CN1646242A - 铆接方法及其工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现铆接的方法和实现该方法的工具。根据本发明，模具(5)上工作孔(4)的壁段(8)为柔性设计，并在行进一段距离后，被一个挡件停住，从而在流变材料中获得冷加工硬化效果。

Description

铆接方法及其工具

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1所述的对具有至少一个板件的构件进行铆接的方法，以及如从属权利要求5所述的工具，尤其是实现该方法的工具。

背景技术

在一种已知的方法(GB 2069394 A)中，壁段处于构成模具的四根支柱上，其中，这些支柱处于径向弹性状态，并且在支柱之间留有空隙，用于容纳流变材料，因为无法控制后者的形状而显示出其缺陷。在一个实施例中，在模具的底面上也设计有这种空隙，因此在表面部分的流变过程中，径向流动也受到影响。根据其中给出的另一个实施例，底面，至少在其中心区域中被封闭起来，并且制作成可挠曲的柱塞。它同样具有缺点：在径向分散的过程中，受挤压的材料进入到所述的支柱之间的空隙内并对柱塞进行挤压。

根据另一种已知的方法及已知的装置(EP 0330061)，构造两个位置相对的壁段，它们可以弹性地挠曲。其中，受到深冲并发生流变的表面部分，在挠曲位置上咬合到板中，而在其它的横向上，即在壁不发生挠曲的方向上，沿着装配方向光滑地伸展。这里，不足之处在于：一方面在加工过程中在位置相对的壁件所给出的相互分开的倾向下，流变材料将被挤压到形成在其中的空隙中；另一方面，未咬合的区段容易呈锥形向外伸展，即具有掉头的倾向。对于专业技术人员来说，首先，一方面至少要在一些区段上尽量地使流变表面部分最大限度地咬合于固定不动的板段上；另一方面要尽量地在一道加工工序中实现这样的连接点，并且很自然地要求它具有足够的强度。

专业技术人员的责任与兴趣，首先在于将深冲过程与流变过程清楚地分开，以便获得对于方法过程的控制。在已知的装置(DE OS 4435460)中，模具上的避让壁件不仅可以通过弹簧沿着横向施加载荷，而且可以额外地通过该壁件的底部支承产生翻转力矩，通过它将深冲过程的结束与流变过程的开始进行清晰的分割，这样，其中的流变过程自身不会受到这些可移动壁件的直接影响。

另外，已知一种铆接方法使用的装置，其中模具上所有的四个壁件，在深冲及流变的过程中，反抗环簧的作用而沿径向向外挤压(EP 0653255 A1)。围绕模具安置着金属板保持架，它的任务仅仅是承接模具构件并为其导向。该保持架对于深冲或流变过程不施加任何影响。缺点是模具底面形成了伸出到模具中的柱塞的端面，并且模具壁件在它的一个台阶上，为流变过程受到引导。此外，人们认为该柱塞的端面上的已知的凸起是必需的，而它必然对流变过程产生影响。使用这样的工具，其缺点是横向力作用于模具壁件的上端头，并因此产生翻转力矩。它可能会造成安置于保持架中的导向杆歪斜。此外，缺点还有：流变材料进入壁件和该柱塞之间的区域内，因此使得本来与板段上材料的变形有关的流变过程在很大程度上不能控制，其中，凸起对于柱塞底更多地是施加负面影响。很显然，应用该工具所期望的结果是获得很好的咬合，并且是在连接点的所有方向上。

发明内容

本发明的方法，具有独立权利要求的特征，而本发明的工具，具有从属权利要求2、5和12所述的特征，其优势为：能够可控制地进行利索的深冲过程，以便随后成功地完成径向流变，而发生流变的材料，如所期望的那样，不会进入到任何空隙中去。其中，可以保持不动的壁段而优势性地将流变的材料挤压向可移动的壁段，也就是说，在那里，经历了深冲和流变的板段上的受挤压材料发生堆积，目的是使这些咬合着板的材料，由于各挡件的作用而达到特别高的强度。在任何情况下，可以通过使壁段部分地站立不动，而使保持不动的表面区段更多地咬合到板上。

根据本发明的一种有效构造，通过可挠曲的壁件行进路径上的不可挠曲边界，来使流变材料发生冷变形。其结果是使装配点的强度，相对于没有发生冷变形流变的材料，提高大约30％。除此优点外，尽管进行了咬合，通过对受挤压材料的流变进行相应的引导，仍然能够仅在一道加工工序中获得这样的连接点，即，无需额外的模具机械中模具的工序就能够将工具取出。

根据本发明方法的一个优势性构造，径向路径的边界，从超出模具的圆周部分看，是不同的、可以改变、或者大小交替变化的，从而可以在冷变形中获得不同的硬度。

根据本发明中涉及到方法的一个辅助构造，顶杆被制作成遗留顶杆，以铆钉形式并通过形状匹配方式，停置在压入孔中，其深度至少达到它沉入到模具开孔中的距离。这样，一方面可以使这种压头式连接点达到准不可分离性，另一方面，获得了将如螺母、螺栓等额外的连接件与板进行连接的可能性，其方式是使遗留顶杆制作成这些连接件的形式，或者是与其配对的构件形式。

本发明的模具的特殊优点是：向工作孔的圆周看，在可移动的外套构件之间，具有与管底构件连接起来的、不可挠曲、尤其是单件式的固定构件，构成了可挠曲外套构件的良好而又易于控制的导向器。径向流变的材料因此更多地被挤压到可挠曲的外套构件的区域中，这样在后续的挤压过程中，由于挡件的作用而获得相应的高密度、并因此获得咬合表面部分的高硬度。

根据本发明中涉及到工具的另一个构造，限定了径向上可挠曲的外套构件的路径的挡件，被固定地(单件式)安置于模具的管底构件上。这样，就以很简单的方式，使得只用一道工序就可以获得相应的强度。根据本发明，该挡件可以进行设置和调节。决定性的是这种可调节设定性质，保证了在挡件和管底构件之间形成准连接。不过，通常方式下，当径向路径发生变化时，比如另一次投入使用时，就需要更换模具。不过，挡件的位置变化很容易完成。根据本发明，管底构件可以由一个构件制成，其中可以设置槽、孔等来承接弹簧的可挠曲外套构件等。这样，就形成了紧凑的、易于安放到模具机械中的工具。

根据本发明中涉及工具的另一个构造，管底构件上朝向工作孔的底面，作为外套构件的承载面，并对其沿径向进行引导。这样，首先能够避免在加工过程和壁件相应的移动过程中在底面上形成间隙，如果产生间隙，则受挤压的板段上的材料可能会因此挤入其中，由此产生冷加工硬化问题，此外，还使得连接点的制造必需要经过几道工序才能完成。

根据本发明的另一个构造，外套构件承受通过弹性力沿着径向对工作孔施加的载荷。按照已知的方式，该弹性力可以不同的形式产生。它可以构造成内部啮合的板簧，其自由端接合到可移动的外套构件上，而其另一端固定于模具体上，或者可以通过径向上啮合的螺旋弹簧、或者包绕着模具构件的环形弹簧来构成。这里的关键是影响流变过程的径向力比较低，更主要的目的是要使可移动的外套构件在取下模具后能回复原位。这里，也可以考虑使各板簧具有上下叠放的连接区段，其中，这些连接区段能够被容纳于模具的留空中。

根据本发明中一个与之相关的优势性构造，对移动外套构件进行径向导向作用、且在两个固定不动的柱面区段上互相面对的壁，互相平行。这样，可以保证尽量少的受挤压材料不受控制地被压入到某处的间隙中。

根据模具的另一个优势性构造，顶杆被制作为遗留顶杆，为铆钉、螺母、螺栓等形式，并且在完成了铆接过程后，以形状匹配和/或者受力连接的方式遗留在板上通过它实现的深冲孔内。通过该材料连接将形成连接的额外强度，其首要原因是由于深冲孔通过形状匹配被填充起来，并且使该连接点不再可能发生掉头。

根据本发明的一种有效结构，铆钉至少在其一个端面上具有下沉。这样，铆钉材料能够更好地在对铆钉进行压下的过程中成形，这样不仅使得强度提高、而且具有更好的外观。由于铆钉材料能够比板材更硬，因此通过流变的铆钉材料，可以获得最佳的材料流动及板的相应咬合。

根据本发明中与此相关的一种优势性构造，遗留顶杆的材料，比在装配过程中受到其挤压的板材更硬一些。因此，在加工过程的第一阶段、即深冲过程中，顶杆不发生任何变形，而在后续的径向挤压而流变的过程中，使用80％的作用力，以使顶杆材料发生变形，以便由此使得该顶杆建立特别好的形状匹配连接。当然，所有的这些都在一道加工工序中完成的。

根据本发明中与此相关的另一种优势性构造，在顶杆的径向柱面上，有一个环形槽，用来接受被挤压的材料，以便由此来改善该遗留顶杆在板及深冲孔中的嵌接。

根据本发明的另一种优势性构造，顶杆在朝向底面构件的端面上，具有凸起。通过该凸起，比如说在使用铆钉的情况下，能够使端面更好地分散开，并因此使装配点更好地咬边。

根据本发明的另一种优势性构造，在管底构件的底面上设置有端面敞开的环形通道。通过这样的环形通道，该遗留顶杆的端面侧端头、尤其是当它为铆钉时，能更好地分散开，原因是使受挤压的材料找到了适当的承接空间。

根据本发明的另一种优势性构造，在管底构件的底面上，有中心对称的凸起。该凸起并不排斥诸如在底面中相对于它中心对称地设置环形通道的方案。这样的凸起迫使顶杆材料分散开，其中该分散过程主要是在深冲过程完成之后进行的。

本发明的其它优势和优势性构造，将在下面的说明、图例和权利要求中给出。

附图说明

本发明的实施例借助于图例中各种工具的变化形式给出，并在下面进行详细说明。图中所示为：

图1是本发明的工具的简化图，并且是沿图2中剖线I-I截取的局部纵截面图；

图2是模具沿着图1中的箭头II方向的俯视图；

图3是模具的管底构件的一个变例的立体视图；

图4是由此工具制造的一个连接点的视图；

图5是图3中的管底构件的立体视图，其中在底面上具有凸起；

图6是具有挠曲端面的顶杆的一个变例的侧面视图；

图7是端面下沉的“遗留顶杆”的立体视图，及

图8是具有“遗留顶杆”的工具的局部剖面图。

具体实施方式

图1和2中给出了本发明的工具，其中没有使用广为人知的工具机来对金属板材进行铆接，以及用螺栓、螺母等与金属板材进行连接，尤其没有对金属板材进行穿孔，而是代之以深冲，使经过深冲的材料发生明显的畸变。

这种工具一方面涉及到由工具机驱动的顶杆1，它被放置于两层需要进行连接的金属板2和3的上面，并与多构件模具5的工作孔4相对。顶杆1和模具5使用时被安放于工具机内，其中，为了进行铆接，在金属板2和3放置好后，顶杆1被压下。在指向下方的工作行程中，金属板2和3首先被深冲到工作孔4中，并随后随着顶杆1的驱动力的升高，在工作孔4的底面9上沿径向往外流变，其中受挤压的材料首先通过顶杆1被深拉延，随后金属板2和3的流变表面部分按照已知的方式嵌入到金属板2和3上固定不动的区段中，从而达到将金属板连接起来的目的。

在上述方法中，在完成了对板2和3的连接后，顶杆1还要沿着箭头V的方向从工作孔4中抽出。而根据本发明，将顶杆制作为遗留顶杆，也就是说，如图示的那样，将它预先置入到板2和3及工作孔4中，并随后通过深冲过程的压杆压入到板2和3之中。这样的遗留顶杆，可制作成铆钉，其首要作用是使被深冲并流变的板件部分形成凸起头；也可以将它制作为螺栓或相应的螺母，这样，就可以用它们来将其它构件固定于单一的板上。本发明的关键是如何将该顶杆(深冲流变顶杆，铆钉、螺栓、螺母之类的遗留顶杆)在第一道加工工序中深冲到板材中去，以便随后沿着径向进行流变。

模具5和工作孔4在径向上由四个固定不动的壁段7及四个可挠曲的外套构件8、以及一个底面9围成，且位于壁段7之间的外套构件8可以沿着径向在该底面上移动。为此，外套构件8的高度应等于工作孔4的深度。通过板簧10沿着工作孔4的方向对外套构件施加载荷作用。在本发明中该外套构件8的行程由挡件11限定。

符合这样的基本原则的顶杆和模具能够按照非常多的不同方式设计构造，其中挡件11对于本发明的功能起到决定性作用。在顶杆1的第一行程中，使金属板2和3进入工作孔4中，在该深冲过程完成之后，金属板2和3上从工作孔4的上边沿被拉延的板段相应地变薄、且产生筒形套层反拉伸。当顶杆1的余下行程完成后，位于管底构件6上、经历了深冲的板段中的材料沿径向受到向外挤压，其中，受挤压的材料只能朝向外套构件8流动，因为后者可以在径向上移动地安置。外套构件8反抗板簧10的作用力而移动，直到碰上挡件11，不过，板簧并不会对受挤压的材料产生任何形式的作用。由于挤压和流变加工过程还没有结束，已经流变的材料在大幅度提高的挤压力的作用下，通过继续挤压而强烈地致密化，从而导致板段中受挤压的材料发生冷加工硬化，因此其强度比仅仅沿径向受到挤压的材料高出30％以上。由于金属板2和3上这些被挤压的区段显著地咬合，这一点尤其通过外套构件8的可挠曲而得到促进，因此在这里形成了具有特别高强度的连接点。在顶杆1或压杆回撤、并取下模具后，外套构件8通过板簧10被推回到所示的初始位置上，这样就可以开始新的加工过程。通过外套构件8在管底构件6上背离顶杆1侧的平整底面9上进行移动，使得外套构件8能承受住很高的行进作用力而不出现问题，没有径向摩擦的缺点。这样，外套构件8获得相应的朝向固定的壁段7、且到各自平行侧面18为止的径向引导。

从图3和4中可以特别清晰地看到：根据各种需要，在底面9中外套构件8所不经过的底面部分上，可以采用一些构造，来促进材料的流变及致密化。如图3所示，在管底构件6的底面9中设计环形通道20，使得受到深冲并流变的板材更好地分散开，即受挤压的材料能够更好地流出。如图4所示，通过工具中这种啮合获得的优势是，在工具的局部上给出了由模具一侧开始的连接点，具有为模具的环形通道20配置的环形膨胀圈21，和发生流变的材料积聚22，因为它们面对着可移动的外套构件的侧面，所以具有直线状的分界沿23，不同于环形膨胀圈21。

从图5中可以看到，底面9的中心区域24可以在行程方向上弯出，由此可以使得受挤压的板段发生额外的径向流变。围绕该中心区域24，可以如图3所示那样有环形通道20。

在图6中给出了顶杆1的一个变例，其中在端面12上设置有凸起13，板材通过凸起13在流变时沿径向向外受到挤压，其中，凸起13自然也使得连接点的底变薄。这里也促使材料在流变过程中分散开。

在图7和8中给出了“遗留顶杆”的使用，如上面所述，借助于与模具相连的压杆，在将其放入模具中后对其进行加工。通过这种“遗留顶杆”，首先抑制了连接点的散开。

在图7中给出了制作成铆钉14的“遗留顶杆”。其中的两个端面15呈漏斗形被拉向内部。通过这种漏斗形的构造，特别在流变过程中，可以使材料以分散开的方式流动，因此，特别是通过这些受到深冲并流变的材料，可以更好地咬合到保持静止不动的材料上。通过本发明中因额外的压下力作用而产生的硬化，可以使该功能得到加强。

在图8中以剖面给出了这样的遗留顶杆16在经历挤压和深冲过程后嵌埋到板2和3中的方式。通过铆钉16在板2和3中形成的筒17，在中心形成细腰，它通过所放入的遗留顶杆16在板2和3之间形成格外牢固的连接。此外，遗留顶杆16的自由端面位于板2的外表面所处的平面上。

在说明书、下面的权利要求书及图例中给出的所有特征，既可以单独地、也可以通过任意组合来构成发明。

标示代号表：

1     顶杆

2、3  金属板

4     工作孔

5     模具

6     管底构件

7     固定壁段

8     外套构件，可移动

9     底面

10    板簧

11    挡件

12    1的端面

13    凸起

14    铆钉

15    端面

16    遗留顶杆

17    细腰

18    8的侧面

20    环形通道

21    环形膨胀圈

22    材料积聚

23    分界沿

24    中心区域

Claims (17)

1、一种对具有至少一个板件(2)的构件(如板3，螺栓，螺母等)进行铆接的方法，

其中顶杆(1)或类似物体对该板(2，3)的表面在模具(5)的管底构件(6)的模具孔(4)中，

—首先进行拉延，局部冲压(铆接)等处理，并

—随后，此经历了深拉延的板材，在顶杆(1)和模具孔(4)之间的底面(9)上，通过在与轴向(III)垂直的横向上发生塑性变形、及反抗可弹性挠曲的模具孔(4)的壁段(8)的作用力而受到挤压，

—其中，为了实现连接，使此径向上受挤压的板材将板(2)上未经深冲的区域咬合起来，

其特征为：

—在可弯曲的模具孔(4)的壁段(8)之间具有牢固地与模具(5)的管底构件(6)连接起来的壁段(7)，并且

—可弯曲的模具孔(4)的壁段(8)可以在表面上移动，后者平行于移动方向，并且连续地过渡为底面(9)。

2、如权利要求1所述的方法，

其特征为：

—可挠曲的壁段(8)的径向路径，

—为了使被挤压并发生流变的材料进行致密化并因此而硬化，

—在走过预定的行程后被不可挠曲地(11)限定住。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征为：径向路径的边界，从超出模具(5)的圆周部分看，是不同的、可以改变、或者大小交替变化的，从而可以在冷变形中获得不同的硬度。

4、如权利要求1至3之一所述的方法，其特征为：顶杆(1)制作成遗留顶杆(16)，以铆钉形式并通过形状匹配方式停置在压入孔中，其深度至少达到它沉入到模具孔(4)中的距离。

5、具有顶杆(1)和模具(5)的工具，用来对具有至少一个板件(2)的构件(如板3，螺栓，螺母等)进行铆接，

—在多构件的模具(5)中具有工作孔(4)(模具孔)，

—具有多个环绕工作孔(4)径向上设置的模具(5)的外套构件(8)(壁段)，它们在装配的过程中，受引导向外挠曲，

—具有与顶杆(1)的端面相对安置、轴向上限定了工作孔(4)的模具(5)的底面(9)，

后者安置于管底构件上，

尤其是为了实现上述权利要求之一所述的方法，

其特征为：

—向工作孔(4)的圆周看，在外套构件(8)之间，多个柱面区段(7)作为固定构件不可挠曲地与管底构件(6)连接起来(单件式)，并且这些柱面区段(7)构成了可挠曲外套构件(8)的径向导向器。

6、如权利要求5所述的工具，其特征为：外套构件(8)的径向路径由(在模具5的装配过程中)不可挠曲地安置的挡件(11)限定。

7、如权利要求5或6所述的工具，其特征为：限定径向路径的挡件(11)被固定地(单件式)安置于模具(5)的管底构件(6)上。

8、如权利要求5至7之一所述的工具，其特征为：管底构件(6)上朝向工作孔(4)的底面(9)，作为外套构件(8)的承载面并沿径向对其进行引导。

9、如权利要求5至8之一所述的工具，其特征为：外套构件(8)承受通过弹簧(10)沿径向朝向工作孔(4)施加的载荷。

10、如权利要求9所述的工具，其特征为：对移动外套构件(8)进行径向导向的、两个柱面区段(7)上互相面对的壁，互相平行。

11、如权利要求5至10之一所述的工具，其特征为：顶杆(16)作为遗留项杆，被制作成铆钉、螺母、螺栓等形式，以便在完成了铆接过程后，以形状匹配和/或者受力连接的方式遗留在通过它实现的板(2)上的深冲孔内。

12、工具，尤其是如权利要求11所述的，其特征为：铆钉至少在其一个端面上具有下沉。

13、如权利要求11或12所述的工具，其特征为：遗留顶杆(16)的材料比在装配过程中受到其挤压的板材更硬一些。

14、如权利要求11至13之一所述的工具，其特征为：在遗留顶杆(16)的径向柱面上，有环形槽被挤压的材料。

15、如权利要求11至14之一所述的工具，其特征为：项杆在朝向底面(9)的端面上具有凸起。

16、如权利要求5至15之一所述的工具，其特征为：底构件的底面(9)上设置有端面敞开的环形通道。

17、如权利要求5至16之一所述的工具，其特征为：底构件的底面(9)上，有中心对称的凸起。

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