CN112296195A - 具有模具组件的钣金接合设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种金属接合设备。单件式模具护罩包括一体式模具屏蔽区段和一体式保持器区段，其中，模具砧座可以被移除。使用了一种模具护罩的面向工件的表面，其在具有可单独插入的砧座和/或模具主体的模具屏蔽区段和保持器区段处具有大体上一致的高度。一种装配模具组件的方法包括：将模具叶片子组件插入模具护罩的孔的一个端部中，和将具有砧座的模具的至少一部分插入模具护罩中相同的孔的相对端部中。又公开了一种装配模具组件的设备和方法，其中，模具的横向扩大的凸缘被以可移除的方式限制在模具护罩的后侧与致动器框架之间，该模具护罩可拆卸地固定到该致动器框架，互搭工件的砧座在模具护罩中从模具突出。

Description

具有模具组件的钣金接合设备

技术领域

本公开大体上涉及一种接合设备，更具体地涉及一种金属加工模具组件。

背景技术

众所周知，采用冲头和模具组件在位于它们之间的钣金工件中产生互搭接头。此外，多个传统的模具组件被安装到单独的模具保持器或保持架上，以将模具组件固定到致动器工具的框架上。这种模具组件和分离式保持架的示例被公开在下文由Sawdon发明的美国专利中(这些专利与本申请共同拥有)：7,694,399，其为2010年4月13日颁布的名为“Sheet Fastenering Apparatus and Method(片材固定设备和方法)”的专利；6,430,795，其为2002年8月13日颁布的名为“Composite Urethane Stripper for Metal JoiningApparatus(用于金属连接设备的复合聚氨酯剥离剂)”的专利；和5,860,315，其为1999年1月19日颁布的名为“Device for Securing Tools(用于固定工具的设备)”的专利。尽管这些设备在行业中是重大进步，但除了独特的保持架之外，模具组件的单独的外部屏蔽有时会导致无关的多余部件，并且还可能使组合件增加不希望有的额外高度，当遇到某些工件形状时，这可能导致难以实现紧固。

1996年1月2日授予Sawdon的名为“Apparatus for Joining Sheets of Material(用于连接材料片材的设备)”的共同拥有的专利号为5,479,687的美国专利的图12至图14示出了与外部套筒成为一体的模具保持器。然而，由于使用过程中的磨损，无法拆下砧座进行更换。

发明内容

根据本发明，提供了一种金属接合设备。另一方面，单件式模具护罩包括一体式模具屏蔽区段和一体式保持器区段，其中，模具砧座可以被移除。另一方面使用了一种模具护罩的面向工件的表面，其在具有可单独插入的砧座和/或模具主体的模具屏蔽区段和保持器区段处具有大体上一致的高度。一种装配模具组件的方法包括：将模具叶片子组件插入模具护罩的孔的一个端部中，和将具有砧座的模具的至少一部分插入模具护罩中相同的孔的相对端部中。又一方面公开了一种装配模具组件的设备和方法，其中，模具的横向扩大的凸缘被以可移除的方式限制在模具护罩的后侧与致动器框架之间，该模具护罩以可移除的方式固定到该致动器框架，互搭工件的砧座在模具护罩中从该模具突出。

本设备和方法优于传统设备。例如，一体式的屏蔽区段和保持器区段减少了单独的零件，同时提供了较低的高度轮廓，以更容易接近工件。另外，本设计使得模具叶片和砧座的装配和拆卸更加容易。另外，使用本设备有利地实现了更少的零件和多功能性。结合附图，从下文的描述和随附权利要求中可以确定本设备和方法的其他优点和特征。

附图说明

图1是示出作用在工件上的本接合设备的透视图；

图2是示出作用在工件上的本接合设备的侧视图；

图3是示出本接合设备的第一实施例的局部透视图；

图4是沿着图2的线4-4截取的剖视图，示出了作用在工件上的第一实施例的接合设备；

图5是与图4的剖视图相似的放大剖视图，示出了作用在工件上的第一实施例的接合设备；

图6是示出第一实施例的接合设备的透视图；

图7是示出第一实施例的接合设备的俯视图；

图8是示出第一实施例的接合设备的侧视图；

图9是沿着图7的9-9截取的剖视图，示出了第一实施例的接合设备；

图10至图16是示出第一实施例的接合设备的装配步骤的一系列透视图；

图17是示出本接合设备的第二实施例的透视图；

图18是示出本接合设备的第三实施例的透视图；

图19是示出本接合设备的第四实施例的透视图；

图20和图21是以不同的模具装配方向示出本接合设备的第五实施例的透视图；和

图22是示出第五实施例的接合设备的侧视图。

具体实施方式

图1至图5示出接合设备31，并且其包括具有致动器35的金属C形框架33。致动器35由气动或液压驱动。可选择地，它可以由电磁驱动，例如由驱动相关联的输出变速器轴的电动机驱动。通过致动器35的驱动，纵向伸长的冲头37和横向围绕的脱模器39线性地前进和缩回。操作者可抓握的手柄41联接到框架33的中间区段，并且附装到框架33上部的孔眼43悬挂在竖直取向的电缆上，该电缆的对端附装到制造工厂的天花板或相关联的架空固定装置。因此，操作者可以在金属板或挤出工件45上待接合的各个区域之间手动地移动框架33。可选择地，铰接式机械手可以联接到框架33的中间区段，用以使其自动移动。

接合设备31还包括模具护罩51，也称为模具组件53，其经由螺纹紧固件57联接到框架33的安装表面55。安装表面55位于加工到框架33的下臂61中的凹部或容器(pocket)59的底部处。可选择地，安装表面可以简单地是静止的固定装置或框架的平面。此外，紧固件57优选地是带帽螺钉，该带帽螺钉在其扩大的头部中具有内置的六边形的工具插座。

现在将参考图5至图9。模具护罩51包括屏蔽区段71和保持器区段73，它们都位于相同且一体式的单件模具护罩部分中，该模具护罩部分优选地由钢加工而成。屏蔽区段71包括内部延伸的通孔75(见图11)，该通孔75在面对工件的表面77和后侧表面79之间纵向延伸。多个间隔开的孔81沿着大体上与通孔75的纵向中心线方向垂直的方向径向延伸穿过屏蔽区段71的弯曲壁。孔81在功能上允许工件和制造工厂的碎屑从屏蔽区段71中掉出。相比于其到面向工件的表面77的距离，孔81在纵向上更靠近后侧表面79。值得注意的是，后侧表面79包括台阶91，使得在屏蔽区段71处的相对表面77和79之间的纵向尺寸93小于在保持器区段73处类似测量的尺寸95。

另一通孔97位于保持器区段73中，并且沿着与模具孔75的方向大体上平行的方向可开放式进入。保持器孔97包括内台阶式肩部99，其接纳带帽螺钉紧固件57的头部的后侧。紧固件57的轴的螺纹端可旋转地接纳在C形框架的安装表面55中的内螺纹孔内。

当在顶部真实视图中观察时，屏蔽区段71和保持器区段73的相对的端壁分别稍微呈半圆形且弯曲，并且介于这些区段之间的侧壁101具有锥形的真实视图外观(见图7)，使得它们在与穿过屏蔽区段71的中心线的平面相交处最宽，而在与穿过紧固件57的中心线的平面相交处最靠近。此外，面向工件的表面77在屏蔽区段和保持器区段包括它们之间的连接区域上都具有大体上一致且恒定的高度。这在尺寸95上为后侧表面79提供了等于或小于10mm的低轮廓高度，并且更优选地具有9mm或更小的高度。这种低轮廓构型有利地允许模具进入工件的复杂的后侧表面，否则，这利用各种现有设计都无法实现。

现在将更详细地描述模具部件。现在应当参考图5至图16，其中，模具组件53包括三个模具叶片121、弹性且柔性的偏置环123和模具125。各模具叶片121具有大体上呈U形的横截面，具有向外延伸的上足131和下足135，上足131和下足135分别通过具有弧形且光滑的内表面139的大体上直的中间结构137接合。环123环形地围绕模具叶片121的中间结构137，并且当模具叶片被挤压在一起时，内表面139形成大体上连续的圆柱形。环123优选地具有大体上倒U形的横截面形状，在其下表面中具有开口凹槽，以当在工件45之间形成互搭接头141时允许其分叉的环形壁挤压在一起。

模具125包括从模具主体163中心突出的纵向细长的砧座161。此外，模具主体163包括与砧座161相邻的圆形且横向细长的肩部165和横向扩大且圆形的凸缘167。砧座161、肩部165和凸缘167彼此同轴地对齐，并且是由钢制成的单个一体件。定位销169从模具主体163的中心线纵向且一体突出，其与砧座161同轴地对齐，但相反地突出。砧座161具有大体上平坦的与工件接触的上表面171和其中具有环形凹槽175的圆形环绕侧表面173。肩部165和凸缘167的外周表面的横截面都是光滑且平坦的，尽管在凸缘167的下拐角处可以可选地具有倒角177。在表面相交处也可以具有半径。

冲头37的金属加工前端63与砧座161的中心线对齐。互搭接头141以互锁的方式将钣金工件45互锁在一起，并且在最靠近砧座处具有大体上圆形扩大的按钮，在冲头侧具有圆柱形凹入的杯状。互搭接头优选地是防漏的，并且不采用诸如铆钉的分离式紧固件。屏蔽区段71的内表面143具有在中心处凹入的环形凹槽145以接纳环123的臂部，还具有下部环形凹槽147以允许模具叶片121的足135移动。

在互搭接头141变形期间，工件45在冲头47和砧座161之间的横向且向外扩大导致模具叶片121从砧座161的横向侧表面173向外移动开，同时使环123压靠屏蔽区段71(如图5所示)。在形成互搭接头之后，冲头缩回，接合的工件从模具53移除，并且环123将再次将模具叶片121迫压回一起，抵靠砧座161(如图9所示)。

参考图10至图16可以最好地观察到接合设备的装配。首先，通过机械加工来制造模具叶片、模具和模具护罩，然后根据待互搭的特定工件材料的需要对其进行热处理或涂覆。弹性环123也由聚合材料注塑成型。然后，如图10所示，当环123位于模具叶片121上时，模具叶片121被保持在一起，以构成具有环的模具叶片子组件，该环环绕模具叶片并将其挤压在一起。

随后，将模具叶片子组件沿着大体上垂直于其最终安装位置的偏置方向插入面向通孔75的端部的工件中，如图11和图12所示。图13示出了下一步，其中，模具叶片子组件在模具护罩的屏蔽区段71中的同时旋转到其最终安装位置。然后，将模具125沿着直线插入孔75的后侧，如图14所示。将砧座161从内部插入模具叶片121的中央间隙内，直到肩部165与模具屏蔽区段71的内部底部边缘对齐并紧紧地适配在该边缘内部，并且外向台阶状凸缘167抵靠并接触台阶状的后侧表面79，如图9和图15所示。在这种构型中，肩部165紧紧地适配到屏蔽区段71中，但是插入只需要小于10牛顿，更优选地是9牛顿或更少牛顿的力。稍后需要相同的力将模具165从屏蔽区段71移除，这在拆卸过程中可以通过人员将铅笔或螺丝刀推到砧座161的端部171上轻松完成。

参考图16，然后将紧固件57插入其在保持器区段73中的孔(bore)97中，以与C形框架的安装表面接合。当紧固件57将模具护罩51紧固地固定到框架时，模具125的凸缘167被牢固地限制在模具护罩的台阶状后侧表面79与框架的安装表面55之间。这避免需要将模具更永久的卡扣配合互锁或外部紧固到屏蔽区段，从而简化了模具的制造和拆卸。有时，砧座在重复使用过程中会磨损而需要更换，从而利用了本结构的优点。

图17示出了本接合设备的替代实施例。除了使用螺旋盘绕的压缩弹簧323代替弹性环之外，该设备与先前公开的设备相同。该柔性弹簧323在模具护罩51的屏蔽区段71中环形围绕模具叶片中间的中间结构。弹簧323可以用于以上或以下公开的任何实施例。

图18示出了接合设备的另一实施例，除了模具叶片和砧面的形状不同之外，该实施例的接合设备与先前讨论的接合设备相同。该变型的砧面是凹形。本示例性模具叶片321在其内上角处包括倒角322。在互搭接头形成期间，这些倒角322在与模具叶片321的上边缘和模具的砧座161相接触的工件的相邻按钮上产生三个夹角(pinched corner)。这些倒角在材料滚动以形成互搭按钮时减轻压力，特别是对于铝板工件。

图19示出了本接合设备的又一实施例，该接合设备与先前的构型的接合设备基本相同。然而，仅使用两个能够移动的模具叶片421，它们构成大体上椭圆形的内部形状422，其具有相应的大体上椭圆形且横向伸长的砧座461。半径或圆角423位于每个模具叶片421的每个上边缘处。冲头也可以设置有椭圆形的前端(leading end)。因此，将在工件中产生互搭接头，其具有用于互锁接头的杯形和横向伸长且大体上椭圆形的按钮。

此外，圆形结构462从模具的凸缘467的后侧同轴地突出。并且，单独的辊销469从结构462的后侧纵向突出，但是处于更靠近其外围而不在模具的中心线上的偏置位置。稍后将讨论该偏置销的作用。

现在参考图20至图22。本接合设备的该实施例基本上与先前的所有接合设备相同。尽管如此，模具组件的不同之处在于，在工件之间形成切开式或部分穿孔的接头，因此在部分穿孔之后，穿孔的边缘向外或横向扩大，以与穿孔的工件开口重叠。但是不需要单独安装的紧固件，例如铆钉。在横向伸长的砧座561的两侧使用两个模具叶片521，该砧座561具有与模具叶片521相邻的平坦的侧面以及在模具叶片521之间延伸的弯曲的端部。使用柔性的弹性环521或螺旋弹簧使模具叶片朝向砧座偏置，并允许其在接头形成期间向外扩大。冲头的形状与砧座相似。

具有圆形外围的结构562从模具凸缘567的背面纵向延伸出，单独的辊销569以横向偏置的方式从其后侧突出。销569的中心线与模具孔平行。销569适配在C形框架的匹配孔中。因此，根据同一工件中或不同工件所需的切开式接头取向，模具组件可以在同一模具护罩51中旋转到不同的位置。通过将图20与图21进行比较，可以看到不同的垂直砧座和模具叶片的取向。结合图19的椭圆形接头实施例，可以使用相同的旋转取向差。

尽管已经公开了多个实施例，但是应当理解，其他变型也是可能的。例如，尽管可能无法实现某些益处，但是可以使用不同数量的模具叶片。此外，尽管可能无法获得本部件的一些优点，但是环或弹簧偏置部件的构型可以不同。此外，本文公开的每个部件可以具有不同的形状或材料，但是可能无法获得某些益处。还应当理解，术语“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”和其他这样的短语仅仅是相对术语，如果零件倒置或取向不同，它们可能会改变。对于某些操作，可以按照任何顺序或甚至同时执行该方法步骤。任何实施例的特征可以与任何其他实施例的任何特征互换，并且在任何组合中权利要求可以被复合地从属。

Claims (15)

1.一种接合设备，包括：

金属加工模具，其包括沿着纵向延伸的中央砧座和沿着横向扩大的模具主体。

多个模具叶片，其定位成与所述砧座的侧表面相邻，并且相对于所述砧座能够以可操作的方式移动；

模具护罩，其包括一体式地成为单个零件的屏蔽区段和保持器区段，所述屏蔽区段包括通孔，并且所述保持器区段包括通孔；

所述砧座以可移除的方式定位在所述屏蔽区段的所述通孔中，使得所述模具叶片位于所述砧座和所述屏蔽区段的内表面之间；

紧固件，其以可拆卸移除的方式定位在所述保持器区段的所述通孔中；和

所述模具护罩的面向金属工件的表面在所述屏蔽区段和保持器区段处具有大体上一致的高度。

2.一种接合设备，包括：

金属互搭模具，其包括沿着纵向延伸的中央砧座和沿着横向扩大的模具主体。

多个模具叶片，其定位成与所述砧座的侧表面相邻，并且相对于所述砧座能够以可操作的方式移动；

模具护罩，其包括一体式地成为单个零件的屏蔽区段和保持器区段，所述屏蔽区段包括通孔，并且所述保持器区段包括通孔，所述通孔能够沿着平行方向接近；

所述砧座以可移除的方式定位在所述屏蔽区段的所述通孔中，使得所述模具叶片位于所述砧座和所述屏蔽区段的内表面之间；

紧固件，其以可移除的方式定位在所述保持器区段的所述通孔中；和

所述模具护罩的后侧表面在所述屏蔽区段处具有比在所述保持器区段处沿着纵向更短的台阶，并且所述模具主体的凸缘定位成靠着所述台阶。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述模具主体还包括：

肩部和凸缘，所述肩部定位成最靠近所述砧座，所述凸缘定位成与所述砧座相对地与所述肩部相邻；

所述肩部在横向上比所述凸缘小；

所述模具叶片的端部在至少一个移动位置与所述肩部接触；

所述肩部的外周表面，其横截面是平坦的，并且定位在所述屏蔽区段的所述内表面中；和

所述凸缘具有大体上圆形的周边，所述周边在横向上比所述屏蔽区段的所述通孔大。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述模具主体还包括：

肩部和凸缘，所述肩部定位成最靠近所述砧座，所述凸缘定位成与所述砧座相对地与所述肩部相邻，所述凸缘完全定位成靠着所述屏蔽区段的后侧并位于其外部；

所述肩部在横向上比所述凸缘小；

所述模具叶片的端部在至少一个移动位置与所述肩部接触；

所述肩部的外周表面，其横截面是平坦的，并且定位在所述屏蔽区段的所述内表面中；和

所述凸缘具有大体上圆形的周边，所述周边在横向上比所述屏蔽区段的所述通孔大。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，还包括台阶状边缘，所述台阶状边缘在所述屏蔽区段的后侧表面，使得与所述保持器区段处的所述侧壁相比，所述屏蔽区段的侧壁具有较小的纵向尺寸，所述模具主体的所述凸缘定位成靠着所述台阶状边缘的尺寸较小的部分。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，当从面向工件的表面的真实视角观察时，所述模具护罩在所述屏蔽区段和所述保持器区段之间具有向内逐渐变窄的侧壁，所述侧壁之间的最窄的真实视角横向尺寸接近所述保持器区段。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，还包括：

围绕所述模具叶片的侧表面的偏置装置，所述偏置装置在所述屏蔽区段的所述通孔中位于所述模具叶片和所述屏蔽区段之间。

所述屏蔽区段的所述内表面包括第一环形凹部和间隔开的第二环形凹部，所述第一环形凹部用于接纳所述偏置装置的一部分，所述第二环形凹部与所述模具主体的所述肩部相邻；和

从所述模具叶片的与工件接触的端部到所述模具叶片的相对端部的纵向距离至少是所述模具主体的纵向厚度的两倍。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的设备，还包括：

框架，其包括安装表面，当所述紧固件将所述模具护罩固定到所述框架上时，所述保持器区段的后侧表面与所述安装表面接触；

当所述紧固件将所述模具护罩固定到所述框架上时，所述模具主体的横向扩大的凸缘被限制在所述屏蔽区段的后侧表面和所述框架的所述安装表面之间；和

当将所述紧固件从所述框架拆下时，包括所述砧座的所述模具能够从所述屏蔽区段的所述后侧表面移除。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中：

所述模具能够从所述模具护罩的后侧移除，而不需要将所述模具叶片从所述模具护罩移除；

所述模具叶片能够从所述模具护罩的所述面向工件的表面移除；

所述屏蔽区段和所述保持器区段的所述孔的纵向中心线大体上平行；并且

在所述后侧和所述面向工件的表面之间的整个模具护罩的高度是10mm或更小。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的设备，还包括：

与所述砧座对齐的能够纵向移动的冲头；

以可操作的方式移动所述冲头的由流体或电磁驱动的致动器；和

金属工件，其在所述冲头和所述砧座之间互搭在一起，以形成无穿孔的互搭接头。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，还包括偏置结构，所述偏置结构从所述模具主体的后侧突出，以与固定所述模具护罩的致动器框架的匹配结构接合，如果相同的模具和模具护罩需要不同的接头取向，则所述偏置结构和模具能够旋转，以使所述模具在所述屏蔽区段中能够重新取向。

12.一种装配模具组件的方法，所述方法包括：

(a)用柔性弹簧或弹性环使模具叶片彼此挤压，以产生模具叶片子组件；

(b)将所述模具叶片子组件插入模具护罩中的模具孔的面向工件的端部中；

(c)将至少一部分模具插入所述模具护罩中的所述模具孔的后侧端部中，使得所述模具的砧座位于所述模具叶片之间；

(d)使所述模具的扩大的凸缘定位成靠着所述模具护罩的后侧表面，但是位于其外部；和

(e)所述模具护罩包括安装孔，所述安装孔从所述模具孔横向偏置，但是在相同的模具护罩中。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

将紧固件插入所述安装孔中；

使所述紧固件与附装到冲头和有动力的致动器的C形框架接合，所述紧固件使所述模具护罩与所述冲头相对地固定在所述框架上；和

所述模具的所述凸缘被以可移除的方式限制在所述模具护罩的所述后侧表面和所述框架之间。

14.根据权利要求12或13所述的方法，还包括：

使所述模具的所述凸缘定位在所述模具护罩的所述后侧表面的台阶中；和

在装配后允许所述模具叶片在所述模具孔中横向移动。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，还包括：

使金属工件在所述模具和冲头之间变形，以在所述工件中产生不穿孔的互搭接头；和

从所述模具孔的所述面向工件的端部向所述砧座施加不超过9牛顿的力，将所述模具从所述模具护罩的屏蔽区段的所述后侧端部移除，所述屏蔽区段横向围绕所述模具叶片，并且所述模具护罩是单一工件。

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