复合构件设置的另一构件，其相比而言设计为牢固的，以便在将控制器紧固在位置不变的保持位置、例如机动车发动机舱中或别处的情况下并且在运行中能在不发生变形的前提下经受住在那里出现的负荷。所述保持元件因此尤其设置为由AlMgSi0.5构成。

尽管由于接合区域中狭小的空间比例并且由于至今被视为不适于接合制造方法的材料配对和相对于成型方向的厚度配对的情况，初始条件是不利的，但从现在起前述控制器的构造可能是有利的。在这种情况下，对于所述控制器和其运行来说最佳的材料选择和构件厚度可保持不变。除了壳体作为金属深拉件，控制器也能以同样的方式作为这样的复合构件，在所述复合构件中，所述壳体构造为板材壳体或金属压铸件。

通过在从属权利要求中提及的措施，根据本发明的复合构件的有利的改进方案和改进是可行的。

在优选的实施方式中，所述第二构件的基础材料的屈服极限为160MPa至250MPa，并且所述第一构件的基础材料的屈服极限为120MPa至最高比所述第二构件的屈服极限低20MPa。在此以有利的方式确定的是，由此又能期待获得较硬的经变形的材料与较软的经变形的材料的承载能力强的咬合。此外，与所述冲具和模具相匹配地，通过下述方式得出对于经变形的材料的流动来说有利的材料特性比例，即，在所述第一构件和第二构件的经变形的材料之间实现底切部。与此相比，所述第二构件的基础材料的较高的屈服极限增大了在成型区域中形成开裂的风险。开裂风险也在所述两个构件的基础材料相互具有不利的屈服极限比例的情况下表现出来。有利地，当所述两个构件的基础材料的屈服极限在数值方面相互仅相差20MPa至120MPa时，开裂风险降低。

在尤其有利的实施方式中，第一构件的底板厚度为1.8mm至3.2mm、优选为2.5mm，并且第二构件的底板厚度为1.0mm至1.8mm、优选为1.4mm。

总的来说，尤其在通过上述底板厚度来制造控制器的范围内，一方面能实现机械负荷能力的良好比例，而另一方面能遵循经济的制造成本。为此优选地，第一构件的基础材料选择为由AlMg3构成，而第二构件的基础材料选择为由ALMgSi0.5构成。原则上也可选择由其它金属材料构成的材料，所述材料不是过于易碎的，亦即能够塑性变形。因此，对于合适的选择应注意的是，可选地，所述第一构件的基础材料(由于仅经历较弱程度的冷变形)和尤其所述第二构件的基础材料(由于经历较强程度的冷变形)，其各自的屈服强度相对于其各自的抗拉强度的比例小于等于0.9，并且各自的断裂伸长大于等于8％。

在所述复合构件的优选的改进方案中，所述空隙和外翻部朝向同一中轴线对准。此外，所述空隙具有圆孔几何结构，其中，为了形成所述底切部，所述空隙和外翻部各自的横截面直径垂直于所述中轴线地跨过所述接触区域的至少一个区段沿背离所述第二构件的方向渐增地变大。在此，所述对准也考虑到最多0.7mm、优选最多0.5mm的偏差，那么所述空隙和外翻部中轴线相互错置，这尤其由制造技术条件决定。由此总的来说，通过所述底切部的构造进一步确保保持形状接合。

与制造相关地，所述第二构件在塑性成型区域中具有作为为了使材料变形至空隙所用的成型冲具的压印的凹部，所述凹部具有圆形的内横截面，其中，所述凹部伸展到空隙中并且形成外翻部的基底。这种情况下有利的是，从基底开始，从凹部的扩宽的第一截锥体形区段直到空隙上方通过阶梯肩部构造有所述凹部的扩宽的第二锥形区段。在借助于成型工具进行连接构造的情况下，通过所述阶梯肩部尤其能避免在成型冲具与第二构件之间的接触区域中发生开裂。有利地，在上述接触区域中出现过高的压应力之前，所述第二构件的材料就被再次挤压。在这种情况下，对于在经压印的凹部中也示出的有利的冲具几何尺寸来说，下述几何尺寸参数表现为有利的。优选地，所述第一截锥体形区段具有从2.2mm至3.6mm的最小横截面直径，并且所述第二截锥体形区段具有从3.2mm至4.5mm的最小横截面直径，其中D2总是大于D1。所述第一截锥体形区段的横截面直径选择为越大的，那么构造成越好的咬合。然而对于所述成型所需的成型力也会增加。此外优选地，所述第一截锥体形区段具有从1°至20°的、优选从4°至11°的张角，并且所述第二截锥体形区段具有从1°至20°的、优选从7°至11°的张角。凭借所述第一截锥体形区段的较小的张角，同样能放大所述咬合，然而在不利情况下，开裂风险由于对所述成型产生影响的工艺变量而变大，从而必要时需要对工艺变量的精调。所述第二截锥体形区段的张角的影响对于所述连接构造的质量来说是很小的，因而仅具有制造技术方面的意义。所述张角越大，在冷变形时所需的成型力就越强。同时使成型冲具从完成冷变形的复合构件中脱离出来简单一些。此外优选地，所述阶梯肩部构造为在外翻部的基底上方1.35mm至3mm。其优选地与第一构件的预制孔结构相匹配地选择，即，所述孔结构在第一构件通过接合制造方法进行冷变形之前所具有的那个尺寸。在此对于所述匹配尤其应考虑的是，第一截锥体形区段的最小横截面直径与预制孔结构的孔圆直径的比例。原则上适用的是，如果所述第一截锥体形区段的横截面直径更大并且所述预制孔结构的孔直径更小，那么所述比例就底切部的构造来说改善所述咬合。然而，所需的成型力以及开裂风险的几率也同时增大。因此在这里要注意的是，在所确定的阶梯肩部的最佳匹配的情况下，刚好就在可能发生开裂之前，及时地且显著地伸入通过成型工具的第一截锥体形区段发生预变形的材料。同样的效果也在对所述成型冲具的边棱设置半径部的情况下显现，可看出的是，所述半径部是位于所述凹部基底中的倒圆角，即所述半径部选择为更小些的。因此将半径有利地设置为从0.1mm至1.0mm、优选地从0.1mm至0.5mm、例如0.3mm。此外已证实，在设有预制孔结构的情况下，如果面向于第二构件的孔圆边缘具有半径部，那么额外地使发生开裂的可能性降低。由此可避免的是，在通过接合制造方法实现冷变形期间，经变形的材料在上述孔圆边缘处被剪断。此外，针对底切部的构造能通过下述方式实现改善的咬合，即，在设有预制孔结构的情况下，背离第二构件的孔圆边缘具有倒棱并且所述倒棱选择为更大些的。通过下述方式同样能改善所述咬合，将位于复合构件中的外翻部的基底中的底部厚度构造为更小些。这例如能够通过所述成型冲具的成型行程的相应进给来实现，其中在此要考虑到增大的成型力。

在所述复合构件的另一优选的实施方式中，第一构件中的空隙具有面向于第二构件的进入横截面和背离第二构件的退出横截面，其中，所述外翻部平整地以所述退出横截面截止或者最多以0.5mm、优选以0.3mm突出于所述退出横截面。所述外翻部的平坦的区域或突出于所述退出横截面的区域是由为了使材料变形至空隙而使用的模具的压印得出的。通过成型模具的凹部来仿型的突出的区域构造为尽可能柱状的，并且通过阶梯肩部过渡到所述外翻部的以所述退出横截面平整地截止的区域。在这种情况下优选地，所述外翻部的突出的区域在所述阶梯肩部起始处具有从4.8mm至5.1mm的横截面直径。借此使成型模具从已构造的复合构件中脱离出来简单一些，对此，所述阶梯肩部可以是倒圆角的并且突出的区域的柱状外表面可逐渐变为圆锥状。原则上，所述模具中的凹部并且因此还有突出的区域的仿型部，在上述数量级的情况下增强复合构件中的咬合，对此，实施为平坦的模具明显地降低形成开裂的风险。

本发明也涉及一种控制器，其包括根据至少一个前述实施方式所述的复合构件。在此，第一构件是控制器的金属壳体、尤其是板材壳体、作为金属深拉件的壳体或作为金属压铸件的壳体。相比之下，第二构件是与金属壳体连接的保持元件，以将控制器紧固在位置不变的保持位置、尤其在机动车中、例如在机动车的发动机舱中。原则上，两个构件至少在接合区域中构造为板件和/或板状部件，其中，为了理解板状部件，应参考前文描述的实施方案。

此外，本发明也涉及形成根据至少一个前述实施方式所述的复合构件的方法，所述方法借助于接合制造方法连接至少第一构件和第二构件且具有下述方法步骤：

·使所述第一构件和第二构件在接合区域重叠，其中，所述第一构件具有空隙，所述空隙尤其具有孔结构，并且与所述第二构件的基础材料相比，所述第一构件的基础材料具有较低的屈服极限，并且所述第二构件的材料强度至少在接合区域中高于在接合区域中的第一构件的材料强度；

·所述第一构件在空隙的区域中与成型工具的成型模具贴靠接触，并且布置在所述空隙的区域中的第二构件与所述成型工具的成型冲具有效连接；

·所述成型冲具朝向第二构件运动，由此，所述第二构件的硬材料挤入较软的第一构件的空隙并且形成从第二构件伸出的外翻部，所述外翻部伸入空隙，并且基于通过所述第二构件的较硬的基础材料和所述第一构件的较软的基础材料的流动实现的冷变形，在所述第一构件和第二构件之间形成具有底切部的接触区域，在对所述接合区域施加力加载的情况下，所述底切部起到防止所述第一构件和第二构件松脱的作用。

所述较软的材料在此涉及与第二构件的较高的屈服极限相比，第一构件的基础材料的较低的屈服极限，所述第二构件相比之下设置为较硬的材料。通过所述方法，前述控制器也可构造为复合构件。

在所述方法的优选实施方式中，第一构件和第二构件至少在接合区域中构造为板件或板状部件。此外，第一构件中的空隙具有孔结构，所述空隙在通过成型工具实现的冷变形之前包括孔圆直径为3.2至5.5mm的筒形内表面区段，并且在所述第一构件的面向于成型模具的板材外表面上构造有倒棱，所述倒棱与第一构件的板材基本厚度相关地相对于所述空隙的中轴线以25°至60°的角度并且相对于所述板材外表面以0.3mm至1.35mm的间距通向所述筒形内表面区段。尤其结合前述成型冲具和成型模具的几何尺寸数据以及第一构件和第二构件的几何尺寸数据和材料参数能够形成复合构件，其具有与利用迄今为止的方法、然而是在利用不同材料配对和关于成型方向的不同厚度配对的情况下所得到的连接强度相当的连接强度。所述方法有利地仅需很小的成型力。就此而言有利的是，所述复合构件借助于成型工具的在10至30KN之间的、尤其在12至20KN之间的成型力来构造。通过所述很小的成型力，所述成型工具可具有明显更小的几何尺寸。由此能够开发新的应用领域，尤其是那些由于在规定的接合区域中受限的空间比例而无法布置迄今使用的大的成型工具的应用领域。

附图说明

本发明的其它优点、特征和细节由下文对优选实施例的说明以及根据附图得出。其中：

图1以透视图示出控制器的紧固区域；

图2以侧向剖视图示出图1中的紧固区域；

图3以侧向部分剖视图示出形成复合构件的结构；

图4a示出在第一构件和第二构件的接合区域中的第一成型区域的切片图像，所述第一构件和第二构件通过按照本发明的方法结合成一个复合构件；

图4b以侧向剖视图示出图4a中的切片图像的示意性图示；

图5a示出在第一构件和第二构件的接合区域中的另一成型区域的切片图像，所述第一构件和第二构件通过按照本发明的方法结合成一个复合构件；

图5b以侧向剖视图示出图5a中的切片图像的示意性图示；

图6示意性地以剖视图示出成型区域以及排挤出的材料空间；

图7示出了在形成复合构件时真实记录的力-行程图表。

在附图中，对功能相同的结构元件相应地以相同的附图标记标示。

具体实施方式

在图1中以透视图示出了控制器200的紧固区域110。控制器200在此包括复合构件100，其包括作为第一构件10的金属壳体部和作为第二构件20的保持元件，以将控制器200紧固在位置不变的保持位置，例如机动车的发动机舱中。所述金属壳体部在优选示例中是壳体盖10，壳体盖例如制造为金属深拉件。基于深拉工艺的要求，壳体盖10由软金属制成，例如AlMg3。替代地，将壳体盖10制成板材壳体或金属压铸件。控制器200也包括壳体底部30，壳体底部与壳体盖10通过侧向密封31封闭并且包围出介质密封的空腔32。在空腔32内部布置有电子设备单元33，例如具有电子电路的电路载体。电路载体33例如以夹紧的方式容纳在壳体盖10与壳体底部30之间。在控制器200的侧向区域中，壳体盖10具有法兰11，法兰从壳体盖上侧10a朝向壳体底部30例如以90°的角度弯折。因此，在法兰11与壳体底部30之间存在间隙开口S。保持元件20借助于还将在下文中阐述的方法与壳体盖10的法兰11通过冷变形结合。在此，在保持元件20和壳体盖10的平坦的表面区域中存在接合区域15，其中，两个构件10、20通过所述表面区域相互平靠。在接合区域15中构造有至少一个塑性的成型区域16，借助于所述成型区域，保持元件20和壳体盖10在接合区域15中通过冷变形、凭借指向彼此的保持力来固定。塑性的成型区域16通过成型工具50引入，尤其通过成型冲具51和成型模具52引入。

在图2中以侧向剖视图示出紧固区域110，其中，已形成的成型区域16也是可见的。此外还可看到，接合区域15布置在间隙开口S的高度上。因此要求成型工具50必须放置在间隙开口S中。然而在非常狭小的空间比例的情况下，可以考虑仅将成型模具52布置在间隙开口S中，因为成型模具与成型冲具51相比沿成型方向仅以小的行程经过或者作为砧座沿成型方向完全位置不变地固定优选地，成型区域16借助于较小的成型力F构造。那么对于这种情况，所需要的成型模具52构造为尺寸较小的。在成型模具52朝向壳体盖上侧10a从侧向引入以便布置在间隙开口S中的情况下，沿成型方向的模具深度的尺寸最大仅能达到下述缝隙尺寸，所述缝隙尺寸限定出间隙开口S中法兰11与壳体底部30之间的最小间距x。如果还顾及到成型模具的开模行程，所述模具深度进一步相应地减小。为了获得运行可靠的紧固区域，所述保持元件选择为硬材料，例如AlMgSi0.5。以这种方式，可设想的是，在不造成变形和/或损坏的情况下，保持元件20可吸收在将控制器安装到位置不变的保持位置并且在运行中施加至保持元件20的力。保持元件20例如形成为挤压加工件、板件或金属压铸件，并且至少在接合区域15中如壳体盖10那样也形成为板状的。

成型工具50连同壳体盖10和保持元件20的结构在图3中示意性地再次示出。为了更好地示出在那里描绘的几何尺寸数据，把成型冲具51和成型模具52相对于壳体盖10和保持元件20间隔开地示出。此外，与图2中的图示相比，壳体盖10和保持元件20还处于通过成型工具50实现的冷变形之前的状态。此外，此刻在接合区域15中，由于上述材料选择，保持元件20与壳体盖10相比具有较高的屈服极限。除此以外，保持元件20在接合区域中具有例如2.5mm的底板厚度上s2并且与壳体盖10相比构造得更厚，所述壳体盖在接合区域中具有例如1.4mm的底板厚度。所示出的还有空隙12，其形成为孔结构并且具有孔圆直径d。面向于成型模具52的孔圆边缘设有倒棱，所述倒棱在剖面中围成倒角γ并且以深度尺寸t进入孔圆内表面。在面向于保持元件20的侧面，所述孔圆边缘以半径r倒圆。

成型模具52以平坦的冲具对应面示出，但是对于不同的应用也可具有以虚线示出的凹部52a。凹部52因此在上表面具有孔圆直径n和凹陷尺寸m。于是，突出于外翻部21之上的区域相当于凹部52a的仿型部。

成型冲具51具有两个重叠布置的扩宽的截锥体形区段51a、51b，所述截锥体形区段通过阶梯肩部相互错置。第一截锥体形区段51a以张角β1张开并且第二截锥体形区段51b以张角β2张开。阶梯肩部51c与成型冲具51的支承面以间距尺寸L1间隔开。成型冲具51的支承面的外边缘以半径R1倒圆。有利的倒圆角为从0.1mm至1.0mm，尤其优选地从0.1mm至0.5mm，例如0.3mm。同样地，阶梯肩部51c通过半径R2和半径R3倒圆。第一和第二截锥体形区段的最小横截面直径分别以D1和D2表示。

接下来介绍由壳体盖10和保持元件20形成紧固区域110作为复合构件100的方法所述连接形成通过两个构件10、20借助于接合制造方法的结合来实现，所述接合制造方法包括下述方法步骤：

·首先，使壳体盖10和保持元件20在接合区域15重叠；

·接下来，将壳体盖10在空隙12的区域中与成型模具52贴靠接触，并且布置在所述空隙区域中的保持元件与成型冲具51有效连接；

·接下来，成型冲具51朝向保持元件20运动，由此，保持元件20的硬材料挤入壳体盖10的空隙12并且形成从保持元件20伸出的外翻部21，所述外翻部伸入空隙12，并且基于通过保持元件20的较硬的基础材料和壳体盖10的较软的基础材料的流动实现的冷变形，在两个构件10、20之间形成具有底切部17的接触区域，在对接合区域15施加力加载的情况下，所述底切部起到防止保持元件20和壳体盖10松脱的作用。在这种情况下，外翻部21以壳体盖10面向于成型模具的表面平整地截止或者以凸肩尺寸突出于所述成型模具。这取决于所述模具是平整的或者具有凹部52a。

原则上，第二构件20为了所述成型借助于压紧元件固定，由此，第二构件20在成型冲具51深入成型区域16期间并且在成型冲具51从成型区域16移出期间保持在其位置。所述压紧元件出于概览原因未在图3中示出，否则布置在第二构件20与成型冲具51之间。

结果是，图4a和图5a示出在壳体盖10和保持元件20的接合区域15中形成的成型区域16的真实的切片图像，所述壳体盖和保持元件通过按照本发明的方法结合成复合构件100。图4b和图5b再次示意性地示出相应的成型区域16。基于所进行的冷变形，壳体盖10的初始孔结构屈服于底切部17的构造。原则上，现在所形成的有变化的空隙12’相对于初始的空隙12扩大了。空隙12’和外翻部21在理想情况下朝向同一中轴线A对准，然而也可具有小的可容忍偏差。底切部17在其典型的形状成型方面这样构造，即，空隙12’和外翻部21的各横截面直径垂直于中轴线A地跨过存在于它们之间的接触区域的至少一个区段沿背离保持元件20的方向渐增地变大。在图4a中，针对在下文中提及的变型1，于左边示出的一侧构造有358μm的底切部尺寸f1，并且于右边示出的一侧构造有303μm的底切部尺寸f2。在图5a中，针对下文提及的变型2，可看出底切部17具有下述参数，即，空隙12’在接触区域中的最小孔圆直径d1为5.01mm和空隙12’的最大孔圆直径d2为5.25mm。保持元件20在塑性的成型区域16中具有凹部18，所述凹部具有圆形的内横截面，作为为了使材料变形至空隙12、12’而使用的成型冲具51的压印。在这种情况下，所述凹部伸展到空隙12’并且由此形成外翻部21的基底18a。

在图4a、图4b和图5a、图5b中示出的变形区域16基于孔结构、成型冲具51和成型模具52的上述几何尺寸数据的不同情况而不同，其中，壳体盖10和保持元件20的底板厚度s1、s2对于所述两个变型是相同的，分别为1.4mm和2.5mm。所涉及的按照图4a、图4b的变型1和按照图5a、图5b的变型2的几何尺寸数据接下来以表格方式示出。

变型1：

变型2：

通过对上述几何尺寸数据的大量不同情况进行分析可得到公式，通过所述公式能够估算在连接形成的情况下、尤其在面向于第二构件的孔圆边缘的区域中的开裂风险。基本上在这种情况下，当满足所述公式时，可推断出降低的开裂风险。

Rp0.2_[20][Mpa]：第二构件20的基础材料的屈服极限d[mm]：在冷变形之前位于第一构件中的孔结构的孔圆直径；

s2[mm]：第二构件20的底板厚度；

D1[mm]：在成型冲具51处的截锥体形第一区段的最小横截面直径；

D2[mm]：在成型冲具51处的截锥体形第二区段的最小横截面直径；

r[mm]：在冷变形之前，空隙12的面向于第二构件20的孔圆边缘处的倒圆半径；

R1[mm]：所述冲具顶部的前缘的倒圆半径；

L1[mm]：在成型冲具51处的截锥体形第一区段至在成型冲具51处的截锥体形第二区段的过渡部中的阶梯肩部。

除了复合构件包括壳体盖10和保持元件20的示例性实施方式，在其它应用情况中，其它应用元件可形成第一构件和第二构件10、20。

原则上，在首次确定两个要连接的构件10、20的底板厚度s1、s2时应注意，向第二构件20在成型区域16中提供足够大的材料空间，所述第二构件借助于成型工具50变形进入第一构件10的空隙12。图6以剖视图示意性地示出成型区域16。在冷变形之前初始未变形的材料空间Vo必须足够大，以便能够在冷变形之后提供用于形成具有底切部17的外翻部21所需的材料空间Vu。由多个成型试验表明，这样的要求在至少提出下述条件的情况下满足，即，上方被排挤出的空间Vo与下方现存的自由空间Vu的比例Vu/Vo为0.35至0.8、尤其为0.5至0.75。

在图7中示出在形成按照变型2的复合构件100时真实记录的力-行程图表60。水平轴70.1在此标明变形行程W并且竖直轴70.2标明在冷变形过程期间的成型力F。示出的是经测量的力-行程曲线61，其与过程阶段相关地以或强或弱的幅度爬升。开始时，力提升是相当急剧的，直至成型冲具51以如下程度伸入保持元件20，即，(在曲线点80.1)超越所述屈服极限。此后，成型冲具51几乎以恒力的方式继续伸入，直至成型冲具51上的阶梯肩部51c也与保持元件20已变形的材料贴靠接触(在曲线点80.2)。然后重复开始时的力提升，直至在阶梯肩部51c的作用下，保持元件20的材料被塑化(在曲线点80.3)。在进一步的成型过程中，锥状延伸的冲具顶部与壳体盖10的空隙12’的孔圆内表面越来越近。

接着，保持元件20的材料强度在进一步形成的外翻部21的区域中由于剧烈的材料流动而降低，并且成型冲具51进一步伸入所需的力也因此减小。在与成型模具52的对应面贴靠接触的情况下，所述力才再次升高(在曲线点80.4)。然后随着进一步成型，在最终形成底切部17的情况下，保持元件20的进一步变形的材料流入位于壳体盖10的空隙12’下侧倒棱处仍存在的剩余空间。于是，这尤其是下述情况，即，成型冲具51在其成型运动中进给到如下程度，即，基底18a比进入空隙12’的孔圆内表面的倒棱的深度尺寸t还要向下地构造，例如对于变型1和变型2来说在所述深度尺寸下方至少0.3mm。还示出的测量曲线62、62是在工艺方面确定的所允许的最高和最低的包络线，经测量的力-行程曲线61应位于所述最高和最低的包络线之间，从而推断出无缺陷的工艺流程。此外还可记录或确定其它测量和/或检验曲线64。

在本实施例中，复合构件100借助于小于20KN的成型力F来构造。最后，由于所需要的成型模具52具有如此小的几何尺寸，即，虽然要形成的复合构件100的接合区域15中的空间比例非常狭小，但所述成型模具仍能布置在现有的间隙开口S中，因此，仅基于按照本发明获得的在10至30KN之间的、尤其在12至20KN之间的小的成型力F，如在图1和图2中所示地，构造成具有紧固区域110的控制器200。

Claims (15)

1.一种复合构件(100)，其根据按照权利要求13或14所述的方法制成，所述复合构件包括至少一个第一构件和第二构件(10，20)，它们在接合区域(15)中相互连接，其中，所述接合区域(15)具有塑性的成型区域(16)，所述第一构件和第二构件(10，20)借助于所述成型区域通过冷变形凭借指向于彼此的保持力保持在所述接合区域(15)中，其中，在所述塑性的成型区域(16)中所述第一构件(10)具有空隙(12’)，并且所述空隙至少部分地由所述第二构件(20)的变形材料填充，其中，由所述变形材料形成从第二构件(20)伸出的外翻部(21)，所述外翻部伸入到所述空隙(12’)中并且在所述第一构件和第二构件(10，20)之间形成具有底切部(17)的接触区域，并且所述底切部在对所述接合区域(15)施加力加载的情况下起到防止所述构件(10，20)松脱的作用，

其特征在于，

与由变形材料至少部分填充空隙(12’)的第二构件(20)的基础材料相比，具有所述空隙(12’)的第一构件(10)的基础材料具有更低的屈服极限，并且所述第一构件和第二构件(10，20)至少在所述接合区域(15)中构造为板件或板状部件，并且所述第二构件(20)的底板厚度(s2)大于所述第一构件(10)的底板厚度(s1)。

2.根据权利要求1所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述第二构件(20)的基础材料的屈服极限为160MPa至250MPa，并且所述第一构件(10)的基础材料的屈服极限为120MPa至最高比所述第二构件(20)的屈服极限低20MPa。

3.根据权利要求1或2所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述第一构件(10)的底板厚度(s1)为1.8mm至3.2mm、优选为2.5mm，并且所述第二构件的底板厚度(s2)为1.0mm至1.8mm、优选为1.4mm。

4.根据前述权利要求中任一项所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述第一构件(10)和第二构件(20)的基础材料具有其各自的屈服极限相对于其各自的抗拉强度小于等于0.9的比例，并且具有分别大于等于8％的断裂伸长，其中优选地，所述第一构件(10)的基础材料由AlMg3构成并且第二构件(20)的基础材料由AlMgSi0.5构成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述空隙(12’)和外翻部(21)朝向同一中轴线(A)对准，并且所述空隙(12’)具有圆孔几何结构，其中，为了形成所述底切部(17)，所述空隙(12’)和外翻部(21)各自的横截面直径垂直于所述中轴线(A)地跨过所述接触区域的至少一个区段沿背离所述第二构件(20)的方向渐增地变大。

6.根据前述权利要求中任一项所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述第二构件(20)在塑性的成型区域(16)中具有凹部(18)，所述凹部具有圆形的内横截面作为为了使材料变形到空隙(12’)中而使用的成型冲具(51)的压印，并且其中，所述凹部(18)伸到空隙(12’)中并且形成外翻部(21)的基底(18a)，并且其中，从所述基底(18a)开始，从所述凹部(18)的扩宽的第一截锥体形区段(51a)直至所述空隙(12’)上方，通过阶梯肩部(51c)构造有所述凹部(18)的扩宽的第二锥形区段(51b)。

7.根据权利要求6所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述第一截锥体形区段(51a)具有从2.2mm至3.6mm的最小横截面直径(D1)，并且所述第二截锥体形区段(51b)具有从3.2mm至4.5mm的最小横截面直径(D2)，其中D2总是大于D1。

8.根据权利要求6或7所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述第一截锥体形区段(51a)具有从1°至20°的、优选从4°至11°的张角(β1)，并且所述第二截锥体形区段(51b)具有从1°至20°的、优选从7°至11°的张角(β2)。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述阶梯肩部(51c)位于所述外翻部(21)的基底(18a)上方1.36mm至3mm。

10.根据前述权利要求中任一项所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述第一构件(10)中的空隙(12’)具有面向于第二构件(20)的进入横截面和背离第二构件(20)的退出横截面，其中，所述外翻部(21)以所述退出横截面平整地截止或者最多以0.5mm、优选以0.3mm突出所述退出横截面。

11.根据前述权利要求中任一项所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述外翻部(21)突出于所述退出横截面的区域构造为为了使所述材料变形至空隙(12’)中而使用的模具(52)的压印，其尽可能构造为柱状的，并且通过阶梯肩部过渡到所述外翻部(12)的以所述退出横截面平整地截止的区域，其中，所述外翻部(21)的突出的区域在所述阶梯肩部起始处具有从4.8mm至5.1mm的横截面直径。

12.一种控制器(200)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的复合构件(100)，

其特征在于，

所述第一构件(10)是控制器(200)的金属壳体、尤其是板材壳体、作为深拉件的壳体或作为压铸件的壳体，并且所述第二构件(20)是与所述金属壳体连接的保持元件(20)，用于将所述控制器(200)紧固在位置不变的保持位置、尤其是紧固在机动车内部。

13.一种用于形成尤其根据权利要求1至11中任一项所述的复合构件(100)的方法，所述方法通过使至少一个第一构件和一个第二构件(10，20)借助于接合制造方法连接并且具有下述方法步骤：

·使所述第一构件和第二构件(10)在接合区域(15)中重叠，其中，所述第一构件(10)具有空隙(12)，所述空隙尤其具有孔结构，并且与所述第二构件(20)的基础材料相比，所述第一构件(10)的基础材料具有更低的屈服极限，并且所述第二构件(20)的材料强度至少在接合区域(15)中高于在接合区域(15)中的第一构件(10)的材料强度；

·所述第一构件(10)在空隙(12)的区域中与成型工具(50)的成型模具(52)贴靠接触，并且布置在所述空隙(12)的区域中的第二构件(20)与所述成型工具(50)的成型冲具(51)有效连接；

·所述成型冲具(51)朝向所述第二构件(20)运动，由此，所述第二构件(20)的更硬的材料挤入到更软的第一构件(10)的空隙(12)中并且形成从所述第二构件(20)伸出的外翻部(21)，所述外翻部伸入到空隙(12，12’)中，并且基于通过所述第二构件(20)的更硬的基础材料和所述第一构件(10)的更软的基础材料的流动实现的冷变形，在所述第一构件和第二构件(10，20)之间形成具有底切部(17)的接触区域，在对所述接合区域(15)施加力加载的情况下，所述底切部起到防止所述第一构件和第二构件(10，20)松脱的作用。

14.根据权利要求13所述的方法，

其特征在于，

所述第一构件和第二构件(10，20)至少在所述接合区域(15)中构造为板件或板状部件，并且所述空隙(12)具有孔结构，所述空隙在通过成型工具(50)实现的冷变形之前包括孔圆直径(d)为3.2mm至5.5mm的筒形内表面区段，并且在所述第一构件(10)的面向于成型模具(52)的板材外表面上构造有倒棱，所述倒棱相对于所述空隙的中轴线以25°至60°的角度(γ)并且相对于所述板材外表面以0.3mm至1.35mm的间距(t)通向所述筒形内表面区段。

15.根据权利要求13或14所述的方法，

其特征在于，

所述复合构件(100)借助于所述成型工具(50)的成型力(F)来构造，所述成型力为10KN至30KN、尤其为12KN至20KN。

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