CN117295568A - 冲铆连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冲铆连接结构，其具有至少两个接合配对件(1、3)，它们能在安装过程中相互连接，半空心冲压铆钉(7)沿安装方向能利用其铆钉脚(13)穿过安装侧的接合配对件(1)被压入到底模侧的接合配对件(3)中，更确切地说，在底模侧的接合配对件(3)中剩余底部厚度被保持并且铆钉脚(13)被撑开的情况下，使得接合配对件(1)沿安装方向观察在压力下被夹紧在半空心冲压铆钉(7)的铆钉头(9)与铆钉脚切割部(15)之间。根据本发明，安装侧的接合配对件(1)具有预冲孔(17)，半空心冲压铆钉(7)能穿过该预冲孔被压入到底模侧的接合配对件(3)中，从而减少或消除安装侧的接合配对件(1)中横向于安装方向的剪应力构建。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的冲铆连接结构/自冲铆连接结构、一种根据权利要求9所述的用于这种冲铆连接结构的半空心冲压铆钉以及一种根据权利要求10所述的方法。
背景技术
此类型的冲铆连接结构具有至少两个接合配对件，它们在安装过程中相互连接。在安装过程中，半空心冲压铆钉沿安装方向利用其铆钉脚穿过安装侧的接合配对件被压入到底模侧的接合配对件中。这在底模侧的接合配对件中剩余底部厚度被保持并且铆钉脚被撑开的情况下实现。由此在半空心冲压铆钉的铆钉脚切割部与铆钉头之间形成底切部，接合配对件被夹紧在铆钉脚切割部与铆钉头之间。这样的冲铆连接结构特别适用于混合结构连接(例如铝钢混合结构)。
在这样的冲铆连接结构中，铝压铸件作为接合配对件是有问题的，这是因为铝压铸件容易受到横向于安装方向取向的、在安装过程中当半空心冲压铆钉被压入到接合配对件中时所产生的剪应力的影响。这种剪应力可能会导致在铝压铸件中出现应力裂纹，这可能导致构件过早失效。
由DE 10 2011 054 358 A1已知一种变形成型方法以及一种用于执行该方法的设备。由DE 10 2013 020 504 A1已知一种冲压铆钉以及一种冲铆方法。由DE 10 2019 102383 A1已知一种用于冲铆连接结构的半空心冲压铆钉。由DE 10 2015 014 941 A1已知一种在功能元件与板状的构件之间产生连接的方法。由DE 203 03 961U1已知一种能被用作装饰铆钉和/或连接铆钉的铆钉。
发明内容
本发明的目的是，提供一种冲铆连接结构，与现有技术相比以简单的方式提高了其功能性，并且特别是即使在铝压铸件作为接合配对件的情况下也能被应用。
该目的通过权利要求1、9或10的特征来实现。本发明的优选的改进方案在从属权利要求中公开。
本发明涉及一种冲铆连接结构，其具有至少两个接合配对件，接合配对件能在安装过程中相互连接。在安装过程中，半空心冲压铆钉沿安装方向利用其铆钉脚穿过安装侧的接合配对件被压入到底模侧的接合配对件中。这在底模侧的接合配对件中剩余底部厚度被保持并且铆钉脚被撑开的情况下实现。根据权利要求1的特征部分，安装侧的接合配对件在尚未变形的状态下具有预冲孔。半空心冲压铆钉基本上在无负载的情况下被引导穿过该预冲孔，并被压入到底模侧的接合配对件中，底模侧的接合配对件在未变形的状态下没有预冲孔。以该方式，使得安装侧的接合配对件沿安装方向观察在压力下被夹紧在半空心冲压铆钉的铆钉头与铆钉脚切割部之间。与现有技术相比，通过提供预冲孔，可以优选减少或完全消除横向于安装方向的剪应力构建。以该方式，使得冲铆连接结构的应用范围也扩展到容易受到横向于安装方向取向的剪应力影响的接合配对件、例如铝压铸件。
在技术上的实现方案中，在界定预冲孔的孔通路的预冲孔内壁与铆钉脚之间可以构造有孔间隙，借助该孔间隙能补偿接合配对件之间的构件应力。针对接合配对件具有不同的热膨胀系数的情况，则可以通过消耗孔间隙来补偿接合配对件的热作用下不同的热膨胀，而不会在安装侧的接合配对件中构建出剪应力。
沿安装方向观察，构造在安装侧的接合配对件中的预冲孔的孔通路可以呈锥形收拢，更确切地说在预冲孔的直径较小的孔部段与直径较大的孔部段之间呈锥形收拢。在该情况下，直径较小的孔部段的直径比半空心冲压铆钉的铆钉脚的直径大出了孔间隙，以便确保在安装侧的接合配对件中很大程度上无剪应力。在制造技术上是优选的方式中，预冲孔的直径较小的孔部段可以被构造在安装侧的接合配对件与底模侧的接合配对件的接触侧上。在该情况下，预冲孔逆着安装方向呈锥形扩大。在安装行程中，预冲孔的锥形面可以形成助滑斜坡，半空心冲压铆钉沿着该助滑斜坡在无负载的情况下朝向底模侧的接合配对件的方向被引导。
预冲孔的呈锥形收拢的孔通路的直径较大的孔部段的直径优选小于铆钉头的头部直径。由此确保了铆钉头下侧在安装过程中作为高度止挡部起作用，该高度止挡部与安装侧的接合配对件的所面向的表面协同作用。此外确保了，直径较大的铆钉头完全覆盖了被构造在安装侧的接合配对件中的预冲孔。
在技术上的实现方案中，铆钉脚可以具有柱形的铆钉脚壁，该铆钉脚壁沿径向在内部界定销形凹进部，该销形凹进部在铆钉脚切割部处开放。在安装过程中，销形凹进部被填充接合配对件材料，由此使铆钉脚切割部横向于安装方向沿径向向外撑开。销形凹进部可以沿着销轴线在铆钉脚切割部与顶部部位之间的高度上延伸。销形凹进部的高度根据半空心冲压铆钉的良好的撑开特性来设计。优选地，销形凹进部的顶部部位可以作为止挡部起作用，在安装过程中接合配对件的材料碎块被压向该止挡部，更确切地说在构建出撑开力的情况下，该撑开力支持铆钉脚的撑开。
沿轴向方向观察，在销形凹进部的顶部部位与铆钉头下侧之间可以构造有材料加厚部。该材料加厚部在顶部部位与铆钉头下侧之间的轴向长度上延伸。根据材料加厚部的轴向长度，使得铆钉脚的撑开特性可以在安装过程中被调整。特别地，借助材料加厚部可以减少或防止铆钉脚在安装侧的接合配对件的预冲孔中的撑开运动，由此能避免在安装侧的接合配对件中构建出横向于安装方向的剪应力。在一个优选的实施变型方案中，材料加厚部的轴向长度可以等于安装侧的接合配对件的材料厚度。
在第一实施变型方案中，材料加厚部在其整个轴向长度上可以实现为实心材料部段。对此替代地，材料加厚部可以具有内空心轮廓，该内空心轮廓实现为与销形凹进部相比直径较小。在该情况下，直径较大的销形凹进部沿着销轴线在环形肩部处过渡到直径较小的内空心轮廓中。在未变形的状态下，内空心轮廓可以沿轴向方向观察从铆钉头下侧偏移了材料偏移量。借助该材料偏移量，使得铆钉头被设计为具有足够的构件刚性，以便确保在安装过程中向铆钉脚的良好的力传递。
在一个特别优选的实施方式中，安装侧的接合配对件可以是铝压铸件，其中，预冲孔并不通过机械切削加工构造，而是通过成型方法、即在注塑过程期间构造。在该情况下，预冲孔内壁可以在形成脱模斜坡的情况下呈锥形收拢，以此确保在注塑过程之后的良好的脱模。与机械切削加工相比，通过成型方法构造预冲孔显著提高了安装侧的接合配对件的缺口冲击强度，由此进一步减少了安装侧的接合配对件的过早构件失效情况。
附图说明
下面根据附图描述本发明的实施例。其中：
图1示出根据第一个实施例的冲铆连接结构的显微图；
图2至图4示出用于制造冲铆连接结构的过程步骤的视图；
图5至图8示出本发明的另外的实施例。
具体实施方式
图1示出冲铆连接结构，其具有安装侧的接合配对件1、底模侧的接合配对件3和布置在中间的接合配对件5。如在根据图4指明的安装过程中，冲铆连接结构借助半空心冲压铆钉7来实现，该半空心冲压铆钉具有直径较大的铆钉头9，该铆钉头作为扁平头实现。铆钉头9在其铆钉头下侧11处过渡到直径较小的铆钉脚13中，该铆钉脚以环绕的铆钉脚切割部15结束。在未变形的状态下，半空心冲压铆钉7作为围绕销轴线B旋转对称的构件来实现。
在图1中所示的冲铆连接结构中，半空心冲压铆钉7穿过安装侧的接合配对件1以及中间的接合配对件5被压入到底模侧的接合配对件3中，更确切地说，在底模侧的接合配对件3中剩余底部厚度被保持的情况下。根据图1，铆钉脚13被撑开，由此在铆钉脚切割部15与铆钉头下侧11之间形成底切部。因此，三个接合配对件1、3、5在沿安装方向的压力作用下彼此夹紧。
在图1中示例性地示出混合结构连接部，其中，安装侧的接合配对件1是铝压铸件，而底模侧的接合配对件3可以是钢板，布置在中间的接合配对件5可以是铝板。
本发明的核心在于，通过提供预冲孔17减少或完全消除在安装侧的接合配对件1中的横向于安装方向的剪应力构建。以该方式，可以防止在作为铝压铸件制成的安装侧的接合配对件1中过早出现构件失效。
在安装过程中(图4)，半空心冲压铆钉7在无负载的情况下被引导穿过安装侧的接合配对件1的预冲孔17，并在进一步进程中被压入到布置在中间的接合配对件5以及底模侧的接合配对件3中，这两个接合配对件都没有提供预冲孔。
下面根据图2至图4描述用于制造图1中所示的冲铆连接结构的方法：因此，根据图2和图3，在注塑过程中通过成型方法来制造安装侧的接合配对件1。在图2中示出在注塑过程完成之后的过程时刻。因此，注塑模具18的模腔仍然是闭合的。根据图2和图3，预冲孔17借助成形在注塑模具上半部分处的成形凸起部20来成形。在图2和图3中，成形凸起部20设计为具有锥形的脱模斜坡，以便确保在注塑过程之后的良好的脱模。相应地，安装侧的接合配对件1的所形成的预冲孔17向上扩大。
在图4中所指明的安装过程中，由三个接合配对件1、3、5构成的三层结构被夹紧在夹具19与底模23之间。压模21以行程可调的方式在夹具19内部被引导。在安装过程中，压模21对铆钉头9加载下压力FS，由此使得半空心冲压铆钉7穿透布置在中间的接合配对件5，并利用其铆钉脚切割部15被压入底模侧的接合配对件3中。在安装过程期间，安装侧的接合配对件1保持无负载，并且只有在安装过程完成之后才被加载沿安装方向起作用的压力。
在图4中，预冲孔17的直径较小的孔部段25(图1)示例性地定位在安装侧的接合配对件1与底模侧的接合配对件3的接触侧上。预冲孔17的直径较小的孔部段25的直径d2(图1)比铆钉脚直径dN(图1)大了孔间隙29。
半空心冲压铆钉7的铆钉脚13具有柱形的铆钉脚壁33(图5)，该铆钉脚壁沿径向在内部界定销形凹进部35。销形凹进部35在铆钉脚切割部15处开放并沿着销轴线B在铆钉脚切割部15与内部的顶部部位37之间的高度h上延伸。
为了避免在安装过程中在安装侧的接合配对件1中出现剪应力，半空心冲压铆钉7可以根据图5至图8进行匹配：因此，图5中的半空心冲压铆钉7在销形凹进部35的顶部部位37与铆钉头下侧11之间具有材料加厚部39，该材料加厚部在轴向长度m上延伸。借助材料加厚部39，使得在安装过程中减小了铆钉脚13在安装侧的接合配对件1的预冲孔17中的撑开运动，以便避免或减弱剪应力构建。
在图5和图6中，材料加厚部39在其整个轴向长度m上实现为实心材料部段。
与之不同地，在图7和图8的实施例中，材料加厚部39并不实现为实心材料，而是材料加厚部39具有内空心轮廓41，该内空心轮廓的直径小于销形凹进部35的直径。因此，根据图7和图8，半空心冲压铆钉7具有由直径较大的销形凹进部35构成的内孔，该直径较大的销形凹进部在环形肩部43处过渡到直径较小的内空心轮廓41中。
为了在安装过程中确保铆钉构件的足够刚性，在图7中，内空心轮廓41沿轴向方向观察从铆钉头下侧11偏移了材料偏移量45。
附图标记列表：
1安装侧的接合配对件
3底模侧的接合配对件
5布置在中间的接合配对件
7半空心冲压铆钉
9铆钉头
11 铆钉头下侧
13 铆钉脚
15 铆钉脚切割部
17 预冲孔
18 注塑模具
19 夹具
20 成形凸起部
21 压模
23 底模
25 直径较小的孔部段
27 直径较大的孔部段
29 推挤空间
31 预冲孔内壁
33 铆钉脚壁
35 销形凹进部
37 顶部部位
39 材料加厚部
41 内空心轮廓
43 环形肩部
45 材料偏移量
B销轴线
m材料加厚部的轴向长度
h销形凹进部的高度
s安装侧的接合配对件的材料厚度
FS 下压力
dN 铆钉脚直径
dK铆钉头直径
d1直径较大的孔部段的直径
d2直径较小的孔部段的直径。
Claims (10)
1.一种冲铆连接结构，其具有至少两个接合配对件(1、3)，所述至少两个接合配对件能在安装过程中相互连接，其中，半空心冲压铆钉(7)沿安装方向能利用其铆钉脚(13)穿过安装侧的接合配对件(1)被压入到底模侧的接合配对件(3)中，更确切地说，在底模侧的接合配对件(3)中剩余底部厚度被保持并且铆钉脚(13)被撑开的情况下，使得接合配对件(1)沿安装方向观察在压力下被夹紧在半空心冲压铆钉(7)的铆钉头(9)与铆钉脚切割部(15)之间，
其特征在于，
安装侧的接合配对件(1)具有预冲孔(17)，半空心冲压铆钉(7)能穿过所述预冲孔被压入到底模侧的接合配对件(3)中，从而在安装侧的接合配对件(1)中减少或消除横向于安装方向的剪应力构建。
2.根据权利要求1所述的冲铆连接结构，其特征在于，接合配对件(1、3)具有不同的热膨胀系数，从而在热作用下使接合配对件(1、3)经受不同的热膨胀，和/或特别地，铆钉脚(13)以孔间隙(29)被引导穿过安装侧的接合配对件(1)的预冲孔(17)，特别是在热作用下，能通过消耗孔间隙(29)补偿不同的热膨胀，而不会在安装侧的接合配对件(1)中构建出横向于安装方向的剪应力。
3.根据权利要求2所述的冲铆连接结构，其特征在于，预冲孔(17)的孔通路沿安装方向至少部分地呈锥形收拢，更确切地说在直径较小的孔部段(25)与直径较大的孔部段(27)之间呈锥形收拢，和/或特别地，直径较小的孔部段(25)的直径(d2)比铆钉脚(13)的直径(dN)大出了孔间隙(29)，和/或特别地，预冲孔(17)的直径较小的孔部段(25)被构造在安装侧的接合配对件(1)与底模侧的接合配对件(3)的接触侧上，和/或特别地，预冲孔(17)逆着安装方向呈锥形扩大，和/或铆钉头(9)的头部直径(dK)大于预冲孔(17)的直径较大的孔部段(27)的直径(d1)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冲铆连接结构，其特征在于，铆钉脚(13)具有柱形的铆钉脚壁(33)，所述铆钉脚壁沿径向在内部界定销形凹进部(35)，销形凹进部在铆钉脚切割部(15)处开放，特别地，销形凹进部(35)沿着销轴线(B)在铆钉脚切割部(15)与顶部部位(37)之间的高度(h)上延伸。
5.根据权利要求4所述的冲铆连接结构，其特征在于，沿轴向方向观察，在销形凹进部(35)的顶部部位(37)与铆钉头下侧(11)之间构造有材料加厚部(39)，所述材料加厚部在轴向长度(m)上延伸，特别地，借助材料加厚部(39)使得在安装过程中能减少或能抑制铆钉脚(13)在安装侧的接合配对件(1)的预冲孔(17)中的撑开运动。
6.根据权利要求5所述的冲铆连接结构，其特征在于，材料加厚部(39)在其整个轴向长度(m)上实现为实心材料部段。
7.根据权利要求5所述的冲铆连接结构，其特征在于，材料加厚部(39)具有与销形凹进部相比直径较小的内空心轮廓(41)，特别地，沿轴向方向观察，直径较大的销形凹进部(35)在环形肩部(43)处过渡到直径较小的内空心轮廓(41)中，特别地，内空心轮廓(41)沿轴向方向观察从铆钉头下侧(11)偏移了材料偏移量(45)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冲铆连接结构，其特征在于，安装侧的接合配对件(1)是铝压铸件，和/或预冲孔(17)并不通过切削加工制成，而是通过成型方法——例如在注塑过程中——制成，特别地，锥形的预冲孔内壁(31)形成脱模斜坡，以便确保在注塑过程之后的良好的脱模。
9.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的冲铆连接结构的半空心冲压铆钉。
10.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的冲铆连接结构的方法。
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