CN112935108B - 用于接合具有可变总厚度的两个金属板材的方法 - Google Patents

用于接合具有可变总厚度的两个金属板材的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种借助于压紧装置接合彼此重叠放置的、具有可变总厚度的至少两个金属板材的方法，所述压紧装置具有至少一个冲头和与所述冲头同轴布置的冲模，并且至少所述冲头布置成可以通过电子控制装置控制并且可以在相对于冲模的轴向方向上运动，其中所述两个金属板材布置在所述冲头和所述冲模之间的平面中，并且接合金属板材所需的穿透深度是可调节的，其中在接合金属板材之前，借助于控制装置确定当前的总厚度，并根据所述总厚度设定穿透深度，所述方法具有如下步骤：‑在控制装置(20)中存储多个不同的总厚度或总厚度范围(Di)，‑将各个穿透深度(DTi)分配给总厚度或总厚度范围(Di)，‑校准压紧装置(10)。

Description

用于接合具有可变总厚度的两个金属板材的方法
技术领域
本发明涉及一种借助于压紧装置(Clinchvorrichtung)接合具有可变总厚度的、彼此重叠放置的至少两个金属板的方法，所述压紧装置具有至少一个冲头和与所述冲头同轴布置的冲模，并且至少冲头布置成可以通过电子控制装置并可以在相对于冲模的轴向方向上移动，其中所述两个金属板材布置在所述冲头和所述冲模之间的平面中，并且接合所述金属板材所需的穿透深度是可以调节的，其中在接合所述金属板材之前，借助于所述控制装置确定当前的总厚度，并取决于所述总厚度设定穿透深度。
背景技术
这种方法例如由EP 3 020 498 B1已知。从DE 20 2019 104 412 U1中已知类似的方法。
为了通过成形连接两个彼此重叠放置的金属板材，将它们彼此重叠地放置在冲头和冲模之间。第一金属板材和第二金属板材的板材厚度之和给出总厚度，该总厚度可取决于所使用的金属板材而变化。冲头向下移动并压在金属板材上，然后将材料压入冲模或压入由冲模和砧座形成的空腔中。为了扩大空腔以便能够接收移位的材料，通常设置多个冲模区段，这些冲模区段在成型过程中可以横向于主体的垂直轴线运动。砧座被压入主体中。
为了实现在保持力(Haltekraft)和/或外观方面最佳地形成的连接，必须为每个连接任务以专门调节的冲模深度分配给冲模，该冲模深度尤其由金属板材厚度，金属板材材料，金属板材表面和/或接合方向限定，其中冲模深度确定穿透深度。但是，在许多情况下，必须在一个组件上执行多个不同的接合任务。在操作使用中，主要是出于成本原因，希望用同一冲模实现尽可能多的接合任务，因为这减少了所需的接合设备的数量，尤其是减少了与其购买相关的投资成本。
当确定了冲模的深度时，不同的接合任务只能在通过接受相应地平均化这些任务的折衷的情况下通过同一冲模执行。冲模深度的折衷可以实现所需驱动单元数量的期望的减少，但缺点在于在外观(Optik)和/或保持力方面，几乎所有已实现的接合任务都不具有最佳的成型。如果深度太大，则缺少必要的保持力；如果深度太小，则连接点处的外观会受到损害。
由DE 10 2015 016 957 A1已知一种接合装置，该接合装置通过可移动地安装在主体中的砧座解决了上述问题，该砧座应构造成可以固定在不同的位置，由此使得冲模构造成具有不同的深度。在该文献中没有解释如何实现冲模深度的可变设置和砧座的固定。
使用可调节穿透深度的压紧装置，可以接合可变厚度的金属板材。因此，如果穿透深度适应于彼此重叠放置的金属板材的相应总厚度，则可以将不同厚度的金属板材通过同一装置接合。必须由机器操作员设定穿透深度。如果未正确设定穿透深度，则对于冲冲模有预定体积的装置也会产生相同的问题。如果相对于两个金属板材的总厚度将穿透深度设定得太大，则缺乏必要的保持力，如果将接合深度设定得太小，则连接点的外观会受到损害。在最坏的情况下，甚至不能排除损坏设备的可能性。
仅由于不能排除金属板材厚度的波动(Schwankungen)，由此产生类似的问题。尽管相同类型的金属板材以较长的时间段进行处理，但彼此重叠放置的金属板材的总厚度经受公差波动。如果两个金属板材的厚度公差加在一起，则增加穿透深度可能更有意义，从而获得牢固的接合连接。但是，为了检测这种公差波动，需要经验极为丰富且细心的机器操作员。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于改进上述方法，使得可以在具有可变总厚度的金属板材上形成良好的接合连接，并且确保工艺可靠性，而与无论机器操作者的经验无关。
该问题通过根据本发明的一个方面的方法解决。
通过这种构造，冲模的体积总是与被移位的材料的体积相匹配，从而发生牢固的连接并且排除了对装置的损坏，因为冲模的体积将绝对不会小于待被移位的体积。
穿透深度可以连续调节或以阶段调节。
优选地通过以下步骤确定总厚度并确定穿透深度：
1.在控制装置中存储多个不同的总厚度或总厚度范围，
2.将各个穿透深度分配给总厚度或总厚度范围，然后
3.校准压紧装置。
为了校准压紧装置，优选地将冲头从零位置沿轴向方向移动直至与冲模的接触，由冲头移动的距离(zurückgelegte Weg)限定冲模的零位置，该零位置被存储在控制装置中。
根据本发明的方法可以优选地通过以下步骤来实现：
1.将压紧装置相对于待接合的金属板材进行定位，使得冲模抵靠第二金属板材的底侧，
2.冲头沿轴向移动到冲头抵靠第一金属板材的顶侧的位置，
3.确定冲头移动的距离，
4.从冲头移动的距离和冲模的经校准的零位置确定总厚度，
5.将所确定的总厚度与存储的总厚度或总厚度范围进行比较，
6.选择分配给所确定的总厚度的穿透深度的值
7.根据进行的比较来设定穿透深度，
8.以设定的穿透深度接合两个金属板材。当然，必须考虑必要的剩余底部厚度。
为了调节穿透深度，优选地设置同心地布置在冲模中的砧座，该砧座，并且可以相对于冲模在轴向方向上移位。砧座由调节装置驱动，所述调节装置构造成或者是楔形或者是阶梯式的。如果调节装置是楔形的，则可以连续地调节穿透深度，如果调节装置是阶梯式的，则可以相应的阶梯调节穿透深度。
附图说明
下面将借助于附图更详细地描述本发明。在附图中：
图1：压紧装置在起始位置的局部纵向截面图；
图2：图1的局部放大的视图；
图3：显示图2的细节；
图4：根据图1的测量位置的视图；
图5：图4的局部放大的视图；
图6：显示图5的细节；
图7：在根据图1进行压接后的视图。
图8：图7的局部放大的视图；
图9：显示图8的细节；
图10：冲模的第一实施例的纵向截面图；
图11：图10的放大的视图；
图12：沿图10的XII-XII线的截面；
图13：显示冲模和在布置其上的冲头的横截面；
图14：其中a)为在第一接合任务的接合过程之前的根据图13的视图；b)为在接合过程之后的根据图14a)的视图；c)显示根据图14a)的放大的细节。
具体实施方式
待接合的金属板材B1、B2彼此重叠放置在已知类型的压接工具10的上工具架10.1和下工具架10.2之间。在上工具架10.1中，在轴向方向A上可移动地安装有冲头11。在下工具架10.2中设置冲模12和与冲模12同心布置的砧座12.1。电子控制装置由附图标记20表示，通过该电子控制装置控制压接装置10及其各个部件。砧座12.1通过调节元件13驱动，该调节元件在其纵向方向L上可移动地布置，其在中可以构造成具有阶梯式的横截面，如用附图标记13.1所示，或者构造成楔形的横截面。
压接装置10的起始位置在图1至图3中示出。冲头11和冲模12处于它们各自的零位置AS0、AM0。在将金属板材B1、B2放入上工具架10.1和下工具架10.2之间的平面之后，冲头11和冲模12沿轴向方向A移动，直到冲头11抵靠在金属板材B1的顶侧B10上，并且冲模12抵靠在第二金属板材B2的底侧B20上，然后冲头11和冲模12处于它们的测量位置AS1、AM1。在该位置，第一金属板材B1和第二金属板材B2的总厚度D1对应于冲头11和冲模12之间的距离。
穿透深度DTi通常必须小于金属板材B1、B2的总厚度Di。这是由于冲头11进入冲模12的距离(Weg)以及由冲模12内的空腔12.3形成的体积而产生的，该体积由于砧座12.1可在轴向A上移动而变化。
可以将待彼此连接的不同金属板材B1、B2的不同的总厚度或总厚度范围Di存储在控制装置20中。厚度范围Di可以包括金属板材厚度±规定公差或者没有公差的不同金属板材厚度。
总厚度D1可以从冲头11和冲模12的零位置处的固定预定距离以及冲头11从其零位置AS0和其测量位置AS1所覆盖的距离或冲模12从其零位置AM0到其测量位置AM1所覆盖的距离计算得出。
如果已如上所述确定金属板材B1、B2的总厚度D1，则将该值与存储在控制装置20中的Di值进行比较，并且在控制装置20中分配给对应值的穿透深度DTi通过砧座12.1沿轴向方向A从第二金属板材2的底侧B20移入冲模12的内部而设定。如果设定了该穿透深度DTi，则冲头11在冲模12的方向上移动，并且两个金属板材B1、B2彼此接合并由此连接。
总厚度Di的确定在新插入的金属板材B1、B2的每次接合过程之前进行，并且用于过程监控。只要总厚度Di在容许范围内，就不进行穿透深度DTi的调节。如果穿透深度DT是连续可调节的，则可以设置控制装置20通过在轴向方向A上移动的砧座12.1来针对每个接合过程分别设定穿透深度DTi。
确定两个金属板材B1、B2的总厚度Di的另一替代的方式如下：
在插入两个金属板材B1、B2之前，将冲头11沿轴向方向A移动至冲模12上，直到其与砧座12.1直接接触。然后，由冲头11移动的距离限定冲模12的零位置AMO(图1)，该零位置存储在控制装置20中。金属板材B1、B2被放置在冲模12和冲头11之间的平面中。然后将压紧装置10相对于待接合的金属板材B1、B2定位，使得冲模12抵靠在第二金属板材B2的底侧B20上。冲头11在轴向A方向上移动直到其抵靠在第一金属板材B1的顶侧B10上。然后确定冲头11移动的距离，并且根据冲头11移动的距离和冲模12的经校准的零位置AMO确定两个金属板材B1、B2的总厚度Di。同样在这种情况下，在控制装置20中预先存储多个穿透深度DTi。然后将所确定的总厚度D1与存储的总厚度或总厚度范围Di进行比较，并选择分配给所确定的总厚度D1的穿透深度DT1的值，然后开始压紧过程。
第一实例性实施例：
在图10和图14中示意性地示出的第一实例性实施例中，冲模12主要由主体12.2和砧座12.1组成，所述砧座可移动地设置在所述主体内并可以固定在至少两个位置，主体和砧座一起形成空腔12.3，以供插入。冲模12的主体12.2被固定在下工具架10.2中。横向于接合方向(＝轴向方向A)设置有调节元件13，该调节元件由阶梯状的调节滑块13.1形成，该调节滑块沿纵向L可滑动地被引导在设置在下工具架10.2中的凹口10.3中。在最简单的情况下，凹口10.3被设计成通孔。在两件式工具架10.2的情况下，它由两个相对的凹槽形成。调节滑块13.1由电动机、液压或气动地驱动。调节滑块13.1在中央设置有狭槽13.1.1，砧座12.1以其下端12.1.1延伸穿过狭槽13.1.1，并且该砧座12.1被放置在下工具保持器10.2中设置的、沿接合方向延伸的孔中。为了在狭槽13.1.1中更好地引导，如图11中所示，砧座12.1的下端12.1.1沿直径变平。调节滑块13.1设计有阶梯13.1.1，该阶梯通过倒角(Fase)13.1.2实现，因此通过在接合方向上较短(dünneren)的第一区域设定冲模12的较大的第一穿透深度DT，而通过在接合方向较大(dickeren)的第二区域设定较小的第二穿透深度。空腔12.3因此被扩大或缩小。通过沿纵向方向L移动调节滑块13.1，砧座12.1的环形凸起12.1.2抵靠在导致设定较大的穿透深度DT的第一区域13.3上或者抵靠在导致设定较小的穿透深度DT的第二区域13.4上，并通过调节滑块13.1被支撑在工具架10.2中。为了能够设定两个以上的穿透深度DT，可以在调节滑块13.1中设置另外的阶梯。选择倒角13.1.2的角度，使得凸起12.1.2可以容易地在台阶13.1.1上向上或向下滑动。不必绝对地对调节滑块13.1开槽(schlitzen)。砧座12.1的下端也可以由环形凸起12.1.2形成，如果砧座12.1在工具架10.2的上部中充分地被引导且且显示出在下部区域中不需要附加支撑，则环形凸起12.1.2形成抵靠在调节滑块13.1上的凸缘。在这种情况下，可以将调节滑块13.1设计成没有狭槽。
冲模12可以由多个冲模区段12a、12b组成，如针对第二示例性实施例描述。在第二实例性实施例中的其他组件也可以是在根据该第一示例性实施例的冲模中使用的组件。仅替换了调节装置13。
第二实例性实施例：
冲模12包括主体12.2、砧座12.1，砧座12.1可滑动地安装在其主体12.2，并且可以固定在不同的位置，相对的冲模区段12a、12b安装在具有基本矩形的横截面的、向上打开的、固定到主体12.2的护套套筒中，并且主体12.2借助于螺钉16固定在工具架10.2中。冲模区段12a、12b安装在主体12.2中使得冲模区段12a、12b可以克服板簧15的力横向于接合方向移动。
冲模区段12a、12b与砧座12.1的上端一起形成空腔12.3，以供插入。为了改变空腔12.3的深度，可以连续地改变砧座12.1在主体12.2中的位置并将其固定在固定位置。为此目的，设置由外力致动的楔形件13.2，该楔形件也布置成可横向于竖直轴线H(＝接合方向)移动。除了调节运动之外，楔形件13.2还在砧座12.1上施加支承力，该支承力确定接合过程中所需的保持力。
楔形件13.2优选地设计成是自锁的，以便能够接收必要的保持力。其驱动力是任意的。优选地为液压或气动的也可以设想通过步进电机或杠杆机构进行驱动。
在图14所示的位置，砧座12.1已经向上移动，从而形成了一个小空腔12.3，用于接合金属板材B1、B2。为了接合，将金属板材B1、B2放置在冲模12上并且使冲头11沿冲模12的方向移动。金属板材B1、B2的材料变形到空腔12.3中，其中冲模区段12a、12b克服板簧15的力横向于竖直轴线(H)横向移位，使得空腔12.3在径向方向上增大。当然，冲模12也可以仅具有单独的冲模元件或多个不可移动的冲模区段。
在图13所示的接合任务中，将较厚的金属板材B1、B2彼此连接。为此，楔形件13.2向右移动(在图中)，因此，砧座12.1向下移位并形成较大的空腔12.3。接合如上所述地进行。代替重叠的金属板材B1、B2彼此压紧，还可以通过半空心冲压铆接连接。然后将未示出的铆钉压入空腔12.3中。
如果楔形件13.2被调节滑块13.1代替(反之亦然)，则对于该示例性实施例给出的说明也可以类似于第一示例性实施例。
附图标记列表
10 压紧装置
10.1 工具架
10.2 工具架
10.3 凹口
11 冲头
12 冲模
12.1 砧座
12.1.2 凸起
12.2 主体
12.3 空腔
12a、12b 冲模区段
13 调节装置
13.1 调节滑块
13.1.1 阶梯
13.1.2 倒角
13.1.3 狭槽
13.2 楔形件
13.3 第一区域
13.4 第二区域
14 护套套筒
15 板簧
16 螺钉
20 电子控制装置
A 轴向方向
AS0 第一零位置
AS1 测量位置
AM0 第二零位置
AM1 测量位置
B1,B2 金属板材
B10 顶侧
B20 底侧
Di 总厚度/总厚度范围
D1 当前总厚度
DTi 穿透厚度
DT1 当前穿透厚度
H 竖直轴线
L 纵向方向。

Claims (8)

1.一种借助于压紧装置(10)接合彼此重叠放置的、具有可变总厚度(Di)的至少两个金属板材(B1、B2)的方法，所述压紧装置具有至少一个冲头(11)和与所述冲头同轴布置的冲模(12)，至少所述冲头(11)布置成能够通过电子控制装置(20)控制并且能够在相对于所述冲模(12)的轴向方向(A)上运动，其中所述至少两个金属板材(B1、B2)布置在所述冲头(11)和所述冲模(12)之间的平面中，且用于接合所述至少两个金属板材(B1、B2)所需的穿透深度(DT)是能够调节的，其中在接合所述至少两个金属板材(B1、B2)之前，借助于所述电子控制装置(20)确定当前的总厚度(D1)，并根据所述总厚度(D1)设定所述穿透深度(DT1)，其特征在于以下步骤：
1.1-在所述电子控制装置(20)中存储多个不同的总厚度或总厚度范围(Di)，
1.2-将各个穿透深度(DTi)分配给总厚度或总厚度范围(Di)，
1.3-校准所述压紧装置(10)，
1.4-将所述压紧装置(10)相对于待接合的所述至少两个金属板材(B1、B2)进行定位，使得所述冲模(12)抵靠第二金属板材(B2)的底侧(B20)，
1.5-所述冲头沿轴向移动到所述冲头(11)抵靠在第一金属板材(B1)的顶侧(B10)的位置(AS1)，
1.6-确定所述冲头(11)移动的距离，
1.7-从所述冲头(11)移动的距离和所述冲模(12)的经校准的零位置确定所述总厚度(D1)，
1.8-将确定的总厚度(D1)与存储的总厚度或总厚度范围(Di)进行比较，
1.9-选择分配给所确定的总厚度(D1)的穿透深度(DT)的值，
1.10-根据进行的比较来设定所述穿透深度(DT)，以及
1.11-以所设定的穿透深度(DT)接合所述至少两个金属板材(B1、B2)。
2.一种借助于压紧装置(10)接合彼此叠置的、具有可变总厚度(Di)的至少两个金属板材(B1、B2)的方法，所述压紧装置具有至少一个冲头(11)和与所述冲头同轴布置的冲模(12)，至少所述冲头(11)布置成能够通过电子控制装置(20)控制并且能够在相对于所述冲模(12)的轴向方向(A)上运动，其中所述至少两个金属板材(B1、B2)布置在所述冲头(11)和所述冲模(12)之间的平面中，且用于接合所述至少两个金属板材(B1、B2)所需的穿透深度(DT)是能够调节的，其中在接合所述至少两个金属板材(B1、B2)之前，借助于所述电子控制装置(20)确定当前的总厚度(D1)，并根据所述总厚度(D1)设定所述穿透深度(DT1)，其特征在于以下步骤：
2.1-在所述电子控制装置(20)中存储多个不同的总厚度或总厚度范围(Di)，
2.2-将各个穿透深度(DT1)分配给总厚度或总厚度范围(Di)
2.3-所述冲头(11)从第一零位置(AS0)沿轴向运动到所述冲头(11)抵靠在第一金属板材(B1)的顶侧(B10)上的位置(AS1)，
2.4-确定所述冲头(11)移动的距离，
2.5-所述冲模(12)从第二零位置(AM0)沿轴向移动到冲模(12)抵靠在第二金属板材(B2)的底侧(B20)上的位置(AM1)，
2.6-确定所述冲模(12)移动的距离，
2.7-从第一零位置(AS0)和第二零位置(AM0)之间的距离以及所述冲头(11)和所述冲模(12)所移动的距离确定总厚度(D1)，
2.8-将确定的总厚度(D1)与保存的总厚度或总厚度范围(Di)进行比较，
2.9-选择分配给所述确定的总厚度(D1)的穿透深度(DT)的值，
2.10-根据进行的比较来设定穿透深度(DT)，以及
2.11-以所设定的穿透深度(DT)接合所述至少两个金属板材(B1、B2)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了校准所述压紧装置(10)，将所述冲头(11)从零位置(AS0)沿轴向方向移动直到与所述冲模(12)接触，并且所述冲头(11)移动的距离限定所述冲模(12)的零位置(AMO)，所述冲模(12)的零位置(AMO)存储在所述电子控制装置(20)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述穿透深度(DT)是能够连续调节的。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述穿透深度(DT)能够以至少两个阶段调节。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为了调节所述穿透深度(DT)，与所述冲模(12)同心地布置的砧座(12.1)布置成能够相对于所述冲模(12)在轴向方向(A)上移位。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，设置用于所述砧座(12.1)的移位的调节装置(13)，所述调节装置由楔形件形成。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，设置用于所述砧座(12.1)的移位的调节装置(13)，所述调节装置由调节滑块(13.1)形成，所述调节滑块在其纵向方向(L)上具有至少一个在轴向方向(A)上的有效阶梯(12.1.1)。
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