CN115247670A - 自冲压功能元件、部件组件以及制造部件组件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种自冲压功能元件用于紧固到工件，并且包括头部，该头部具有：抵靠面，其用于将在冲压方向上指向的冲压力引入到功能元件中；和铆钉部分，其在冲压方向上远离头部延伸并且包括自由端，该自由端设置有用于将金属块从工件冲出的第一冲压边缘。功能元件还包括功能部分，该功能部分具有冲压引导件，该冲压引导件径向地被铆钉部分围绕，该铆钉部分在冲压方向上远离头部延伸，并且具有用于在金属块中冲压出孔的第二冲压边缘。第二冲压边缘在冲压方向上相对于第一冲压边缘后移。

Description

自冲压功能元件、部件组件以及制造部件组件的方法
技术领域
本发明涉及自冲压功能元件、包括工件和自冲压功能元件的部件组件、以及制造这种部件组件的方法。
这样的功能元件通常具有功能部分，该功能部分又用于紧固另外的部件。它们广泛用于汽车工业等。
背景技术
功能元件可以是轴可以设有螺纹的螺栓元件或者例如可以具有内螺纹的螺母元件。
功能元件在不同的设计中是已知的。一方面，例如存在具有铆钉部分的铆钉元件(例如铆螺母)，该铆钉部分在附接到钣金零件时变形，以形成铆钉卷边并且利用头部形成用于钣金零件中的孔的边缘的环形容纳器。因此，在这样的铆钉元件的情况下，功能元件在附接到钣金零件时变形。此外，已知这样的压配合元件，其中，元件本身在附接到钣金零件时不是有意地变形。相反，板材本身变形，以使其与相应压配合元件的底切部接合。
通常已知以自冲压的方式执行功能元件、特别是铆钉元件的安装。在这方面，从部件中冲出金属块，并且该金属块通常保留在铆钉部分中，其中，功能元件的功能部分(在铆螺母的情况下特别是内螺纹)可能被金属块堵塞。
为了避免这个问题，例如，可以将金属块冲出得小到可以被内螺纹引走。然而，该目的不需要对铆钉部分进行非常强的再成形，由此大大增加了其撕裂的趋势。另外，无法排除在去除金属块期间对内螺纹的损坏和金属块在内螺纹中的堵塞。也可以借助于由内螺纹引导的冲头来排出堵塞的金属块。然而，这需要另外的工作步骤。
发明内容
本发明的目的是提供一种自冲压紧固元件，其可以以小的组装努力可靠地紧固到工件。还将具体说明包括工件和元件的部件组件以及制造该部件组件的方法。
该目的由独立权利要求的相应主题满足。有利的实施例是从属权利要求的主题，并且在说明书和附图中指出。
根据本发明的自冲压功能元件用于紧固到工件，特别是紧固到钣金零件，并且包括头部和功能部分。头部具有：抵靠面，其用于将在冲压方向上指向的冲压力引入到功能元件中；和铆钉部分，其在冲压方向上远离头部延伸并且包括自由端，该自由端设置有用于将金属块从工件冲出的第一冲压边缘。功能部分具有冲压引导件，该冲压引导件径向地被铆钉部分围绕，该铆钉部分在冲压方向上远离头部延伸，并且具有用于在金属块中冲压出孔的第二冲压边缘。第二冲压边缘在冲压方向上相对于第一冲压边缘后移。
根据本发明的功能元件适于借助于冲压插入到未被预冲的工件中，特别是插入到钣金零件中。在将功能元件插入工件中时，借助于第一冲压边缘从工件冲出金属块，并且通过再成形铆钉部分使得其形成在轴向上起作用的底切部，借助于铆钉部分将功能元件紧固到工件，从而将功能元件牢固地保持在工件处。
在冲压过程期间，金属块通常被固定地夹紧到铆钉部分的径向内壁上并保持在那里。然而，为了无限制地确保功能部分的功能，在另外冲压过程中，借助于相对于第一冲压边缘后移的第二冲压边缘在金属块上冲压孔，使得产生可以固定地夹紧在冲压引导件与铆钉部分之间的金属块环。从而轴向地暴露功能部分。
因此，根据本发明的功能元件可以以自冲压的方式(即以相对小的组装努力)紧固到工件，其中，同时确保功能部分的无缺陷运行。
通常由金属、特别是钢构成的功能元件特别可以是螺母元件，但是也可以设想设计为螺栓元件。即使在螺栓元件的情况下，也可能需要的是，头部至少部分地从铆钉部分的侧面可接近，例如，在功能部分布置在那里时，例如，具有或不具有内螺纹的盲孔。
螺母元件优选地具有形成功能部分的内螺纹，而螺栓元件可以具有设置有外螺纹的轴。代替螺纹，也可以设置其它特征，例如，这些特征适于紧固另外的部件或适于提供另一功能。功能部分还可以部分地或完全地形成为光滑的销或光滑的孔。
在有利的实施例中，在铆钉部分与冲压引导件之间形成用于容纳金属块环的间隙，特别是环形间隙。因此，可以固定在冲压过程之后的金属块环的位置，使得所述金属块环不损害功能部分。
间隙可以由冲压引导件的径向外表面和铆钉部分的径向内表面沿径向界定。为了固定金属块环，铆钉部分的内表面和/或冲压引导件的外表面可以具有一个或多个径向向内突出的凸起部，例如，为至少一个肋的形式，该肋在轴向上延伸并且具有比工件的厚度更大的轴向范围。利用凸起部，从工件冲出的金属块或从金属块冲出的金属块环可以以简单的方式可靠地固定到功能元件，即，如果在冲压过程中凸起部的一部分被刮掉，则刮掉的材料形成固定底切部。
铆钉部分和/或冲压引导件优选地是环形的，特别是圆形、椭圆形或多边形。在铆钉部分的椭圆形或多边形设计的情况下，实现了防止功能元件在工件处旋转的自动安全性。
头部可以是凸缘状并且可以具有工件接触部分，其中铆钉部分和冲压引导件远离所述工件接触部分延伸。从而确保了功能元件以固定且稳定的方式接触工件。
工件接触部分优选地包括第一接触面和第二接触面，该第一接触面和第二接触面特别为环形的，其中第一接触面布置在冲压引导件与铆钉部分之间，并且第二接触面布置在铆钉部分的径向外部。利用第二接触面，功能元件可以规则地接触工件或布置在工件上，而第一接触面用作金属块环的接触面或轴向边界。第一接触面特别可以在冲压方向上相对于第二接触面后移。
处于非再成形状态的铆钉部分在冲压方向上的范围与冲压引导件在冲压方向上的范围的比率可以达到大约二至大约六，优选地大约三至大约五。从而确保了一方面，铆钉部分具有足够的高度以被再成形并形成底切部，但是另一方面，冲压引导件也具有足够的高度，以将金属块环夹紧在铆钉部分与冲压引导件之间。
在有利的实施例中，铆钉部分和冲压引导件彼此平行地、特别是同轴地延伸，使得冲压过程和铆接过程两者可以容易地且有效地在一个工作步骤中彼此组合。
冲压引导件可具有底切部，该底切部优选地由圆锥形外壁形成。外壁因此可以相对于冲压方向倾斜并且可以在冲压方向上发散。为了形成底切部并且仍然能够有效地将金属块环固定到冲压引导件的外表面，合适的是将倾斜角保持得相对较小，例如在至多20°、优选地至多10°、特别是5°或更小的范围内。
铆钉部分的自由端可以至少部分地径向向外磨圆或倾斜，使得磨圆或倾斜从在自由端处径向向内布置的冲压边缘观察时在冲压方向上向后指向地延伸。在冲压过程期间，从而便于将铆钉部分插入冲孔中。
功能元件可以具有至少一个提供防止旋转的安全性的特征，该特征优选地形成为肋或凹槽。功能元件特别可以具有多个提供防止旋转的安全性的特征，这些特征特别以彼此相等的间隔布置在铆钉部分和/或工件接触部分的相应外表面处。
根据本发明的部件组件具有工件和前述功能元件，该工件特别是钣金零件，具有冲孔，所述功能元件在借助于第一冲压边缘分离冲压的金属块的同时被引入到冲孔中，使得铆钉部分的再成形材料至少部分地接合在工件的与冲孔邻接的材料后面。借助于冲压引导件与冲压的金属块分离的金属块环特别可以在径向上容纳在铆钉部分与冲压引导件之间。由于金属块环与金属块分离，功能部分保持自由，使得确保其适当的功能。另外，部件组件可以通过冲压来生产，即没有预冲，使得提供了低努力的组装。
再成形的材料可以形成在周向上封闭的底切部，以将功能元件牢固地保持在工件处。铆钉部分的材料优选地沿径向向外再成形，以形成底切部。
在优选实施例中，通过第一冲压边缘产生的经冲压的缘是通过铆钉部分的再成形而带凸缘的。在再成形过程中，铆钉部分紧密地围绕经冲压的缘放置，并且又使其再成形，使得产生边缘的凸缘。铆钉部分和经冲压的缘然后紧密地且基本上无游隙地彼此接触，使得功能元件以稳定的方式保持在工件处。
在形成凹部的同时，工件的围绕冲孔的组装区域可以再成形，其中再成形的铆钉部分和冲压引导件在冲压方向上完全容纳在凹部中。因此，工件是平坦的，并且可以被设计为没有朝向一侧的凸起部，甚至在附接的功能元件的区域中没有凸起部。
根据本发明的方法用于制造前述部件组件，并且包括以下步骤：
-提供前述功能元件；
-提供工件，特别是钣金零件；
-将冲压力引入功能元件中，以在工件中产生冲孔，同时借助于铆钉部分的第一冲压边缘分离冲压的金属块，并且借助于冲压引导件的第二冲压边缘将金属块环与冲压的金属块分离；以及
-使铆钉部分的材料再成形为至少部分地接合在工件的与冲孔邻接的材料后面。
铆钉部分的材料可以向外再成形，以形成在周向上封闭的底切部。
铆钉部分的材料的再成形例如可以借助于模具进行，其中铆钉部分的材料通过将自由端压靠在横向于冲压方向延伸的模具的再成形几何结构上而向外再成形，并且再成形几何结构优选地具有在横截面中弯曲的再成形面。由于使用模具，因此一旦铆钉部分的自由端接触模具的再成形几何结构，铆钉部分的再成形就可以自动地执行，即，仅通过在冲压方向上的冲压移动来执行。不需要用于再成形铆钉部分的单独步骤，使得可以用相对小的努力进行组装。
优选地，工件的围绕冲孔的组装区域借助于模具的围绕再成形几何结构且与冲压方向相反地指向的凸起部再成形。因此，在工件的组装区域中产生凹部，在该凹部中，在冲压方向上容纳再成形的铆钉部分和冲压引导件。
金属块环的分离可以通过模具的边缘与冲压引导件协作来进行。
换言之：根据方法的实施例，冲出金属块是在模具的第一边缘与元件的第一冲压边缘的协作下进行的，而金属块中的孔是通过模具的第二边缘与元件的第二冲压边缘的协作来进行的。模具的两个边缘优选地同轴布置和/或布置在一个平面内，其中，第一模具边缘沿径向布置在第二模具边缘的外部。第二模具边缘优选地围绕通道，从金属块冲出的金属块可以通过该通道排出。
附图说明
下面将参照有利的实施例仅通过示例的方式来解释本发明。在示意性地例示了实施例的附图中，
图1示出了根据实施例的功能元件的透视图；
图2示出了图1的功能元件的另外透视图；
图3示出了以半截面示出的图1的功能元件；
图4示出了分别以半截面示出的图1的功能元件、工件和模具；
图5示出了根据实施例的部件组件；以及
图6示出了图5的细节D的放大图。
具体实施方式
图1和图2以不同的透视图示出了功能元件10，该功能元件10被构造为用于在冲压方向S上冲压的自冲压铆螺母。在本示例中，冲压方向S平行于功能元件10的对称轴线A的延伸方向延伸。
功能元件10包括：头部11，其以法兰状方式形成并且设置有工件接触部分33；以及功能部分13。头部11设置有垂直于冲压方向S延伸的抵靠面15和在冲压方向S上远离工件接触部分33延伸的环形铆钉部分17。功能部分13包括与对称轴线A同轴延伸且设有内螺纹41(参见图3)的孔45和在冲压方向S上远离工件接触部分33与铆钉部分17同轴延伸且被铆钉部分17径向围绕的环形冲压引导件25。
铆钉部分17具有径向向外的圆形自由端19，该自由端19径向向内设置有第一冲压边缘21。然而，冲压引导件25配备有第二冲压边缘23，该第二冲压边缘23在冲压方向S上相对于第一冲压边缘21后移。
工件接触部分33包括图3中可见的环形第一接触面35和环形第二接触面37。第一接触面35在冲压方向S上相对于第二接触面37后移，并且将冲压引导件25的径向外表面29连接到铆钉部分17的径向内表面31，使得布置在铆钉部分17与冲压引导件25之间的环形间隙27在轴向上由第一接触面35界定，并且在径向上由径向外表面29和径向内表面31界定。
冲压引导件25的外壁以及因此外表面29略微圆锥形地并在冲压方向上以相对于冲压方向S倾斜的角度发散地延伸，该角度在本示例中达到大约5°，并且通常可在至多20°、优选至多10°、特别是5°或更小的范围内。
在本示例中，铆钉部分17在冲压方向S上从第一接触面35到第一冲压边缘21测量的范围与冲压引导件25在冲压方向S上从第一接触面35到第二冲压边缘23测量的范围的比率达到大约四。然而，该比率可以在从大约二至大约六、优选地从大约三至大约五的范围内。
如图2和图3中特别清楚地示出的，工件接触部分33设置有多个为彼此等间隔布置的肋的形式的提供防止旋转的安全性的特征39。然而，作为提供防止旋转的安全性的特征39，作为肋的替代或除肋之外，凹槽或不同形状的元件也是可以想到的。另外，提供防止旋转的安全性的特征39通常也可以附接到铆钉部分17的径向外表面。
参考图4和图5，下面将描述制造包括功能元件10的部件组件100的方法。
首先，如图4所示，在功能元件10旁边设置具有第一表面71和第二表面73的工件70，在此为钣金零件。另外，在本示例中使用模具90，该模具90具有再成形几何结构91，该再成形几何结构91具有在横截面中弯曲的再成形面93。
然后，将功能元件10、工件70和模具90彼此对齐，并且经由抵靠面15将在冲压方向S上作用的冲压力引入功能元件10。然后，功能元件10、更具体地说是铆钉部分17的第一冲压边缘21在工件70的组装区域79中冲击第一表面71，使得在那里与模具90的边缘96协作地将冲压的金属块与工件70分离，从而产生由冲压边缘77界定的冲孔。
在冲压过程的进一步过程中，现在布置在由边缘96、97界定的环形表面98上的金属块被更深地推入由铆钉部分17界定的中空空间中，直到在冲压方向S上相对于第一冲压边缘21后移的第二冲压边缘23接触冲压的金属块，使得借助于第二冲压边缘23和为此目的设置的模具90的边缘97在冲压金属块中冲压中心布置的孔。换言之，如图5和图6所示，借助于第二冲压边缘23将金属块环75与冲压的金属块分离，并将金属块环75固定在间隙27中。通过模具90的通道99可靠地向下(即，在冲压方向上)处理与金属块分离的金属块，使得功能部分13可自由接近。这也就是说在冲压过程中自动发生。不需要额外的工作步骤。
此外，由于冲压力，铆钉部分17的自由端19压靠在再成形几何结构91上，使得铆钉部分17的材料被径向向外再成形，以接合在工件70的与冲孔邻接的材料后面，并且以这种方式形成沿周向封闭的轴向作用的底切部43。在再成形过程中，铆钉部分17紧密地围绕经冲压的缘77放置，并且在经冲压的缘77处产生凸缘，如图5和图6清楚地示出。
此外，在组装区域79中，工件70的材料压靠在模具90的围绕再成形几何结构91并且与冲压方向S相反地指向的凸起部95上，使得在组装区域79中产生凹部81，再成形的铆钉部分17和冲压引导件25在冲压方向S上容纳在该凹部81中，特别参见图6。
因此，所描述的部件组件100可借助于功能元件10以自冲压的方式(即，以相对小的组装努力)制造。此外，由于利用后移冲压引导件25的第二冲压过程，功能部分13、特别是内螺纹41可以保持自由，使得同时确保功能部分13的无缺陷运行。
附图标记列表
10 功能元件
11 头部
13 功能部分
15 抵靠面
17 铆钉部分
19 自由端
21 第一冲压边缘(punching edge)
23 第二冲压边缘
25 冲压引导件(punching pilot)
27 间隙
29 外表面
31 内表面
33 工件接触部分
35 第一接触面
37 第二接触面
39 提供防止旋转的安全性的特征
41 螺纹
43 底切部
45 孔
70 工件
71 第一表面
73 第二表面
75 金属块环
77 经冲压的缘(punched margin)
79 组装区域
81 凹部
90 模具
91 再成形几何结构
93 再成形面
95 凸起部
96、97 边缘
98 环形表面
99 通道
100 部件组件
A 轴线
S 冲压方向

Claims (24)

1.一种用于紧固到工件(70)、特别是钣金零件的自冲压功能元件(10)，所述自冲压功能元件(10)包括：
头部(11)，其具有：抵靠面(15)，用于将在冲压方向(S)上指向的冲压力引入到所述功能元件(10)中；和铆钉部分(17)，在所述冲压方向(S)上远离所述头部(11)延伸并且包括自由端(19)，所述自由端(19)设置有用于将金属块从所述工件(70)冲出的第一冲压边缘(21)；和
功能部分(13)，其具有冲压引导件(25)，所述冲压引导件(25)径向地被所述铆钉部分(17)围绕，所述铆钉部分(17)在所述冲压方向(S)上远离所述头部(11)延伸，并且具有用于在所述金属块中冲压出孔的第二冲压边缘(23)，其中，所述第二冲压边缘(23)在所述冲压方向(S)上相对于所述第一冲压边缘(21)后移。
2.根据权利要求1所述的功能元件(10)，
其特征在于，在所述铆钉部分(17)与所述冲压引导件(25)之间形成用于容纳金属块环(75)的间隙(27)，特别是环形间隙(27)。
3.根据权利要求2所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述间隙(27)由所述冲压引导件(25)的径向外表面(29)和所述铆钉部分(17)的径向内表面界定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述铆钉部分(17)和/或所述冲压引导件(25)是环形的，特别是圆形、椭圆形或多边形。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述头部(11)是凸缘状并且具有工件接触部分(33)，其中所述铆钉部分(17)和所述冲压引导件(25)远离所述工件接触部分(33)延伸。
6.根据权利要求5所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述工件接触部分(33)包括第一接触面(35)和第二接触面(37)，所述第一接触面(35)和所述第二接触面(37)特别为环形的，其中所述第一接触面(35)布置在所述冲压引导件(25)与所述铆钉部分(17)之间，并且所述第二接触面(37)布置在所述铆钉部分(17)的径向外部。
7.根据权利要求6所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述第一接触面(35)在所述冲压方向(S)上相对于所述第二接触面(37)后移。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述铆钉部分(17)在所述冲压方向(S)上的范围与所述冲压引导件(25)在所述冲压方向(S)上的范围的比率达到大约二至大约六，优选地大约三至大约五。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述铆钉部分(17)和所述冲压引导件(25)彼此平行地、特别是同轴地延伸。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述冲压引导件(25)具有底切部，所述底切部优选地由圆锥形外壁形成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述铆钉部分(17)的所述自由端(19)至少部分地径向向外磨圆或倾斜。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的功能元件(10)，
其特征在于，至少一个提供防止旋转的安全性的特征(39)，优选地形成为肋或凹槽，优选地为特别彼此等间隔地布置在所述铆钉部分(17)和/或所述工件接触部分(33)处的多个提供防止旋转的安全性的特征(39)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述功能部分(13)设有螺纹(41)，特别是内螺纹。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的功能元件(10)，
其特征在于，所述功能元件(10)被构造为自冲压螺母元件(9)。
15.一种部件组件(100)，具有工件(70)和根据权利要求1至14中任一项所述的功能元件(10)，所述工件(70)特别是钣金零件，具有冲孔，所述功能元件(10)在借助于所述第一冲压边缘(21)分离冲压的金属块的同时插入到所述冲孔中，使得所述铆钉部分(17)的再成形材料至少部分地接合在所述工件(70)的与所述冲孔邻接的材料后面，特别地其中，借助于所述冲压引导件(25)与所述冲压的金属块分离的金属块环(75)在径向上容纳在所述铆钉部分(17)与所述冲压引导件(25)之间。
16.根据权利要求15所述的部件组件，
其特征在于，所述再成形的材料形成在周向上封闭的底切部(43)。
17.根据权利要求16所述的部件组件，
其特征在于，所述铆钉部分(17)的材料被径向向外再成形，以形成所述底切部(43)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的部件组件(100)，
其特征在于，通过所述第一冲压边缘(21)产生的经冲压的缘(77)是通过所述铆钉部分(17)的再成形而带凸缘的。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的部件组件(100)，
其特征在于，在形成凹部(81)的同时，所述工件(70)的围绕所述冲孔的组装区域(79)再成形，其中所述再成形的铆钉部分(17)和所述冲压引导件(25)在所述冲压方向(S)上完全容纳在所述凹部(81)中。
20.一种制造根据权利要求15至19中任一项所述的部件组件(100)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供根据权利要求1至14中任一项所述的功能元件(10)；
-提供工件(70)，特别是钣金零件；
-将冲压力引入所述功能元件(10)中，以在所述工件(70)中产生冲孔，同时借助于所述铆钉部分(17)的所述第一冲压边缘(21)分离冲压的金属块，并且借助于所述冲压引导件(25)的第二冲压边缘(23)将金属块环与所述冲压的金属块分离；以及
-使所述铆钉部分(17)的材料再成形为至少部分地接合在所述工件(70)的与所述冲孔邻接的材料后面。
21.根据权利要求20所述的方法，
其特征在于，所述铆钉部分(17)的材料向外再成形，以形成在周向上封闭的底切部(43)。
22.根据权利要求20或21所述的方法，
其特征在于，所述铆钉部分(17)的所述材料的所述再成形借助于模具(90)进行，其中所述铆钉部分(17)的所述材料通过将自由端(19)压靠在横向于冲压方向(S)延伸的所述模具(90)的再成形几何结构(91)上而向外再成形，所述再成形几何结构(91)优选地具有在横截面中弯曲的再成形面(93)。
23.根据权利要求22所述的方法，
其特征在于，所述工件(70)的围绕所述冲孔的组装区域(79)借助于所述模具(90)的围绕所述再成形几何结构(91)且与所述冲压方向(S)相反地指向的凸起部(95)再成形。
24.根据权利要求22或23所述的方法，
其特征在于，所述金属块环(75)的所述分离通过所述模具(90)的边缘(97)与所述冲压引导件(25)协作来进行。
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